بلاگ نوین ریپورت

مقدمه

با توجه به پیشرفت وسایل الکترونیکی قابل حمل، خودروهای الکتریکی و همچنین استفاده روز افزون از انرژی پاک، لیتیوم جایگاه ارزشمندی در جوامع امروزی پیدا کرده است. برای مثال شرکت‌های بزرگ خودروسازی مانند تسلا و بی ام وی به استفاده از هرچه بیشتر از فلز لیتیوم به عنوان منبع انرژی در ماشین‌های نسل آینده خود روی آورده اند. این عوامل باعث شده است که قیمت این فلز در یک سال گذشته حدود 100 درصد افزایش داشته باشد.

لیتیوم اولین عنصر قلیایی در جدول تناوبی و دارای عدد اتمی ۳ است. این عنصر به صورت خالص به نقره‌ای-سفید است. ولی از آن جایی که این عنصر با مولکول‌های آب بسیار سریع واکنش نشان می‌دهد، بنابراین امکان یافتن آن به صورت آزاد در طبیعت وجود ندارد. لیتیوم معمول به صورت یونی در ترکیبات شیمیایی، شوراها، کنسنگ ها، آب دریاها و در خاک رس پیدا می شود. واکنش پذیری بالای لیتیوم به دلیل آرایش الکترونی آن است. لیتیوم دارای یک الکترون منفرد در آخرین لایه بیرونی خود است که به عنوان الکترون نیرومند می‌شود، که این امکان را می‌دهد تا با دادن تنها لایه الکترون توان خود به پایداری برسد.

 فلز لیتیوم به مانند سایر فلزات به راحتی می‌شود گرما و جریان‌های الکتریکی را هدایت کند. همچنین به عنوان فلز لیتیوم سبک‌ترین فلزات بین فلزات قلیایی را انتخاب کنید برای استفاده در دستگاه‌های قابل حمل می‌کند.

یکی از پرکاربردترین مصارف لیتیوم استفاده از آن در باتری‌های لیتیوم-یون است. در این باتری‌های لیتیوم (اتم‌های با باردار الکتریکی مثبت) هنگام دشارژاز الکترود منفی به الکترود مثبت و هنگام شارژ به صورت حرکت برعکس می‌سازند و باتری‌های لیتیومی را قادر می‌سازند تا به دستگاه‌هایی تبدیل شوند. باتری‌های لیتیوم یونی همچنین می‌توان باتری‌های انرژی باتری‌های سرب قابل شارژ معمولی را تامین‌کننده برابر کرد. به دلیل این ویژگی خاص به فرد به لیتی نام مستعار «طلای سفید» داده شده است.

به دلیل ناپایداری لیتیوم در هوای آزاد و شرایط محیطی نگهداری از آن، این عنصر در بازار به صورت ترکیبی از لیتیوم کربنات (Li ₂ CO ₃ )، لیتیوم هیدروکسید (LiOH) و همچنین به صورت خالص لیتیوم (در یک محلول آلی) فروخته می شود. شود. . اما در برخی از موارد فلز لیتیوم خالص به صورت وکیوم (خلا) نیز در بازار به فروش می‌رسد.

استخراج لیتیوم

به طور کلی روشهای شیمیایی و شیمیایی متفاوتی را می توان برای استخراج لیتیوم از آب نمک و سنگ معدن استفاده کرد. استحصال لیتیوم در استخراج سنگ معدن به دست می‌آید، که با استفاده از فرآیندهای جداسازی و فرآیندهای متالورژی انجام می‌شود. در حالی که در شیلی و آرژانتین لیتیوم از بیابان‌های نمک (به اصطلاح سالار شور) به دست می‌آید و با استفاده از روش‌های جداسازی واکنش‌های تبخیری و شیمیایی می‌پذیرد.

روش استاندارد استاندارد لیتیوم از آب شور شامل: 1. پمپاژ آب شور غنی از لیتیوم از دریاچه های زیرزمینی به سطح زمین و انتقال آن به حوضچه های بزرگ تبخیر است که هزاران مساحت دارد. 2. در حوضچه‌ها، لیتیوم و سایر نمک‌ها با استفاده از روش تبخیر خورشیدی به مدت یک سال یا بیشتر تغلیظ می‌شوند. مرحله تبخیر شور به منظور دستیابی به آب کافی لیتیوم ( حدود 600 میلی لیتر لیتر گرم بر روی آب ) انجام می شود. 3. در ادامه، اجزای غیر لیتیومی که با استفاده از مراحل متوالی تغلیظ تبخیری، حذف نشده‌اند، با استفاده از روش تشخیص (رسوب) که با افزودن معرف‌های شیمیایی انجام می‌شوند، می‌شوند. معرف‌های شیمیایی که در روش استفاده می‌شوند می‌شوند، آهک خشک می‌شوند (Ca(OH) _۲ ) هستند. 4. محلول غنی شده از لیتیوم به یک کارخانه فرآوری منتقل می‌شود که در آن اجزای ناخواسته باقی مانده از محلول با روش‌های غیر تبخیری از محلول خارج می‌شوند. این روش‌ها معمولاً اختصاصی هستند اما می‌توانند شامل افزودن معرف‌ها، فیلتراسیون، استخراج با حلال و تبادل یونی باشند. آب شور خالص شده است که دارای لیتیوم غلیظ است از نظر شیمیایی با خاکستر سودا (Na ₂ CO ₃ ) برای تولید کربنات لیتیوم (Li ₂ CO ₃ ) یا به منظور پردازش بیشتر برای تولید هیدروکسید لیتیوم (LiOH·H ₂ O) پردازش می شود. شود. . پردازش آب نمک تبخیری معمولاً فقط 50 درصد از لیتیوم اصلی آب شور بازیابی می‌کند. بر اساس اطلاعات S&P Global Market Intelligence (2019)، تولید لیتیوم از آب شور به طور متوسط ​​5580 دلار در هر تن LCE (هم ارز متوسط ​​کربنات لیتیوم) است.

همیشه انتقاداتی در مورد مصرف لیتیوم از سالار شورها وجود دارد: در برخی مناطق، مردم از افزایش خشکسالی شکایت دارند که برای مثال دامداری را می‌کند یا به خشک شدن پوشش گیاهی می‌شود. اما از دیدگاه ها، هنوز مشخص نیست که خشکسالی تا چه حد به استخراج لیتیوم مرتبط است.

استخراج لیتیوم از سنگ معدن: با ارزش‌ترین معادن سنگ سخت به طور عمده دارای پگماتیت‌های گرانیتی است که دارای 1 تا 2 درصد وزنی Li ₂ O است. فرآوری سنگ معدن شامل: 1. خرد کردن مواد معدنی لیتیوم از طریق شناورسازی، 3. حرارت دادن در دمای 1050 درجه سانتیگراد و تصفیه با اسید سولفوریک و 4. حرارت دادن ثانویه در دمای 200 درجه سانتیگراد برای دمای بالا. تولید کنسانتره لیتیوم است. سپس کنسانتره لیتیوم از طریق فرآیندهای چند مرحله‌ای شامل، جداسازی مایع از جامد و حذف ناخالصی از طریق رسوب و تبادل یونی به Li _۲ CO _۳  یا LiOH·H _۲ O تبدیل می‌شود. بر اساس اطلاعات S&P Global Market Intelligence (2019)، هزینه های تولید لیتیوم از استخراج سنگ معدن به طور متوسط ​​254 دلار در هر تن LCE بوده است. با این حال، این تولید کنسانتره معدنی است که باید به محصولات ترکیبات کربن لیتیوم و هیدروکسید لیتیوم تبدیل شود. تبدیل به لیتیومی که قابل استفاده در باتری است نیز می‌تواند 2000 تا 2500 دلار در هر متر کنسانتره استخراج شده هزینه داشته باشد.

شکل ۱. بررسی شماتیک استخراج لیتیوم

منابع لیتیوم در ایران

در سال‌های اخیر، ایران را برای توسعه بخش‌های معدنی و فلزات خود می‌داند، این امر با هدف توسعه منابع اقتصادی انجام می‌شود که در عین حال کمتر به درآمدهای نفتی وابسته است.

حدود ۷ درصد از ذخایر معدنی جهان در ایران یافت می‌شود که کشور به یکی از مهم‌ترین تولیدکنندگان مواد معدنی جهان تبدیل می‌شود. ایران دارای ذخایر عمده روی، مس، نمک، زغال سنگ، سنگ آهن، اورانیوم، سرب، بوکسیت (برای شرکت)، مولیبدن، طلاموان، گوگرد، شن و ماسه و احتمالا لیتیوم است.

البته علیرغم ثروت عظیمی که در دست داریم، هنوز در تلاش هستیم تا بتوانیم یک معدن خود را با توانایی کامل بهره برداری کنیم. یکی از رسیدن به این هدف، برای ماشین آلات و تجهیزات لازم برای استخراج مواد معدنی از معادن است. برای مقابله با چندین بار، برنامه‌هایی مبتنی بر حمایت از صنعت محور و تولیدکنندگان دانش بنیان در دستور کار دولت‌ها قرار گرفته است. شرکت‌های دانش بنیان بر روی تحقیق و ماشین آلات جدید به منظور تولید ماشین‌های توسعه می‌شوند. کشور ما از طریق درآمد معادن برای درآمد میلیون دلاری کشور ایجاد می کند و در عین حال صدها هزار شغل جدید برای جوانان ارائه می کند.

منابع طبیعی لیتیوم به دو دسته تقسیم می‌شوند. یکی از شورآبه‌های حاوی فلزات قلیایی و سایر کانسنگ‌های معدنی مانند spodumene و lepidolite. در ایران نیز معادنی از هر دوگونه یافت می‌شود. شهر نهبندان و اطراف بیرجند که از توابع استان خراسان هستند، شورآبه‌های قم، اصفهان و سمنان، دریاچه ارومیه و نیز دریاچه‌های چهارمحال بختیاری دارای ذخایری از این عناصر هستند. چندین معدنی در همدان یافت شده است که حاوی لیتیوم است.

دریاچه نمک قم دارای وسعت ۲ هزار و ۳۰۰ کیلومتر مربع است و شورابه‌های آن حاوی عناصر لیتیوم هستند. درصد درصد لیتیوم در این شورابه‌ها پایین است ولی به دلیل وسعت زیادی که دارند این عنصر دارای ارزش اقتصادی است. معاون سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور در طی خبری بیان کرده است که در ۴۰ تا ۵۰ نمونه از دریاچه نمک به دست آمده بیش از ۲۰۰ گرم لیتیوم در هر تن یافت شده است. در حالی که در جهان میزان لیتیوم خالص در هر تن به میزان 40 گرم است و این نشان می دهد این دریاچه نمک در زمینه عنصر لیتیوم نسبت به دریاچه های جهان دارای مزیت اقتصادی باشد. علاوه بر دریاچه قم، در سال ۱۳۹۱ نیز خبری مبنی بر کشف یک معدن در نزدیکی قم که دارای لیتیوم منتشر شده است. در اسفند سال ۱۳۹۶ نیز رئیس سازمان صنعت، معدن و تجارت استان خراسان جنوبی اعلام کرد که در مطالعات اکتشافی خود ماده معدنی لیتیوم در نوار مرزی زیرکوه به مساحت ۲ هزار و ۷۰۰ کیلومتر مربع شناسایی شده است.

گمانه‌زنی‌هایی نیز وجود دارد که دریاچه ارومیه منبع غنی از لیتیوم است و نمک‌های موجود در آن می‌تواند درصد خوبی از نیاز آینده به منبع لیتیوم را تامین کند.

اخیرا معاون امور معادن و سازمان صمت استان همدان خبر از کشف یک معدن ذخیره شده لیتیوم در همدان را داده است، وی بیان کرد که این معدن به عنوان اولین معدن ذخیره شده لیتیوم در ایران می‌شود که احتمالاً دارای ارزش اقتصادی لیتیوم است. افزودن دو معدن در دشت قهاوند کشف شده است که حاوی لیتیوم است و وسعت آن حدود یازده کیلومتر مربع است. این معادن در زمینی از جنس رس یافت شد. گفته شده است، ذخایر این معادن حدود 8 میلیون و 500 هزار کنسنگ است که باید درصد خلوص لیتیوم در این کنسنگ‌ها اندازه‌گیری شود تا میزان لیتیوم خالص در آن‌ها را برآورد کند. او همچنین بیان کرد که این معدن چهار سال به طول انجامد و تا دو سال آینده نیز راه‌اندازی خواهد شد. از آنجایی که کشور ما تکنولوژی لیتیوم را از منابع شورای‌به‌ها و کنسنگ‌ها را تولید می‌کند، لازم نیست از فناوری‌های دیگر برای این منظور استفاده شود. در میان دارای این فناوری احتمالا با دو کشور چین و روسیه برای استخراج لیتیوم همکاری شود.

آنچه گفته شد، به طور معمول کنسنگ‌ها دارای 1 تا 1.5 درصد از ترکیب اسیدی لیتیوم (Li ₂ O) هستند، به عبارتی فقط 0.18 تا 0.29 درصد از این کنسنگ‌ها را لیتیوم تشکیل می‌دهند. اگر در نظر بگیریم که معدن همدان نیز دارای همین لیتیوم باشد بنابراین با یک محاسبه ساده می‌توان نتیجه گرفت که این معدن دارای 15 تا 23 هزار تن لیتیوم خالص است. این در حالی است که مانند شیلی، استرالیا و آرژانتین دارای میلیون‌ها تن لیتیوم خالص هستند. همچنین در خبری دیگر، عضو کمیسیون معادن و اتاق صنایع معدنی بازرگانی ایران گفته است که در معان یزد نیز تا حدی کنسنگ لیتیوم یافت شده است ولی در کنار سایر مواد معدنی قرار گرفته است. رئیس سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی اظهار داشت که در ایران معادن کوچکی از لیتیوم کشف شده است ولی این اکتشافات در حدی نیست که بتواند به عنوان منابع ذخیره لیتیوم بر روی آن‌ها حساب کند همچنین بر روی این معادن هنوز کار تخصصی انجام نشده است.

یکی از منابع کمتر بررسی شده لیتیوم، پساب‌های ایجاد شده در میادین نفت و گاز است. پسآب و گِل در چاه‌های نفتی، لیتیوم را در خود حل کرده و به سطح زمین منتقل می‌کنند، می‌توانم از یکی از منابع منبع لیتیوم به کمک استفاده از روش‌های غشاءهای تبادلی، حلالی، جاذب‌های سطحی و یا الکترولیز یاد کنم.

با توجه به تبدیل رقبای منطقه‌ای کشور در زمینه باتری و خودروی الکتریکی، نیاز به تلاش‌ها و فعال‌سازی‌ها برای قرار دادن کشور در مجموعه‌های ارزش لیتیومی و خودروی برقی است. ترکیه در حال افزایش خود تولید خودروهای برقی است. امارات دولت در همکاری با شرکت Lepidico قصد دارد تا کارخانه فرآوری لیتیوم را در کشور خود راه‌اندازی کند. عربستانی نیز در سال گذشته در نقشه راه‌اندازی شده برای خودروهایی است که برای تولید مواد معدنی خود تولید می‌کنند و همچنین بازارهای الکتریکی خود را افزایش می‌دهند. معادن کنسنگ لیتیومی که در افغانستان وجود دارد نیز مورد توجه چینی‌هاست تا بخشی از نیاز خود را از طریق تصاحب آن مرتفع کنند.