Górnictwo i rafinacja: lit, zasilanie przyszłości z solanką

liczne lata temu, czytam krótki artykuł o nowej gorącej gorącej: baterie litowe. Autor otworzył się z tym, czym nie ma wątpliwości, że jest to inteligentne odniesienie do kultury popu, mówiąc, że sama wzmianka o litu “uderzyłaby w serca Klingons”. Było to słabe odniesienie do fikcyjnej sławy “Dilithium Crystals” gwiazdy Trek, a nawet potem znalazłem to trochę tandetnie, ale chyba musiał prowadzić z czymś.

Decades później, głębsze zrozumienie wiedzy wyjaśnia, że ​​jedynym zmartwieniem Klingona jest śmierć z hańbą, ale jest tu gatunek na ziemi, która mieszka w strachu litu: dyrektorzy dyrektorów samochodów elektrycznych. Dla nich nie jest obecność litu, która uderza strach, ale względna nieobecność; Chociaż jest to 25. wiele obfitych elementów w skorupie Ziemi, a Gigatony rozpuszcza się w oceanach świata, lit jest bardzo reaktywny, a zatem ma tendencję do rozproszenia, dzięki czemu jest wyzwanie, aby uzyskać skoncentrowane w ilościach ich spółki zależą od.

Jako samochód elektryczny i odnawialne rynki energii nadal rosną, potrzeba litu do produkcji baterii rozwija się z nim, potencjalnie do punktu, w którym popyt przewyższa zdolność produkcji przemysłu górniczego. Aby zrozumieć, w jaki sposób nierównowaga może być możliwa, przyjrzymy się, jak obecnie obowiązywamy litu, a także analizować kilka nowych technik górniczych, które mogą pomóc wypełnić nadchodzącą szczelinę litową.

Skalisty start.

Chociaż lit był znany i dobrze znany przez chemików, ponieważ na początku XIX wieku było tylko w połowie poprzedniego stulecia, że ​​zidentyfikowano komercyjne zastosowania związków litowych. Zapotrzebowanie na branża statku powietrznego dla stabilnych smarów spowodowało rozwój smarów wykonanych z mydła litowego, a potrzeba wysokowydajnych, ale lekkich metali doprowadziła do przemysłu aluminium do stosowania litu w celu poprawy procesu wytapiania Hall-Héroult. W tym samym czasie lekarze odkryli, że sole litowe mogą traktować klientów z zaburzeniem bipolarnym.

Duży kryształ spodumenowy (aluminium z aluminium litowo-aluminium, liałem (SiO3) 2) znaleziono w Massachusetts. Źródło: przez Rob Lavinsky, Irocks.com – CC-BY-SA-3.0
Nawet przy dodatkowym zapotrzebowaniu na strzały przemysł jądrowy rozpoczynający się w latach 40. XX wieku, prawie wszystkie niezbędne litu może być dostarczone z małych ciężkich operacji górniczych, które wykorzystują depozyty skał, w tym duże kryształów minerałów litu, takich jak spodumene, petalite i Lepidolite . Te trzy minerały pozostają przy wysokim zapotrzebowaniu na ten dzień do produkcji wodorotlenku litu, jeden z dwóch głównych związków litowych stosowanych przez przemysł.

Produkcja litu z kopalń twardych ma wiele wspólnych z innymi metodami górnictwa i rafinacji, które omówiliśmy w tej serii. Skały rudowe są wybuchowe z kopalń otwartych, wygranych przez ogromne ładowarki i przewoziły się do zakładu rafinacyjnego. Tam skała jest zmniejszona przez serię kruszarków i młynów, aż stanie się drobnym proszkiem. Do proszku dodaje się wodę, aby utworzyć zawiesinę znaną jako miazgę, która obejmuje również środki powierzchniowo czynne i dyspergencje, które sprawiają, że minerały zawierające litu hydrofobowe. W płytkim zbiorniku z powietrzem pompowanym przez od dołu, lekki litu tworzy piana, który pływa na górze, podczas gdy cięższe cząsteczki zlewozmywakowe.

Po odtłuszczonym zbiornika flotacji, dodatkowa ciecz odsącza się, aby utworzyć skoncentrowany, ale zanieczyszczony proszek litu, który należy wyrafinować. Proces rafinacji zależy dużo od minerałów źródłowych i pożądanego produktu końcowego, ale do zatężonego rudy spodumenowej, lit jest zwykle wymywany przy użyciu kombinacji kwasu siarkowego i wodorotlenku sodu. Chociaż jest to bezpośrednia droga o wysokich plony, kwasy i bazy, które zaangażowały, mogą sprawić, że środowisko problematyczne. W rezultacie opracowano inne procesy ługowania kwasów, które mają być rodzaj procesu Tesla stosuje się w ich nowej instalacji wodorotlenku litowej zbudowany obok ich texas gigafactory.

W dół do solanki

Jak omówiono wcześniej, woda morska obejmuje coś podobnego do 230 miliardów ton litu, rozpuszcza się głównie jako sole litowe. Chociaż stanowi to większość litu na planecie, jest zbyt rozproszona – zwykła 25 mikromolarna – służyć jako rentowne źródło handlowe bez dużych wydatków energii do wyodrębnienia i koncentruje go. Ale woda morska nie jest jedyną solanką, która zawiera litu, i ekstrahuje ważny metal z podziemnych solanek stały się główną metodą produkcji, ponieważ lata 90. XX wieku.

Zdecydowanie najważniejsze solanki litowo-łożyskowe znajdują się w “trójkącie litu” Ameryki Południowej. Zajmujemy części Chile, Boliwii i Argentyny, obszar jest domem dla dużych mieszkań soli lub soli, obszarów, w których starożytne jeziora lub stawy odparowano, pozostawiając sole i inne wytrącone minerały. Te mieszkania soli zbudowały ponad miliony lat, pozostawiając bogate warstwy minerałów poniżej tdziedzicowe powierzchnie. I jak zobaczymy, płaski teren i ciężkie suche warunki na powierzchni również odgrywają część w procesie górniczym.

Solanki stawy w Salar de Atacama w Chile, jak widać z kosmosu. W przypadku skali każdy z długich, chudych stawów w centrum znajduje się prawie kilometr długości. Źródło: Obserwatorium Nasa Earth, przez Lauren Dauphin
Solanka litowa górnicza jest w przeciwieństwie do dowolnej z pozostałych metod górnictwa, które wcześniej pokryliśmy i nie mogły być prostsze. Zamiast wykopać skały i skrupulatnie izolowanie materiału odsetek, wydobycie solanki składa się z wstrzykiwania wody w dół do osadów soli przez głębokie otwory. Woda rozpuszcza osady soli, tworząc bogatą solankę, która może być pompowana do powierzchni. Solanka jest pompowana w płytkich stawach i pozostaje w słońcu, aby odparowuje.

Gdy wiele wody w stawie odparowuje – do dwóch lat później – stężona solanka jest zebrana. Koncentrat obejmuje różne elementy oprócz litu, w tym sodu, magnezu, fosforanów i boru. Koncentrat może być jeszcze bardziej przetwarzany na miejscu, albo jako coraz częściej powszechne, dostarczane przez rurociągi do portów do transportu do zakładów przetwórczych litowych za granicą.

Na tej twarzy metoda odparowania górnictwa solanki litowej wydaje się zwycięzca. Jest to bardzo proste, to jest praktycznie wykonywane wyłącznie przez słońce i jest pozbawiony niektórych skutków, które może mieć dużą operację górniczą. Ale nadal istnieją ogromne problemy z koncentracją odparowania. Po pierwsze, wymaga to dużej ilości wody do tworzenia solanek w pierwszej kolejności, a ponieważ stawy parowania są przydatne tylko w miejscach, w których nie będzie bardzo padnie, woda jest już w krótkim podaż. Woda stosowana do górnictwa solankowego jest również utracona do atmosfery, wracając do powierzchni gdzieś daleko od stawów parowania. Ponadto stawy parowania zajmują niesamowicie duże ilości ziemi – niektóre kompleksy stawowe obejmują obszar wielkości Manhattanu – co sprawia, że ​​jest to wyzwanie na skalowanie operacji. I czas potrzebny jest słońce do wykonania pracy jest problemem w zakresie elastyczności produkcji.

Lepszy sposób

Aby najlepiej wykorzystać górnictwo solanki podczas łagodzenia niedociągnięć, bezpośrednie metody ekstrakcji litowo stają się coraz bardziej popularne. W DLE solanka jest pompowana z podziemnych źródeł, ale zamiast koncentrować solankę przez otwarte odparowanie, lit usuwa się z solanki przy użyciu wielu metod chemicznych i fizycznych. Jedną z metod jest adsorpcja jonowo-wymiana, gdzie solanka jest mieszana z materiałem absorbującym, który preferencyjnie wiąże związki litowe na inne związki w solance. Jedna klasa sorbentów stosowanych w DLE znana jest jako podwójne wodorotlenki warstwowe (LDH), materiały o warstwowej strukturze, która umożliwia chlorku litu w solance, aby dopasować się do warstw, z wyłączeniem potasu, magnezu i innych soli. Solanka jest zwracana do ziemi, podczas gdy chlorek litowy o wysokiej czystości jest zmyty sorbent.

Inne metody DLE obejmują technologie separacji membranowej, takie jak odwrócona osmoza, gdzie solanka jest pompowana przy wysokim ciśnieniu przez membrany z pory, które utrzymują sole litowe lub przez ekstrakcję rozpuszczalnika, w których rozpuszczalniki organiczne są używane do wyciągania litu. Wspólny temat z metodami DLE jest jednak faktem, że są one procesami zamkniętymi pętlami – woda używana do tworzenia solanki jest zwracana do podziemnych formacji, w tym litu. Rośliny DLE również zajmują ułamek przestrzeni fizycznej, że nawet pojedynczy staw odparowywający i nie opierają się na ekstremalnych środowiskach, takich jak Słodary do pracy.

Najlepsze z obu światów

Tak atrakcyjnym, jak technologia DLE jest, w skali niezbędnej do rentowności komercyjnie, rośliny DLE nadal wymagają sprawiedliwej ilości energii do uruchomienia. Ale w niektórych miejscach, dziwactwo geologii pozostawiła duże osady litowe w pobliżu źródła obfitej energii odnawialnej. W Cesarskiej Dolinie Kalifornii leży Morze Salton, Lake Soline śródlądowe, które leży na szczycie serii aktywnych błędów geologicznych, w tym znanej winy San Andreas. Obszar jest idealny do produkcji energii elektrycznej geotermalnej, z jedenastą roślinami produkującymi obecnie 2250 MW. Niektóre z tych roślin geotermalnych są współlokowane z roślinami DLE, które pompują gorące, binery litowe, które oczyszczają się przy użyciu energii geotermalnej produkowanej na miejscu. Mówiąc środowiskowo, takie rośliny są w zależności od niskiego wpływu, ponieważ produkcja litowa może być, dzięki instalowanej roślinie Geothermal DLE został zbudowany przez Australijską firmę kontrolowanymi zasobami termicznymi przewidywanymi do produkcji 68 000 ton litu baterii do 2027 roku.

Z zapotrzebowaniem na ustawiony lit do szybowania, zdolność do wyciągania tego, co możemy z ograniczonymi źródłami, które mamy dostępnych przy użyciu najniższej możliwej energii, staje się rzeczywiście wyzwaniem. DLE GEOTHERMALNY wydaje się dobry początek, ale liczba miejsc na świecie z odpowiednią geochemistą, a tektonika wspierająca taką działalność jest ograniczona. OnoNależy wziąć trochę inteligentnej inżynierii, aby dostać się do reszty litu, który jest dostępny, przynajmniej z technologią i zasobami energetycznymi, które obecnie mamy.

[Baner fot. Pablo Cozzaglio / AFP przez Getty Images]