การแบ่งย่อยตะกรันลิเธียมเพื่อการจัดการที่ดีขึ้น

ตะกรันลิเธียมเป็นผลพลอยได้จากการผลิตลิเธียมจากแร่ ซึ่งได้มาจากการสกัดสปอดูมีนและแร่ธาตุอื่นๆ ที่มีลิเธียมสูง วัสดุนี้มักมีลิเธียมและโลหะมีค่าอื่นๆ ในปริมาณสูง ดังนั้นจึงเป็นแหล่งที่มีศักยภาพสำหรับการรีไซเคิลและการกู้คืน เมื่อความต้องการลิเธียมเพิ่มขึ้น เราก็ต้องจัดการตะกรันลิเธียมด้วยเช่นกัน ตะกรันลิเธียมมีความสำคัญต่อแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้าและแหล่งกักเก็บพลังงานหมุนเวียน นักวิจัยและอุตสาหกรรมต่างๆ กำลังสำรวจวิธีการใหม่ๆ ในการประมวลผลผลพลอยได้นี้ โดยมุ่งหวังที่จะลดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากร

ประเทศของฉันมีแหล่งทรัพยากรลิเธียมที่มีค่า ส่วนใหญ่เป็นแร่ลิเธียม ได้แก่ สปอดูมีน เลพิโดไลต์ เปตาไลต์ เฟอร์โรลิเธียมไมกา และไพโรลิไทต์ ในจำนวนนี้ มีเพียงสปอดูมีนเท่านั้นที่นำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม สปอดูมีนมีองค์ประกอบที่เรียบง่ายและมีปริมาณลิเธียมสูง ซึ่งสกัดได้ง่าย นอกจากนี้ ประเทศของฉันยังมีเหมืองสปอดูมีนที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลก ซึ่งมีความจุในการจัดเก็บมาก นอกจากนี้ เลพิโดไลต์ยังมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนแต่มีปริมาณสำรองมาก

ในหยีชุน มณฑลเจียงซี ประเทศของฉันมีแหล่งแร่เลพิโดไลต์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เป็นแหล่งสำรองลิเธียมที่สำคัญซึ่งมีมูลค่าเชิงกลยุทธ์และการวิจัยสูง อย่างไรก็ตาม เพทาไลต์ เฟอร์โรลิเธียมไมกา และไพโรลิไทต์มีปริมาณลิเธียมต่ำและมีปริมาณสำรองน้อย ดังนั้นจึงมีการศึกษาเกี่ยวกับแร่เหล่านี้เพียงเล็กน้อย และไม่มีความสำคัญมากนัก

การขุดแร่ลิเธียมขนาดใหญ่ในปัจจุบันก่อให้เกิดตะกรันลิเธียมจำนวนมาก หากขยะลิเธียมถูกฝังกลบในพื้นที่ จะทำให้คุณภาพดินและน้ำในพื้นที่ได้รับมลพิษ ดังนั้น วิธีใช้ขยะลิเธียมเพื่อหลีกเลี่ยงมลพิษจึงกลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตะกรันลิเธียมมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ซึ่งเกิดจากองค์ประกอบที่แตกต่างกันของสปอดูมีนและเลพิโดไลต์

สปอดูมีนและเลพิโดไลต์

Spodumene is a pyroxene mineral. It appears as colorless to pale yellow, slightly purple, or lavender kunzite. It also forms large, yellow-green or emerald green cryptocrystalline and prismatic crystals. Spodumene is a lithium aluminum inosilicate, LiAl(SiO3)2. It is mainly found in granite pegmatite veins. In my country, spodumene is mainly produced in Xinjiang, Sichuan, and Jiangxi.

Lepidolite is also known as “lepidolite”, a monoclinic system. The chemical composition is K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0.5). It is a basic aluminum silicate of potassium and lithium, and is a type of mica mineral. Lepidolite is generally only produced in granite pegmatites. It is purple and pink in color and can be light to colorless. It has a pearly luster. It is in the form of short columns, small flakes, or large plate-like crystals.

Lepidolite has a more complex composition and is more difficult to refine. Spodumene is essentially a lithium-containing aluminosilicate. It usually has impurities. Its main components are lithium, silicon, and aluminum. Lepidolite’s formula is more complex. Its main components are lithium, potassium, silicon, aluminum, and fluorine. Therefore, it is more difficult to extract raw materials and purify lithium salts. Before 2017, lithium carbonate from lepidolite was costly and of poor quality. This is the main reason why. It was for industrial-grade customers.

ปริมาณ Li2O ในเลพิโดไลต์ต่ำกว่า ดังนั้นจึงมีปริมาณการใช้ต่อหน่วยมากกว่า โดยทั่วไป แร่สปอดูมีนเข้มข้นจะมี Li2O 5.0-6.0% แร่เลพิโดไลต์เข้มข้นจะมี Li2O 2.0-3.5% ดังนั้น จึงต้องใช้แร่สปอดูมีนเข้มข้นประมาณ 7.8 ตัน (เกรด 6.0%) เพื่อผลิตลิเธียมคาร์บอเนต 1 ตัน และต้องใช้แร่เลพิโดไลต์เข้มข้นประมาณ 18-19 ตัน (เกรด 3.0%) เพื่อให้ได้ปริมาณเท่ากัน หากเกรดต่ำกว่า ปริมาณการใช้ต่อหน่วยจะเพิ่มขึ้นอีก ดังนั้น ต้นทุนในการสกัดลิเธียมจากเลพิโดไลต์จึงสูงกว่าจากสปอดูมีน

การเปรียบเทียบระหว่างตะกรันลิเธียมสปอดูมีนและตะกรันลิเธียมเลพิโดไลต์

โดยทั่วไป เฟสหลักของตะกรันลิเธียมสปอดูมีน ได้แก่ สปอดูมีน ยิปซัม และควอตซ์ โดยสปอดูมีนเป็นแร่ธาตุหลักในกระบวนการสกัดลิเธียม ควอตซ์เป็นแร่ธาตุพาราเจเนติกของสปอดูมีน ยิปซัมส่วนใหญ่มาจากปฏิกิริยาของผงหินปูนและกรดซัลฟิวริก
โดยทั่วไป เฟสหลักของขยะลิเธียมไมกา ได้แก่ ทรงกลมสีน้ำเงิน ยิปซัม ควอตซ์ ฟลูออไรต์ และอัลไบต์ ในจำนวนนี้ ทรงกลมสีน้ำเงิน ควอตซ์ อัลไบต์ และฟลูออไรต์ เป็นแร่พาราเจเนติกของสปอดูมีน ยิปซัมส่วนใหญ่มาจากปฏิกิริยาของผงหินปูนและกรดซัลฟิวริก

ดังนั้น ตะกรันลิเธียมไมกาและลิเธียมจึงมีความซับซ้อนมากกว่าตะกรันลิเธียมสปอดูมีน

ความหนาแน่นของลิเธียมไมกาและตะกรันลิเธียมสปอดูมีนนั้นใกล้เคียงกัน ตะกรันลิเธียมไมกามีพื้นที่ผิวน้อยกว่าเศษลิเธียมสปอดูมีนหลังจากการบดสั้นๆ แต่เมื่อเวลาในการบดเพิ่มขึ้น ลิเธียมไมกาก็จะมีพื้นที่มากกว่าสปอดูมีน ยิ่งเวลาบดของตะกรันลิเธียมไมกาและลิเธียมไมกาสั้นลงเท่าไร ตะกรันก็จะยิ่งมีกิจกรรมมากขึ้น สปอดูมีนต้องบดนานขึ้นเพื่อปรับปรุงกิจกรรมของมัน การบดในระยะเวลาสั้นนั้นมีประสิทธิภาพน้อยกว่าลิเธียมไมกาและเศษลิเธียม

นอกจากนี้ ตะกรันลิเธียมยังมีความซับซ้อนมากกว่าของเสียที่เป็นของแข็งแบบดั้งเดิม เช่น ตะกรันและเถ้าลอย ซึ่งของเสียเหล่านี้มีองค์ประกอบที่แน่นอน ตัวอย่างเช่น ตะกรันลิเธียมมีไอออนของโลหะอัลคาไลมากกว่า เช่น K และ Na และมักมีธาตุ 5%-30% S นอกจากนี้ ของเสียลิเธียมอาจมีไอออนของโลหะอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่น เบริลเลียม แทลเลียม รูบิเดียม และซีเซียม ซึ่งจะต้องผ่านการทดสอบและเป็นไปตามมาตรฐานก่อนจึงจะนำไปใช้ซ้ำได้ การตรึงหรือกำจัดไอออนของโลหะในของเสียลิเธียมทำให้ยากต่อการจัดการ ดังนั้น จึงมีหลายวิธีในการใช้มัน และเราสามารถบริโภคมันได้ในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น

การบำบัดและการใช้ตะกรันลิเธียม

การเสริมสมรรถนะและการใช้ประโยชน์ของเบริลเลียม แทลเลียม ฟลูออรีน รูบิเดียม และซีเซียม

ตะกรันลิเธียมของบริษัทแห่งหนึ่งในมณฑลเจียงซีมีธาตุแทลเลียม 0.003% สารหนู 0.0002% ฟลูออรีน 3.5% เบริลเลียม 0.067% รูบิเดียม 0.344% และซีเซียม 0.078% ตะกรันลิเธียมมีพิษ เนื่องจากมีเบริลเลียม แทลเลียม ฟลูออรีน รูบิเดียม และซีเซียม ซึ่งเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศและสุขภาพของมนุษย์

การสกัดเบริลเลียมในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำได้โดยการหลอมที่อุณหภูมิสูง ขั้นต่อไปคือการดับน้ำหรือเติมสารที่มีฤทธิ์เป็นด่าง การทำเช่นนี้จะทำลายโครงสร้างผลึกของแร่ จากนั้นจึงละลายในกรดซัลฟิวริกและเพิ่มความเข้มข้นด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม ตัวทำละลายอินทรีย์แบบดั้งเดิมนั้นเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมมาก แทลเลียมในแร่ลิเธียมหลังจากผ่านกระบวนการแยกประโยชน์แล้ว ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของ TI2O, TIOH, TI2SO4 เป็นต้น ซึ่งละลายได้สูง ในขณะที่เบริลเลียมละลายได้น้อยกว่า

จากการศึกษามากมายพบว่าวิธีการสกัดด้วยตัวทำละลายสามารถสกัดธาเลียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการสกัดด้วยของเหลวไอออนิกสามารถทำได้เช่นเดียวกันในระบบน้ำสองเฟส ในอนาคต เราจะใช้ระบบจุลินทรีย์-กรด-ของเหลวไอออนิก ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานและของเสียจากปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังจะปรับปรุงการกู้คืนเบริลเลียมและธาเลียมอีกด้วย ซึ่งจะช่วยกู้คืนโลหะจากตะกรันขยะของเหมืองลิเธียมด้วยคาร์บอนต่ำและมีประสิทธิภาพสีเขียว

กระบวนการคั่ว-สกัดจะทำการบำบัดตะกรันลิเธียมเพื่อแยกเอารูบิเดียมและซีเซียมออก จากนั้นจะได้สารละลายผสมของเกลือทั้งสองชนิด จากนั้นจึงใช้กระบวนการตกตะกอนเพื่อให้ได้ส่วนผสมของรูบิเดียมและซีเซียม โดยจะบำบัดส่วนผสมของรูบิเดียมและซีเซียม ซึ่งจะทำให้ได้สารละลายผสมที่มีความเข้มข้นสูงของเกลือทั้งสองชนิด จากนั้นจึงได้สารตกค้างของรูบิเดียมและซีเซียมโดยการตกตะกอนทีละขั้นตอน บำบัดตะกอนรูบิเดียมและตะกอนซีเซียมเพื่อให้ได้รูบิเดียมคลอไรด์และซีเซียมคลอไรด์ รูบิเดียมคลอไรด์และซีเซียมคลอไรด์สามารถบำบัดได้เพื่อให้ได้รูบิเดียมและซีเซียมคาร์บอเนต

ฟลูออรีนในไมก้าลิเธียมสามารถทำลายโครงสร้างของมันได้ การอบด้วยความร้อนสองขั้นตอนนั้นดีกว่าการให้ความร้อนโดยตรง โดยจะขจัดฟลูออรีนและกรดซัลฟิวริกที่ไม่ทำปฏิกิริยาออกไป นอกจากนี้ยังช่วยสร้างระบบการกู้คืนและหมุนเวียนฟลูออรีนอีกด้วย

การใช้ประโยชน์จากวัสดุก่อสร้าง

ปูนซีเมนต์

ตะกรันลิเธียมมีลักษณะคล้ายกับดินเหนียวที่ใช้ในซีเมนต์ ดังนั้นจึงสามารถใช้ตะกรันจากเหมืองลิเธียมทดแทนดินเหนียวบางส่วนในการผลิตปูนซีเมนต์ได้ กระบวนการแยกแร่ลิเธียมและการสกัดมีผลต่อตะกรันจากแร่ลิเธียมไมก้าและสปอดูมีน ซึ่งแตกต่างกันมาก ตะกรันจากเหมืองสปอดูมีนมี Fe2O3 ประมาณ 1% ถึง 3% ตะกรันจากเหมืองลิเธียมไมก้ามี Fe2O3 ประมาณ 0.5% ดังนั้นปูนซีเมนต์ขาวจากขยะเหมืองลิเธียมไมก้าจึงมีข้อได้เปรียบทางการตลาดมากกว่า

คอนกรีต

การใช้ตะกรันลิเธียมเป็นส่วนผสมของคอนกรีตสามารถทดแทนปูนซีเมนต์ได้บางส่วน สามารถใช้ได้ในปริมาณมาก ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตปูนซีเมนต์และสนับสนุนการพัฒนาอย่างยั่งยืน SiO2 และ Al2O3 ในตะกรันลิเธียมสามารถทำปฏิกิริยากับ Ca(OH)2 ในปูนซีเมนต์ ทำให้เกิดเจลแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (CSH) ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต

ปัจจุบันการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ตะกรันลิเธียมเป็นสารเติมแต่งคอนกรีตมุ่งเน้นไปที่:

1. สมบัติเชิงกล
2. ความต้านทานต่อการเกิดคาร์บอเนต
3. ความต้านทานต่อการแทรกซึมของไอออนคลอไรด์
4. ทนทานต่อการกัดกร่อนของซัลเฟต
5. ความทนทาน.

เซรามิกส์

การใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมเพื่อผลิตโฟมเซรามิกเป็นจุดเน้นหลักในการใช้ทรัพยากร ตะกรันลิเธียมเป็นวัตถุดิบของแข็งที่มีซิลิกอนสูง อะลูมิเนียมสูง และด่างสูง ขยะลิเธียมที่มีฤทธิ์เป็นกรดมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับวัตถุดิบเซรามิกแบบดั้งเดิม ส่วนประกอบแร่ธาตุหลัก ได้แก่ ควอตซ์ แคลไซต์ สปอดูมีน และลิเธียมไมกา

อย่างไรก็ตาม ตะกรันลิเธียมที่ไม่ได้รับการบำบัดจะมี Fe2O3 และ TiO2 ซึ่งจะส่งผลต่อความขาวของเซรามิก จึงเหมาะสำหรับใช้ทำเซรามิกสำหรับอาคาร นอกจากนี้ ลิเธียมออกไซด์ยังมีคุณสมบัติเป็นฟลักซ์ที่แข็งแกร่ง จุดยูเทกติกของเคลือบจะลดลงเมื่อรวมกับโซเดียมออกไซด์และโพแทสเซียมออกไซด์

จีโอโพลิเมอร์

ตะกรันลิเธียมมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับเถ้าลอย สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นซิลิกอน-อะลูมิเนียมสำหรับจีโอโพลิเมอร์ส่วนประกอบเดียว ตะกรันลิเธียมมี CaO ต่ำกว่าและ SO3 สูงกว่า ซึ่งส่งผลต่อจีโอโพลิเมอร์สังเคราะห์ นอกจากนี้ยังเปลี่ยนการใช้เทคโนโลยีการกระตุ้นด้วยความร้อนและด่างอีกด้วย

วัสดุผนัง

ตะกรันลิเธียมใช้ในวัสดุผนัง โดยส่วนใหญ่ใช้ในอิฐที่ยังไม่เผาและเซรัมไซต์ อิฐที่ยังไม่เผามีความแข็งแรงและทนทานสูง สามารถดูดซับของเสียจากลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การศึกษาบางกรณีใช้ปูนซีเมนต์ ผงตะกรันเหล็ก เถ้าลอย และของเสียจากลิเธียมในการผลิตอิฐที่ยังไม่เผาจากตะกรันลิเธียม โดยใช้กรรมวิธีบ่มตามธรรมชาติ อิฐมีความแข็งแรงสูง ทนน้ำได้ และทนต่อน้ำค้างแข็งได้ดี เซรัมไซต์เป็นอนุภาคเซรามิก มีน้ำหนักเบา แข็งแรง และมีรูพรุน ทนไฟได้ดี มีฉนวนกันความร้อน น้ำ และกันเสียงที่ดี ทนน้ำค้างแข็งได้ และมีปฏิกิริยากับมวลรวมอัลคาไลได้ดีเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุก่อสร้างเป็นมวลรวมน้ำหนักเบา

ตะกรันลิเธียมมีปริมาณ SiO2 และ Al2O3 สูง เป็นวัตถุดิบคุณภาพสูงสำหรับทำเซรัมไซต์สำหรับก่อสร้าง ปริมาณ CaO, Na2O และ K2O ในขยะลิเธียมไมกาและลิเธียมสามารถสูงถึง 15% สามารถใช้เป็นออกไซด์ฟลักซ์ในการเผาผนึก ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิการเผาผนึกเซรัมไซต์ นอกจากนี้ยังช่วยลดความหนืดของเฟสของเหลวอุณหภูมิสูงอีกด้วย

ฐานถนนตะกรันลิเธียม

ในเดือนพฤษภาคม เจียงซี ออก “ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการใช้ตะกรันลิเธียมในงานวิศวกรรมพื้นถนนทางหลวง (การทดลอง)” ซึ่งมีมาตรฐานการปกป้องสิ่งแวดล้อมมากมาย “ห้ามใช้ ‘ขยะลิเธียมที่ระบุว่าเป็นอันตราย’ เพื่อถมพื้นถนน” ตะกรันลิเธียมซึ่งเป็นขยะอุตสาหกรรมทั่วไป สามารถนำมาใช้ถมคันทางทางหลวงได้หลังจากดัดแปลงแล้วเท่านั้น ไม่สามารถนำไปใช้ถมพื้นถนนทางหลวงได้” พื้นถนนตะกรันลิเธียมที่ดัดแปลงแล้วจะต้องไม่อยู่ในเส้นแบ่งเขตคุ้มครองระบบนิเวศ พื้นที่เกษตรกรรมพื้นฐานถาวร หรือพื้นที่พิเศษอื่นๆ นอกจากนี้ ยังกำหนดมาตรฐานโดยละเอียดสำหรับการทดสอบน้ำและดินในส่วนถนนอีกด้วย

สินค้าที่เกี่ยวข้อง