تقسيم خبث الليثيوم لتحسين التعامل معه

خبث الليثيوم هو منتج ثانوي لإنتاج الليثيوم من الخامات. ويأتي من استخراج السبودومين والمعادن الغنية بالليثيوم الأخرى. غالبًا ما تحتوي هذه المادة على نسبة عالية من الليثيوم والمعادن الثمينة الأخرى. لذا، فهي مصدر محتمل لإعادة التدوير والاسترداد. ومع ارتفاع الطلب على الليثيوم، يجب علينا أيضًا إدارة خبث الليثيوم. إنه أمر بالغ الأهمية للبطاريات في المركبات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة. يستكشف الباحثون والصناعات طرقًا جديدة لمعالجة هذا المنتج الثانوي. وهم يهدفون إلى الحد من الضرر البيئي وتعزيز كفاءة الموارد.

تمتلك بلادي موارد الليثيوم الثمينة. وهي تتكون بشكل أساسي من خامات الليثيوم، بما في ذلك السبودومين، والليبيدوليت، والبتالايت، وميكا الفيروليت، والبيروليت. ومن بين هذه الخامات، تم استخدام السبودومين فقط على نطاق صناعي. ويتميز السبودومين بتركيبة بسيطة ومحتوى عالٍ من الليثيوم، مما يسهل استخراجه. كما تمتلك بلادي ثاني أكبر منجم للسبودومين في العالم. كما يتمتع بسعة تخزين كبيرة. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الليبيدوليت بتركيبة معقدة ولكنه يحتوي على احتياطي كبير.

في ييتشون بمقاطعة جيانغشي، يوجد في بلدي أكبر رواسب الليبيدوليت في العالم. وهو احتياطي رئيسي من الليثيوم ذو قيمة استراتيجية وبحثية عالية. ومع ذلك، فإن البتالايت وميكا الفيروليتيوم والبيروليتيت تحتوي على نسبة منخفضة من الليثيوم واحتياطيات صغيرة. لذلك، هناك القليل من الدراسات عليها، وهي ليست ذات أهمية كبيرة.

إن تعدين الليثيوم على نطاق واسع يخلق الآن الكثير من خبث الليثيوم. وإذا تم دفن نفايات الليثيوم في الموقع، فسوف يتسبب ذلك في تلوث التربة المحلية وجودة المياه. وبالتالي، أصبحت كيفية استخدام نفايات الليثيوم لتجنب التلوث موضوعًا ساخنًا في السنوات الأخيرة. يتميز خبث الليثيوم بخصائص مختلفة. ويرجع هذا إلى المكونات المختلفة للسبودومين والليبيدوليت.

الإسبودومين والليبيدوليت

السبودومين هو بيروكسين المعدنيةيظهر على شكل كونزيت عديم اللون إلى أصفر باهت أو أرجواني قليلاً أو أرجواني فاتح. كما أنه يشكل بلورات كبيرة مشفرة ومنشورية ذات لون أصفر مخضر أو أخضر زمردي. الإسبودومين هو إينوسيليكات الليثيوم والألومنيوم، LiAl(SiO3)2. يوجد بشكل أساسي في عروق البيجماتيت الجرانيتية. في بلدي، يتم إنتاج الإسبودومين بشكل أساسي في شينجيانغ وسيتشوان وجيانغشي.

يُعرف الليبيدوليت أيضًا باسم "الليبيدوليت"، وهو نظام أحادي الميل. المواد الكيميائية التركيب هو K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F)2} (x=0-0.5). وهو عبارة عن سيليكات ألومنيوم أساسية من البوتاسيوم والليثيوم، وهو نوع من معادن الميكا. لا يتم إنتاج الليبيدوليت بشكل عام إلا في بيغماتيت الجرانيت. لونه أرجواني ووردي ويمكن أن يكون فاتحًا إلى عديم اللون. له لمعان لؤلؤي. يكون على شكل أعمدة قصيرة أو رقائق صغيرة أو بلورات كبيرة تشبه الصفائح.

الليبيدوليت له تركيبة أكثر تعقيدًا ويصعب تكريره. السبودومين هو في الأساس ألومينوسيليكات تحتوي على الليثيوم. وعادة ما يكون به شوائب. مكوناته الرئيسية هي الليثيوم والسيليكون والألمنيوم. تركيبة الليبيدوليت أكثر تعقيدًا. مكوناته الرئيسية هي الليثيوم والبوتاسيوم والسيليكون والألمنيوم والفلور. لذلك، من الصعب استخراج المواد الخام وتنقية أملاح الليثيوم. قبل عام 2017، كربونات الليثيوم كان سعر الليبيدوليت مرتفعًا وكان رديء الجودة. وهذا هو السبب الرئيسي وراء ذلك. كان مخصصًا للعملاء الصناعيين.

محتوى Li2O في الليبيدوليت أقل، وبالتالي فإن استهلاك الوحدة أكبر. عادةً، يحتوي مركز سبودومين على 5.0-6.0% Li2O. يحتوي مركز الليبيدوليت على 2.0-3.5% Li2O. لذا، يستغرق الأمر حوالي 7.8 طن من مركز سبودومين (درجة 6.0%) لصنع طن واحد من كربونات الليثيوم. ويستغرق الأمر حوالي 18-19 طنًا من مركز الليبيدوليت (درجة 3.0%) لنفس الكمية. إذا كانت الدرجة أقل، فإن استهلاك الوحدة سيرتفع أكثر. لذا، فإن تكلفة استخراج الليثيوم من الليبيدوليت أعلى من تكلفة استخراجه من السبودومين.

مقارنة بين خبث الليثيوم السبودومين وخبث الليثيوم الليبيدوليت

عادةً ما تكون المراحل الرئيسية لخبث الليثيوم الإسبودومين هي الإسبودومين والجص والكوارتز. ومن بينها، يعد الإسبودومين المعدن الرئيسي في عملية استخلاص الليثيوم. الكوارتز هو معدن باراجيني للإسبودومين. يأتي الجص بشكل أساسي من تفاعل مسحوق الحجر الجيري مع حمض الكبريتيك.
عادةً ما تكون المراحل الرئيسية لنفايات الليثيوم والميكا هي الكرات الزرقاء والجص والكوارتز والفلوريت والألبيت. ومن بينها، تعد الكرات الزرقاء والكوارتز والألبيت والفلوريت معادن باراجينية للإسبودومين. يأتي الجص بشكل أساسي من تفاعل مسحوق الحجر الجيري وحمض الكبريتيك.

لذا، فإن خبث الليثيوم والميكا والليثيوم أكثر تعقيدًا من خبث الليثيوم والإسبودومين.

كثافة ميكا الليثيوم وخبث الليثيوم سبودومين متشابهة. خبث الليثيوم ميكا الليثيوم له مساحة سطح أصغر من نفايات الليثيوم سبودومين بعد طحن قصير. ولكن مع زيادة وقت الطحن، سيكون لميكا الليثيوم مساحة أكبر من سبودومين. كلما كان وقت طحن خبث الليثيوم ميكا الليثيوم أقصر، زاد نشاطه. يحتاج سبودومين إلى طحن أطول لتحسين نشاطه. الطحن قصير المدى أقل فعالية من ميكا الليثيوم ونفايات الليثيوم.

كما أن خبث الليثيوم أكثر تعقيدًا من النفايات الصلبة التقليدية، مثل الخبث والرماد المتطاير. فهذه لها تركيبة ثابتة. على سبيل المثال، يحتوي خبث الليثيوم على المزيد من أيونات المعادن القلوية مثل البوتاسيوم والصوديوم وعادةً ما يحتوي على عناصر 5%-30% S. كما قد تحتوي نفايات الليثيوم على كميات ضئيلة من أيونات معدنية أخرى، مثل البريليوم والثاليوم والروبيديوم والسيزيوم. ويجب اختبارها وتلبية المعايير قبل إعادة استخدامها. وقد أدى تثبيت أو إزالة الأيونات المعدنية في نفايات الليثيوم إلى صعوبة التعامل معها. لذا، هناك عدة طرق لاستخدامها، ولا يمكننا استهلاكها إلا بكمية صغيرة.

معالجة واستخدام خبث الليثيوم

إثراء واستخدام البريليوم والثاليوم والفلور والروبيديوم والسيزيوم

تحتوي خبث الليثيوم لدى إحدى الشركات في مقاطعة جيانغشي على 0.003% ثاليوم و0.0002% زرنيخ و3.5% فلور و0.067% بيريليوم و0.344% روبيديوم و0.078% سيزيوم. خبث الليثيوم سام ويحتوي على البريليوم والثاليوم والفلور والروبيديوم والسيزيوم. وهي تشكل مخاطر على النظام البيئي وصحة الإنسان.

يتم استخراج البريليوم صناعيًا في الغالب عن طريق الصهر في درجات حرارة عالية. بعد ذلك، يتم إخماد الماء أو إضافة مواد قلوية. يؤدي هذا إلى تدمير البنية البلورية للمعدن. بعد ذلك، يتم إذابته في حمض الكبريتيك وإثرائه باستخدام المذيبات العضوية. لكن المذيبات العضوية التقليدية ضارة جدًا بالبيئة. يكون الثاليوم في خام الليثيوم، بعد الاستفادة، في الغالب في شكل TI2O وTIOH وTI2SO4 وما إلى ذلك. وهي قابلة للذوبان بدرجة عالية. البريليوم أقل قابلية للذوبان.

وقد أظهرت العديد من الدراسات أن طرق الاستخلاص بالمذيبات يمكنها استخلاص الثاليوم بفعالية. ويمكن لطرق السائل الأيوني أن تفعل الشيء نفسه في الأنظمة المائية ثنائية الطور. وفي المستقبل، سوف نستخدم نظام سائل أيوني يحتوي على ميكروبات وحمض. وسوف يقلل هذا من استخدام الطاقة والنفايات الناتجة عن التفاعل. كما أنه سوف يحسن من عملية استرداد البريليوم والثاليوم. وسوف يؤدي هذا إلى استعادة المعادن من خبث نفايات مناجم الليثيوم بكفاءة خضراء وبكميات منخفضة من الكربون.

تتم معالجة خبث الليثيوم عن طريق عملية التحميص والاستخلاص لاستعادة الروبيديوم والسيزيوم. وتنتج محلولًا مختلطًا من أملاحهما. ثم يتم استخدام عملية الترسيب للحصول على خليط من الروبيديوم والسيزيوم. تتم معالجة خليط من الروبيديوم والسيزيوم. وهذا يعطي محلولًا مختلطًا عالي التركيز من أملاحهما. ثم يتم الحصول على بقايا الروبيديوم والسيزيوم عن طريق الترسيب خطوة بخطوة. تتم معالجة رواسب الروبيديوم ورواسب السيزيوم للحصول على كلوريد الروبيديوم وكلوريد السيزيوم. يمكن معالجة كلوريد الروبيديوم وكلوريد السيزيوم للحصول على كربونات الروبيديوم والسيزيوم.

يمكن للفلورين الموجود في ميكا الليثيوم أن يدمر بنيتها. المعالجة الحرارية المكونة من خطوتين أفضل من التسخين المباشر. فهي تزيل الفلورين وحمض الكبريتيك غير المتفاعل. كما أنها تنشئ نظامًا لاستعادة الفلورين وتوزيعه.

استغلال مواد البناء

أسمنت

خبث الليثيوم يشبه الطين المستخدم في الأسمنت. لذا، من الممكن استخدام خبث نفايات مناجم الليثيوم لاستبدال جزء من الطين في صنع كلينكر الأسمنت. تؤثر عملية استخراج معدن الليثيوم على خبث النفايات من ميكا الليثيوم والسبودومين. إنهما مختلفان جدًا. يحتوي خبث نفايات مناجم السبودومين على 1% إلى 3% Fe2O3. يحتوي خبث نفايات مناجم ميكا الليثيوم على حوالي 0.5% Fe2O3. لذا، فإن الأسمنت الأبيض من نفايات مناجم ميكا الليثيوم يتمتع بمزايا سوقية أكبر.

أسمنت

إن استخدام خبث الليثيوم كمادة مضافة للخرسانة يمكن أن يحل محل جزء من الأسمنت، ويمكن استخدامه على نطاق واسع، وهذا من شأنه أن يقلل من التأثير البيئي لإنتاج الأسمنت ويدعم التنمية المستدامة. يمكن أن يتفاعل SiO2 وAl2O3 في خبث الليثيوم مع Ca(OH)2 في الأسمنت، وهذا يشكل هلام سيليكات الكالسيوم المائي (CSH)، وهو ما يحسن من قوة الخرسانة ومتانتها.

في الوقت الحالي، تركز الأبحاث حول استخدام خبث الليثيوم كمادة مضافة للخرسانة على:

1. الخصائص الميكانيكية.
2. مقاومة الكربنة.
3. مقاومة لاختراق أيونات الكلوريد.
4. مقاومة للتآكل الكبريتي.
5. متانة.

سيراميك

إن استخدام النفايات الصناعية في صناعة السيراميك الرغوي يشكل محوراً رئيسياً في استخدام الموارد. إن خبث الليثيوم عبارة عن مادة خام صلبة نموذجية غنية بالسيليكون والألمنيوم والقلويات. إن نفايات الليثيوم الحمضية لها تركيبة كيميائية مماثلة للمواد الخام الخزفية التقليدية. ومكوناتها المعدنية الرئيسية هي الكوارتز والكالسيت والسبودومين وميكا الليثيوم.

ومع ذلك، يحتوي خبث الليثيوم غير المعالج على Fe2O3 وTiO2. وسوف يؤثر ذلك على بياض السيراميك. لذا، فهو مناسب لصنع سيراميك البناء. بالإضافة إلى ذلك، فإن أكسيد الليثيوم هو مادة صهر قوية. ستنخفض نقطة انصهار الطلاء عند دمجه مع أكاسيد الصوديوم والبوتاسيوم.

جيوبوليمر

يحتوي خبث الليثيوم على تركيبة كيميائية تشبه الرماد المتطاير. ويمكن استخدامه كمركب أولي من السيليكون والألومنيوم للجيوبوليمرات أحادية المكون. يحتوي خبث الليثيوم على نسبة منخفضة من أكسيد الكالسيوم ونسبة أعلى من ثاني أكسيد الكبريت. وهذا يؤثر على البوليمرات الاصطناعية. كما يغير استخدام تقنيات التنشيط الحراري والقلوي.

مادة الجدار

يستخدم خبث الليثيوم في مواد الجدران، وخاصة في الطوب غير المحروق والسيراميسايت. يتميز الطوب غير المحروق بقوة ومتانة عالية. يمكنه استهلاك نفايات الليثيوم بكفاءة. استخدمت بعض الدراسات الأسمنت ومسحوق خبث الفولاذ والرماد المتطاير ونفايات الليثيوم لصنع طوب خبث الليثيوم غير المحروق. لقد استخدموا طرق المعالجة الطبيعية. يتمتع الطوب بقوة عالية ومقاومة للماء ومقاومة جيدة للصقيع. السيراميسايت هو جسيم سيراميكي. إنه خفيف الوزن وقوي ومسامي. لديه قدرة جيدة على مقاومة الحرارة والماء والصوت. يقاوم الصقيع وله تفاعل قلوي ممتاز. يستخدم على نطاق واسع في مواد البناء كركام خفيف الوزن.

يحتوي خبث الليثيوم على نسبة عالية من SiO2 وAl2O3. وهو مادة خام عالية الجودة لصنع سيراميك البناء. يمكن أن يصل محتوى CaO وNa2O وK2O في نفايات الليثيوم والميكا إلى 15%. يمكن استخدامه كأكسيدات تدفق في التلبيد. هذا يخفض درجة حرارة تلبيد سيراميك البناء. كما يقلل من لزوجة الطور السائل عالي الحرارة.

قاع الطريق المصنوع من خبث الليثيوم

بشهر مايو، جيانجشي أصدرت "المواصفات الفنية لاستخدام خبث الليثيوم في هندسة رصف الطرق السريعة (تجريبي)". وهي تحتوي على العديد من معايير حماية البيئة. "يُحظر استخدام "نفايات الليثيوم التي تم تحديدها كنفايات خطرة" لردم رصف الطرق". لا يمكن استخدام خبث الليثيوم، وهو نفايات صناعية عامة، إلا لردم رصيف الطريق السريع بعد التعديل. لا يمكن استخدامه لردم رصف الطريق السريع". يجب ألا يكون رصف الطريق المصنوع من خبث الليثيوم المعدل ضمن الخط الأحمر للحماية البيئية أو الأراضي الزراعية الأساسية الدائمة أو المناطق الخاصة الأخرى. كما تحدد معايير مفصلة لاختبار المياه والتربة في قسم الطريق.

منتجات ذات صله