Lithiumschlacke ist ein Nebenprodukt der Lithiumgewinnung aus Erzen. Sie entsteht bei der Gewinnung von Spodumen und anderen lithiumreichen Mineralien. Dieses Material enthält oft viel Lithium und andere wertvolle Metalle. Es ist also eine potenzielle Quelle für Recycling und Rückgewinnung. Da die Nachfrage nach Lithium steigt, müssen wir auch mit der Lithiumschlacke umgehen. Sie ist für Batterien in Elektrofahrzeugen und zur Speicherung erneuerbarer Energien von entscheidender Bedeutung. Forscher und Industrie erkunden neue Wege zur Verarbeitung dieses Nebenprodukts. Ihr Ziel ist es, die Umweltbelastung zu verringern und die Ressourceneffizienz zu steigern.
Mein Land verfügt über wertvolle Lithiumvorkommen. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Lithiumerze, darunter Spodumen, Lepidolith, Petalit, Ferrolithiumglimmer und Pyrolithit. Unter ihnen wurde nur Spodumen im industriellen Maßstab eingesetzt. Spodumen hat eine einfache Zusammensetzung und einen hohen Lithiumgehalt, sodass es leicht zu gewinnen ist. Außerdem verfügt mein Land über die zweitgrößte Spodumenmine der Welt. Sie verfügt über eine große Lagerkapazität. Darüber hinaus hat Lepidolith eine komplexe Zusammensetzung, aber große Reserven.
In Yichun in der Provinz Jiangxi befindet sich die weltweit größte Lepidolithlagerstätte. Es handelt sich um eine wichtige Lithiumreserve mit hohem strategischen und Forschungswert. Petalit, Ferrolithiumglimmer und Pyrolithit haben jedoch einen geringen Lithiumgehalt und kleine Reserven. Daher gibt es nur wenige Studien zu ihnen, und sie sind nicht sehr aussagekräftig.
Beim großflächigen Lithiumabbau entsteht mittlerweile eine Menge Lithiumschlacke. Wenn der Lithiumabfall vor Ort deponiert wird, führt dies zu einer Verschmutzung des Bodens und der Wasserqualität vor Ort. Daher ist die Frage, wie Lithiumabfall zur Vermeidung von Umweltverschmutzung genutzt werden kann, in den letzten Jahren zu einem heißen Thema geworden. Die Lithiumschlacke hat unterschiedliche Eigenschaften. Dies ist auf die unterschiedlichen Bestandteile Spodumen und Lepidolith zurückzuführen.
Spodumen und Lepidolith
Spodumen ist ein Pyroxen Mineral. Es erscheint als farbloser bis blassgelber, leicht violetter oder lavendelfarbener Kunzit. Es bildet auch große, gelbgrüne oder smaragdgrüne kryptokristalline und prismatische Kristalle. Spodumen ist ein Lithiumaluminiuminosilikat, LiAl(SiO3)2. Es kommt hauptsächlich in Granitpegmatitadern vor. In meinem Land wird Spodumen hauptsächlich in Xinjiang, Sichuan und Jiangxi produziert.
Lepidolith wird auch als „Lepidolit“ bezeichnet, ein monoklines System. chemisch Die Zusammensetzung ist K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0,5). Es ist ein basisches Aluminiumsilikat aus Kalium und Lithium und eine Art Glimmermineral. Lepidolith kommt im Allgemeinen nur in Granitpegmatiten vor. Es ist violett und rosa gefärbt und kann hell bis farblos sein. Es hat einen perlmuttartigen Glanz. Es hat die Form kurzer Säulen, kleiner Flocken oder großer plattenartiger Kristalle.
Lepidolith hat eine komplexere Zusammensetzung und ist schwieriger zu raffinieren. Spodumen ist im Wesentlichen ein lithiumhaltiges Alumosilikat. Es hat normalerweise Verunreinigungen. Seine Hauptbestandteile sind Lithium, Silizium und Aluminium. Die Formel von Lepidolith ist komplexer. Seine Hauptbestandteile sind Lithium, Kalium, Silizium, Aluminium und Fluor. Daher ist es schwieriger, Rohstoffe zu gewinnen und Lithiumsalze zu reinigen. Vor 2017 Lithiumcarbonat aus Lepidolith war teuer und von schlechter Qualität. Das ist der Hauptgrund dafür. Es war für Kunden im Industriemaßstab bestimmt.
Der Li2O-Gehalt in Lepidolith ist geringer, daher ist der Verbrauch pro Einheit höher. Typischerweise enthält Spodumenkonzentrat 5,0–6,0% Li2O. Lepidolithkonzentrat enthält 2,0–3,5% Li2O. Es werden also etwa 7,8 Tonnen Spodumenkonzentrat (6,0%-Qualität) benötigt, um 1 Tonne Lithiumcarbonat herzustellen. Und für dieselbe Menge werden etwa 18–19 Tonnen Lepidolithkonzentrat (3,0%-Qualität) benötigt. Wenn die Qualität niedriger ist, steigt der Verbrauch pro Einheit weiter an. Es kostet also mehr, Lithium aus Lepidolith zu extrahieren als aus Spodumen.
Vergleich zwischen Spodumen-Lithium-Schlacke und Lepidolith-Lithium-Schlacke
Normalerweise sind die Hauptphasen der Spodumen-Lithium-Schlacke Spodumen, Gips und Quarz. Von diesen ist Spodumen das Hauptmineral im Lithium-Extraktionsprozess. Quarz ist ein paragenetisches Mineral von Spodumen. Gips entsteht hauptsächlich aus der Reaktion von Kalksteinpulver und Schwefelsäure.
Normalerweise sind die Hauptphasen von Lithium-Glimmer-Lithium-Abfällen blaue Kügelchen, Gips, Quarz, Fluorit und Albit. Von diesen sind blaue Kügelchen, Quarz, Albit und Fluorit paragenetische Mineralien von Spodumen. Gips entsteht hauptsächlich aus der Reaktion von Kalksteinpulver und Schwefelsäure.
Daher ist Lithium-Glimmer-Lithium-Schlacke komplexer als Spodumen-Lithium-Schlacke.
Die Dichte von Lithiumglimmer und Spodumen-Lithiumschlacke ist ähnlich. Lithiumglimmer-Lithiumschlacke hat nach kurzem Mahlen eine kleinere Oberfläche als Spodumen-Lithiumabfall. Mit zunehmender Mahldauer hat Lithiumglimmer jedoch eine größere Oberfläche als Spodumen. Je kürzer die Mahldauer von Lithiumglimmer-Lithiumschlacke ist, desto höher ist ihre Aktivität. Spodumen muss länger gemahlen werden, um seine Aktivität zu verbessern. Kurzzeitiges Mahlen ist weniger effektiv als Lithiumglimmer und Lithiumabfall.
Außerdem ist Lithiumschlacke komplexer als herkömmliche feste Abfälle wie Schlacke und Flugasche. Diese haben eine festgelegte Zusammensetzung. Lithiumschlacke enthält beispielsweise mehr Alkalimetallionen wie K und Na und enthält normalerweise 5%-30% S-Elemente. Außerdem kann Lithiumabfall Spuren anderer Metallionen wie Beryllium, Thallium, Rubidium und Cäsium enthalten. Sie müssen getestet werden und den Standards entsprechen, bevor sie wiederverwendet werden können. Die Fixierung oder Entfernung von Metallionen in Lithiumabfall hat die Handhabung erschwert. Es gibt also nur wenige Verwendungsmöglichkeiten, und wir können nur kleine Mengen davon verbrauchen.
Behandlung und Nutzung von Lithiumschlacke
Anreicherung und Nutzung von Beryllium, Thallium, Fluor, Rubidium und Cäsium
Die Lithiumschlacke eines Unternehmens in Jiangxi enthält 0,0031 TP3T Thallium, 0,00021 TP3T Arsen, 3,51 TP3T Fluor, 0,0671 TP3T Beryllium, 0,3441 TP3T Rubidium und 0,0781 TP3T Cäsium. Die Lithiumschlacke ist giftig. Sie enthält Beryllium, Thallium, Fluor, Rubidium und Cäsium. Sie stellen ein Risiko für das Ökosystem und die menschliche Gesundheit dar.
Die industrielle Gewinnung von Beryllium erfolgt meist durch Schmelzen bei hohen Temperaturen. Anschließend wird das Wasser abgeschreckt oder alkalische Substanzen hinzugefügt. Dadurch wird die Kristallstruktur des Minerals zerstört. Anschließend wird es in Schwefelsäure gelöst und mit organischen Lösungsmitteln angereichert. Herkömmliche organische Lösungsmittel sind jedoch sehr umweltschädlich. Das Thallium im Lithiumerz liegt nach der Aufbereitung meist in Form von TI2O, TIOH, TI2SO4 usw. vor. Diese sind gut löslich. Beryllium ist weniger gut löslich.
Viele Studien haben gezeigt, dass sich Thallium mit Lösungsmittelextraktionsmethoden effektiv extrahieren lässt. Ionische Flüssigkeitsmethoden können dasselbe in zweiphasigen wässrigen Systemen tun. In Zukunft werden wir ein System aus Mikroorganismen, Säuren und ionischen Flüssigkeiten verwenden. Dadurch werden der Energieverbrauch und der Abfall aus der Reaktion reduziert. Außerdem wird sich die Rückgewinnung von Beryllium und Thallium verbessern. Dadurch werden Metalle mit geringer Kohlenstoffbelastung und umweltfreundlicher Effizienz aus der Schlacke von Lithiumminenabfällen zurückgewonnen.
In einem Röst- und Auslaugungsprozess wird Lithiumschlacke behandelt, um Rubidium und Cäsium zurückzugewinnen. Dabei entsteht eine Mischlösung ihrer Salze. Anschließend wird ein Fällungsprozess durchgeführt, um eine Mischung aus Rubidium und Cäsium zu erhalten. Eine Mischung aus Rubidium und Cäsium wird behandelt. Dadurch entsteht eine hochkonzentrierte Mischlösung ihrer Salze. Anschließend werden Rubidium- und Cäsiumrückstände durch schrittweise Fällung gewonnen. Rubidiumniederschläge und Cäsiumniederschläge werden behandelt, um Rubidiumchlorid und Cäsiumchlorid zu erhalten. Rubidiumchlorid und Cäsiumchlorid können behandelt werden, um Rubidium- und Cäsiumcarbonate zu erhalten.
Das Fluor in Lithiumglimmer kann dessen Struktur zerstören. Die zweistufige Wärmebehandlung ist besser als direktes Erhitzen. Sie entfernt Fluor und nicht umgesetzte Schwefelsäure. Außerdem wird ein Fluorrückgewinnungs- und -zirkulationssystem eingerichtet.
Baustoffverwertung
Zement
Lithiumschlacke ähnelt dem Ton, der in Zement verwendet wird. Daher ist es möglich, Lithiumschlacke aus Bergwerksabfällen zu verwenden, um einen Teil des Tons bei der Herstellung von Zementklinker zu ersetzen. Das Lithiummineral und der Extraktionsprozess wirken sich auf die Abfallschlacke aus Lithiumglimmer und Spodumen aus. Sie sind sehr unterschiedlich. Spodumenschlacke aus Bergwerksabfällen enthält 1% bis 3% Fe2O3. Lithiumglimmerschlacke aus Bergwerksabfällen enthält etwa 0,5% Fe2O3. Weißzement aus Lithiumglimmerschlacke hat also mehr Marktvorteile.
Beton
Die Verwendung von Lithiumschlacke als Betonzusatzstoff kann einen Teil des Zements ersetzen. Sie kann in großem Maßstab eingesetzt werden. Dies verringert die Umweltauswirkungen der Zementproduktion und unterstützt eine nachhaltige Entwicklung. SiO2 und Al2O3 in Lithiumschlacke können mit Ca(OH)2 im Zement reagieren. Dadurch entsteht hydratisiertes Calciumsilikatgel (CSH). Es verbessert die Festigkeit und Haltbarkeit des Betons.
Derzeit konzentriert sich die Forschung zur Verwendung von Lithiumschlacke als Betonzusatzstoff auf:
- Mechanische Eigenschaften.
- Karbonatisierungsbeständigkeit.
- Beständigkeit gegen das Eindringen von Chloridionen.
- Beständigkeit gegen Sulfatkorrosion.
- Haltbarkeit.
Keramik
Die Verwendung von Industrieabfällen zur Herstellung von Schaumkeramik ist ein Schwerpunkt bei der Ressourcennutzung. Lithiumschlacke ist ein typischer fester Abfallrohstoff mit hohem Silizium-, Aluminium- und Alkaligehalt. Saurer Lithiumabfall hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie herkömmliche keramische Rohstoffe. Seine wichtigsten mineralischen Bestandteile sind Quarz, Kalzit, Spodumen und Lithiumglimmer.
Unbehandelte Lithiumschlacke enthält jedoch Fe2O3 und TiO2. Diese beeinträchtigen die Weiße der Keramik. Daher eignet sie sich zur Herstellung von Baukeramik. Darüber hinaus ist Lithiumoxid ein starkes Flussmittel. Der eutektische Punkt der Glasur sinkt, wenn es mit Natrium- und Kaliumoxiden kombiniert wird.
Geopolymer
Lithiumschlacke hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Flugasche. Sie kann als Silizium-Aluminium-Vorläufer für Einkomponenten-Geopolymere verwendet werden. Lithiumschlacke hat weniger CaO und mehr SO3. Dies wirkt sich auf ihre synthetischen Geopolymere aus. Es verändert auch den Einsatz von thermischen und alkalischen Aktivierungstechnologien.
Wandmaterial
Lithiumschlacke wird in Wandmaterialien verwendet, hauptsächlich in ungebrannten Ziegeln und Blähton. Ungebrannte Ziegel haben eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit. Sie können Lithiumabfälle effizient verbrauchen. In einigen Studien wurden Zement, Stahlschlackenpulver, Flugasche und Lithiumabfälle verwendet, um ungebrannte Lithiumschlackenziegel herzustellen. Dabei wurden natürliche Härtungsmethoden verwendet. Die Ziegel hatten eine hohe Festigkeit, Wasserbeständigkeit und gute Frostbeständigkeit. Blähton ist ein Keramikpartikel. Es ist leicht, stark und porös. Es hat eine gute Feuerfestigkeit. Es hat eine gute Wärme-, Wasser- und Schalldämmung. Es widersteht Frost und hat eine ausgezeichnete Alkali-Zuschlagstoff-Reaktivität. Es wird in Baumaterialien häufig als Leichtzuschlagstoff verwendet.
Lithiumschlacke hat einen hohen Gehalt an SiO2 und Al2O3. Sie ist ein hochwertiger Rohstoff für die Herstellung von Bau-Blähton. Der Gehalt an CaO, Na2O und K2O in Lithium-Glimmer-Lithium-Abfällen kann 15% erreichen. Sie kann als Flussmitteloxid beim Sintern verwendet werden. Dies senkt die Sintertemperatur von Blähton. Es verringert auch die Viskosität der Hochtemperatur-Flüssigkeitsphase.
Lithium-Schlacke-Straßenbett
Im Mai, Jiangxi hat die „Technischen Spezifikationen für die Verwendung von Lithiumschlacke im Straßenbau (Test)“ herausgegeben. Sie enthalten viele Umweltschutzstandards. „Die Verwendung von ‚als gefährlicher Abfall identifiziertem Lithiumabfall‘ zum Füllen des Straßenbetts ist verboten.“ Lithiumschlacke, ein allgemeiner Industrieabfall, darf nur nach Modifizierung zum Füllen von Autobahnböschungen verwendet werden. Sie darf nicht zum Füllen des Straßenbetts verwendet werden.“ Das modifizierte Lithiumschlacken-Straßenbett darf nicht in der ökologisch geschützten roten Linie, in dauerhaftem Ackerland oder in anderen Sondergebieten liegen. Es legt auch detaillierte Standards für die Prüfung von Wasser und Boden im Straßenabschnitt fest.
