Les scories de lithium sont un sous-produit de la production de lithium à partir de minerais. Elles proviennent de l'extraction de spodumène et d'autres minéraux riches en lithium. Ce matériau contient souvent beaucoup de lithium et d'autres métaux précieux. Il s'agit donc d'une source potentielle de recyclage et de récupération. La demande de lithium augmentant, nous devons également gérer les scories de lithium. Elles sont essentielles pour les batteries des véhicules électriques et le stockage des énergies renouvelables. Les chercheurs et les industries explorent de nouvelles façons de traiter ce sous-produit. Ils visent à réduire les dommages environnementaux et à accroître l'efficacité des ressources.
Mon pays dispose de ressources précieuses en lithium. Il s'agit principalement de minerais de lithium, notamment de spodumène, de lépidolite, de pétalite, de mica ferrolithique et de pyrolithite. Parmi ces minerais, seul le spodumène est utilisé à l'échelle industrielle. Le spodumène a une composition simple et une teneur élevée en lithium, ce qui le rend facile à extraire. De plus, mon pays possède la deuxième plus grande mine de spodumène au monde, avec une grande capacité de stockage. De plus, la lépidolite a une composition complexe mais une grande réserve.
À Yichun, dans la province du Jiangxi, mon pays possède le plus grand gisement de lépidolite au monde. Il s'agit d'une réserve clé de lithium à haute valeur stratégique et de recherche. Cependant, la pétalite, le mica ferrolithique et la pyrolithite ont une faible teneur en lithium et de petites réserves. Il existe donc peu d'études sur ces gisements et ils ne sont pas très significatifs.
L'exploitation minière à grande échelle du lithium génère aujourd'hui une grande quantité de scories de lithium. Si les déchets de lithium sont mis en décharge sur place, ils pollueront le sol local et la qualité de l'eau. Ainsi, la manière d'utiliser les déchets de lithium pour éviter la pollution est devenue un sujet brûlant ces dernières années. Les scories de lithium ont des propriétés différentes. Cela est dû aux différents composants du spodumène et de la lépidolite.
Spodumène et Lépidolite
Le spodumène est un pyroxène minéral. Il se présente sous la forme d'une kunzite incolore à jaune pâle, légèrement violette ou lavande. Il forme également de gros cristaux cryptocristallins et prismatiques jaune-vert ou vert émeraude. Le spodumène est un inosilicate de lithium et d'aluminium, LiAl(SiO3)2. On le trouve principalement dans les veines de pegmatite granitique. Dans mon pays, le spodumène est principalement produit au Xinjiang, au Sichuan et au Jiangxi.
La lépidolite est également connue sous le nom de « lépidolite », un système monoclinique. chimique La composition de la lépidolite est K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0,5). C'est un silicate d'aluminium basique de potassium et de lithium, et c'est un type de minéral mica. La lépidolite n'est généralement produite que dans les pegmatites granitiques. Elle est de couleur violette et rose et peut être claire à incolore. Elle a un éclat nacré. Elle se présente sous la forme de courtes colonnes, de petits flocons ou de gros cristaux en forme de plaques.
La lépidolite a une composition plus complexe et est plus difficile à raffiner. Le spodumène est essentiellement un aluminosilicate contenant du lithium. Il contient généralement des impuretés. Ses principaux composants sont le lithium, le silicium et l'aluminium. La formule de la lépidolite est plus complexe. Ses principaux composants sont le lithium, le potassium, le silicium, l'aluminium et le fluor. Par conséquent, il est plus difficile d'extraire les matières premières et de purifier les sels de lithium. Avant 2017, carbonate de lithium L'extraction de lépidolite était coûteuse et de mauvaise qualité. C'est la principale raison. Elle était destinée aux clients de qualité industrielle.
Français La teneur en Li2O de la lépidolite est plus faible, donc la consommation unitaire est plus élevée. En général, le concentré de spodumène contient 5,0 à 6,01 TP3T de Li2O. Le concentré de lépidolite contient 2,0 à 3,51 TP3T de Li2O. Ainsi, il faut environ 7,8 tonnes de concentré de spodumène (de qualité 6,01 TP3T) pour fabriquer 1 tonne de carbonate de lithium. Et il faut environ 18 à 19 tonnes de concentré de lépidolite (de qualité 3,01 TP3T) pour la même quantité. Si la qualité est inférieure, la consommation unitaire augmentera encore. Ainsi, il coûte plus cher d'extraire du lithium de la lépidolite que du spodumène.
Comparaison entre le laitier de lithium de spodumène et le laitier de lithium de lépidolite
En général, les principales phases du laitier de lithium-spodumène sont le spodumène, le gypse et le quartz. Parmi eux, le spodumène est le principal minéral dans le processus d'extraction du lithium. Le quartz est un minéral paragénétique du spodumène. Le gypse provient principalement de la réaction de la poudre de calcaire et de l'acide sulfurique.
En général, les principales phases des déchets de mica-lithium sont la sphérule bleue, le gypse, le quartz, la fluorite et l'albite. Parmi eux, la sphérule bleue, le quartz, l'albite et la fluorite sont des minéraux paragénétiques du spodumène. Le gypse provient principalement de la réaction de la poudre de calcaire et de l'acide sulfurique.
Ainsi, le laitier de lithium-mica est plus complexe que le laitier de lithium-spodumène.
La densité du mica de lithium et du laitier de spodumène au lithium est similaire. Le mica de lithium et le laitier de spodumène au lithium ont une surface plus petite que les déchets de spodumène au lithium après un broyage court. Mais, à mesure que le temps de broyage augmente, le mica de lithium aura une surface plus grande que le spodumène. Plus le temps de broyage du laitier de mica de lithium est court, plus son activité est élevée. Le spodumène a besoin d'un broyage plus long pour améliorer son activité. Un broyage de courte durée est moins efficace que le mica de lithium et les déchets de lithium.
De plus, les scories de lithium sont plus complexes que les déchets solides traditionnels, comme les scories et les cendres volantes. Ceux-ci ont une composition fixe. Par exemple, les scories de lithium contiennent plus d'ions de métaux alcalins tels que K et Na et contiennent généralement des éléments 5%-30% S. De plus, les déchets de lithium peuvent contenir des traces d'autres ions métalliques, comme le béryllium, le thallium, le rubidium et le césium. Ils doivent être testés et répondre aux normes avant d'être réutilisés. La fixation ou l'élimination des ions métalliques dans les déchets de lithium a rendu leur manipulation difficile. Il existe donc quelques façons de l'utiliser, et nous ne pouvons en consommer qu'en petite quantité.
Traitement et valorisation des scories de lithium
Enrichissement et utilisation du béryllium, du thallium, du fluor, du rubidium et du césium
Les scories de lithium d'une entreprise du Jiangxi contiennent 0,003% de thallium, 0,0002% d'arsenic, 3,5% de fluor, 0,067% de béryllium, 0,344% de rubidium et 0,078% de césium. Les scories de lithium sont toxiques. Elles contiennent du béryllium, du thallium, du fluor, du rubidium et du césium. Elles présentent des risques pour l'écosystème et la santé humaine.
L'extraction industrielle du béryllium se fait principalement par fusion à haute température. Ensuite, on éteint l'eau ou on ajoute des substances alcalines. Cela détruit la structure cristalline du minéral. Ensuite, on le dissout dans de l'acide sulfurique et on l'enrichit à l'aide de solvants organiques. Mais les solvants organiques traditionnels sont très nocifs pour l'environnement. Le thallium contenu dans le minerai de lithium, après enrichissement, se présente principalement sous la forme de TI2O, TIOH, TI2SO4, etc. Ils sont très solubles. Le béryllium l'est moins.
De nombreuses études ont montré que les méthodes d'extraction par solvant peuvent extraire efficacement le thallium. Les méthodes par liquide ionique peuvent faire de même dans les systèmes aqueux à deux phases. À l'avenir, nous utiliserons un système micro-organisme-acide-liquide ionique. Cela réduira la consommation d'énergie et les déchets de la réaction. Cela améliorera également la récupération du béryllium et du thallium. Cela permettra de récupérer, avec une faible teneur en carbone et une efficacité verte, les métaux des scories de déchets des mines de lithium.
Un procédé de grillage-lixiviation traite les scories de lithium pour récupérer le rubidium et le césium. Il donne une solution mixte de leurs sels. Ensuite, un procédé de précipitation est utilisé pour obtenir un mélange de rubidium et de césium. Un mélange de rubidium et de césium est traité. Cela donne une solution mixte à haute concentration de leurs sels. Ensuite, des résidus de rubidium et de césium sont obtenus par précipitation étape par étape. Traiter les précipités de rubidium et les précipités de césium pour obtenir du chlorure de rubidium et du chlorure de césium. Le chlorure de rubidium et le chlorure de césium peuvent être traités pour obtenir des carbonates de rubidium et de césium.
Le fluor contenu dans le mica de lithium peut détruire sa structure. Le traitement thermique en deux étapes est meilleur que le chauffage direct. Il élimine le fluor et l'acide sulfurique non réagi. Il met également en place un système de récupération et de circulation du fluor.
Utilisation des matériaux de construction
Ciment
Les scories de lithium sont similaires à l'argile utilisée dans le ciment. Il est donc possible d'utiliser des scories de déchets miniers de lithium pour remplacer une partie de l'argile dans la fabrication du clinker de ciment. Le minerai de lithium et le processus d'extraction affectent les scories de déchets de mica de lithium et de spodumène. Ils sont très différents. Les scories de déchets miniers de spodumène contiennent 1% à 3% de Fe2O3. Les scories de déchets miniers de mica de lithium contiennent environ 0,5% de Fe2O3. Ainsi, le ciment blanc issu de déchets miniers de mica de lithium présente davantage d'avantages commerciaux.
Béton
L'utilisation du laitier de lithium comme adjuvant pour béton permet de remplacer une partie du ciment. Il peut être utilisé à grande échelle. Cela permettra de réduire l'impact environnemental de la production de ciment et de soutenir le développement durable. Le SiO2 et l'Al2O3 du laitier de lithium peuvent réagir avec le Ca(OH)2 du ciment. Cela forme un gel de silicate de calcium hydraté (CSH). Il améliore la résistance et la durabilité du béton.
Actuellement, les recherches sur l’utilisation du laitier de lithium comme additif pour béton se concentrent sur :
- Propriétés mécaniques.
- Résistance à la carbonatation.
- Résistance à la pénétration des ions chlorure.
- Résistance à la corrosion sulfatée.
- Durabilité.
Céramique
L'utilisation des déchets industriels pour fabriquer des mousses céramiques est un objectif clé dans l'utilisation des ressources. Les scories de lithium sont des matières premières solides typiques riches en silicium, en aluminium et en alcalis. Les déchets de lithium acides ont une composition chimique similaire à celle des matières premières céramiques traditionnelles. Ses principaux composants minéraux sont le quartz, la calcite, le spodumène et le mica de lithium.
Cependant, les scories de lithium non traitées contiennent du Fe2O3 et du TiO2. Ces éléments affectent la blancheur de la céramique. Elles conviennent donc à la fabrication de céramiques de construction. De plus, l'oxyde de lithium est un fondant puissant. Le point eutectique de la glaçure chute lorsqu'il est combiné avec des oxydes de sodium et de potassium.
Géopolymère
Les scories de lithium ont une composition chimique similaire à celle des cendres volantes. Elles peuvent être utilisées comme précurseur de silicium-aluminium pour les géopolymères monocomposants. Les scories de lithium ont une teneur en CaO plus faible et une teneur en SO3 plus élevée. Cela affecte ses géopolymères synthétiques. Cela modifie également l'utilisation des technologies d'activation thermique et alcaline.
Matériau du mur
Le laitier de lithium est utilisé dans les matériaux de construction, principalement dans les briques crues et la céramsite. Les briques crues ont une résistance et une durabilité élevées. Elles peuvent consommer efficacement les déchets de lithium. Certaines études ont utilisé du ciment, de la poudre de laitier d'acier, des cendres volantes et des déchets de lithium pour fabriquer des briques crues à base de laitier de lithium. Ils ont utilisé des méthodes de durcissement naturelles. Les briques avaient une résistance élevée, une résistance à l'eau et une bonne résistance au gel. La céramsite est une particule de céramique. Elle est légère, solide et poreuse. Elle a une bonne réfractarité. Elle a une bonne isolation thermique, hydrique et phonique. Elle résiste au gel et a une excellente réactivité alcaline-agrégat. Elle est largement utilisée dans les matériaux de construction comme agrégat léger.
Les scories de lithium ont une teneur élevée en SiO2 et Al2O3. C'est une matière première de haute qualité pour la fabrication de céramsite de construction. La teneur en CaO, Na2O et K2O des déchets de lithium-mica peut atteindre 15%. Il peut être utilisé comme oxydes de flux dans le frittage. Cela abaisse la température de frittage de la céramsite. Cela réduit également la viscosité de la phase liquide à haute température.
Plate-forme en scories de lithium
En mai, Jiangxi Le ministère de la Construction a publié les « Spécifications techniques pour l'utilisation de scories de lithium dans la construction des chaussées routières (essai) ». Elles contiennent de nombreuses normes de protection de l'environnement. « Il est interdit d'utiliser des « déchets de lithium identifiés comme déchets dangereux » pour le remplissage des chaussées. » Les scories de lithium, un déchet industriel général, ne peuvent être utilisées que pour le remplissage des remblais des autoroutes après modification. Elles ne peuvent pas être utilisées pour le remplissage des chaussées routières. » La chaussée en scories de lithium modifiées ne doit pas se trouver dans la ligne rouge de protection écologique, dans les terres agricoles de base permanentes ou dans d'autres zones spéciales. Elle établit également des normes détaillées pour les tests de l'eau et du sol dans la section de route.
