Le scorie di litio sono un sottoprodotto della produzione di litio dai minerali. Provengono dall'estrazione di spodumene e altri minerali ricchi di litio. Questo materiale contiene spesso alti livelli di litio e altri metalli preziosi. Quindi, è una potenziale fonte di riciclaggio e recupero. Con l'aumento della domanda di litio, dobbiamo gestire anche le scorie di litio. Sono fondamentali per le batterie nei veicoli elettrici e per l'accumulo di energia rinnovabile. I ricercatori e le industrie stanno esplorando nuovi modi per elaborare questo sottoprodotto. Il loro obiettivo è ridurre i danni ambientali e aumentare l'efficienza delle risorse.
Il mio paese ha preziose risorse di litio. Sono principalmente minerali di litio, tra cui spodumene, lepidolite, petalite, mica ferrolitio e pirolitite. Tra questi, solo lo spodumene è stato applicato su scala industriale. Lo spodumene ha una composizione semplice e un alto contenuto di litio, che è facile da estrarre. Inoltre, il mio paese ha la seconda miniera di spodumene più grande al mondo. Ha una grande capacità di stoccaggio. Inoltre, la lepidolite ha una composizione complessa ma una grande riserva.
A Yichun, nella provincia di Jiangxi, il mio paese ha il più grande deposito di lepidolite al mondo. È una riserva chiave di litio con un alto valore strategico e di ricerca. Tuttavia, petalite, ferrolitio mica e pirolitite hanno un basso contenuto di litio e piccole riserve. Quindi, ci sono pochi studi su di loro e non sono molto significativi.
L'estrazione di litio su larga scala crea ora molte scorie di litio. Se i rifiuti di litio vengono smaltiti in discarica in loco, causeranno inquinamento del suolo locale e della qualità dell'acqua. Pertanto, come utilizzare i rifiuti di litio per evitare l'inquinamento è diventato un argomento caldo negli ultimi anni. Le scorie di litio hanno proprietà diverse. Ciò è dovuto ai diversi componenti di spodumene e lepidolite.
Spodumene e Lepidolite
Lo spodumene è un pirosseno minerale. Appare come kunzite incolore o giallo pallido, leggermente viola o lavanda. Forma anche grandi cristalli criptocristallini e prismatici giallo-verdi o verde smeraldo. Lo spodumene è un inosilicato di litio e alluminio, LiAl(SiO3)2. Si trova principalmente nelle vene di pegmatite di granito. Nel mio paese, lo spodumene è prodotto principalmente nello Xinjiang, nel Sichuan e nello Jiangxi.
La lepidolite è anche conosciuta come “lepidolite”, un sistema monoclino. chimico la composizione è K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0,5). È un silicato basico di alluminio di potassio e litio, ed è un tipo di minerale di mica. La lepidolite è generalmente prodotta solo nelle pegmatiti di granito. È di colore viola e rosa e può essere da chiara a incolore. Ha una lucentezza perlacea. Si presenta sotto forma di colonne corte, piccole scaglie o grandi cristalli simili a piastre.
La lepidolite ha una composizione più complessa ed è più difficile da raffinare. Lo spodumene è essenzialmente un alluminosilicato contenente litio. Di solito ha delle impurità. I suoi componenti principali sono litio, silicio e alluminio. La formula della lepidolite è più complessa. I suoi componenti principali sono litio, potassio, silicio, alluminio e fluoro. Pertanto, è più difficile estrarre le materie prime e purificare i sali di litio. Prima del 2017, carbonato di litio dalla lepidolite era costoso e di scarsa qualità. Questo è il motivo principale. Era per clienti di livello industriale.
Il contenuto di Li2O nella lepidolite è inferiore, quindi il consumo unitario è maggiore. In genere, il concentrato di spodumene ha 5,0-6,0% Li2O. Il concentrato di lepidolite ha 2,0-3,5% Li2O. Quindi, ci vogliono circa 7,8 tonnellate di concentrato di spodumene (grado 6,0%) per produrre 1 tonnellata di carbonato di litio. E ci vogliono circa 18-19 tonnellate di concentrato di lepidolite (grado 3,0%) per la stessa quantità. Se il grado è inferiore, il consumo unitario aumenterà ulteriormente. Quindi, costa di più estrarre il litio dalla lepidolite che dallo spodumene.
Confronto tra scorie di spodumene e scorie di lepidolite
Di solito, le fasi principali delle scorie di spodumene litio sono spodumene, gesso e quarzo. Tra queste, lo spodumene è il minerale principale nel processo di estrazione del litio. Il quarzo è un minerale paragenetico dello spodumene. Il gesso deriva principalmente dalla reazione di polvere di calcare e acido solforico.
Di solito, le fasi principali dei rifiuti di litio mica litio sono sferula blu, gesso, quarzo, fluorite e albite. Tra questi, sferula blu, quarzo, albite e fluorite sono minerali paragenetici di spodumene. Il gesso deriva principalmente dalla reazione di polvere di calcare e acido solforico.
Quindi, le scorie di litio-mica-litio sono più complesse delle scorie di litio-spodumene.
La densità della mica di litio e della scoria di spodumene e litio è simile. La scoria di litio e mica ha una superficie inferiore rispetto allo spodumene e litio dopo una breve macinazione. Tuttavia, all'aumentare del tempo di macinazione, la mica di litio avrà un'area maggiore rispetto allo spodumene. Più breve è il tempo di macinazione della scoria di litio e mica, maggiore è la sua attività. Lo spodumene necessita di una macinazione più lunga per migliorare la sua attività. La macinazione di breve durata è meno efficace della mica di litio e dello spodumene e litio.
Inoltre, le scorie di litio sono più complesse dei tradizionali rifiuti solidi, come le scorie e le ceneri volanti. Questi hanno una composizione fissa. Ad esempio, le scorie di litio contengono più ioni di metalli alcalini come K e Na e solitamente contengono elementi S 5%-30%. Inoltre, i rifiuti di litio possono contenere tracce di altri ioni metallici, come berillio, tallio, rubidio e cesio. Devono essere testati e soddisfare gli standard prima di essere riutilizzati. La fissazione o la rimozione di ioni metallici nei rifiuti di litio ne ha reso difficile la gestione. Quindi, ci sono alcuni modi per utilizzarli e possiamo consumarli solo in piccole quantità.
Trattamento e utilizzo delle scorie di litio
Arricchimento e utilizzo di berillio, tallio, fluoro, rubidio e cesio
Le scorie di litio di un'azienda nello Jiangxi contengono 0,003% di tallio, 0,0002% di arsenico, 3,5% di fluoro, 0,067% di berillio, 0,344% di rubidio e 0,078% di cesio. Le scorie di litio sono tossiche. Contengono berillio, tallio, fluoro, rubidio e cesio. Rappresentano rischi per l'ecosistema e la salute umana.
L'estrazione industriale del berillio avviene principalmente tramite fusione ad alta temperatura. Quindi, si spegne l'acqua o si aggiungono sostanze alcaline. Ciò distrugge la struttura cristallina del minerale. Quindi, viene sciolto in acido solforico e arricchito utilizzando solventi organici. Tuttavia, i solventi organici tradizionali sono molto dannosi per l'ambiente. Il tallio nel minerale di litio, dopo l'arricchimento, è principalmente sotto forma di TI2O, TIOH, TI2SO4, ecc. Sono altamente solubili. Il berillio lo è meno.
Molti studi hanno dimostrato che i metodi di estrazione con solvente possono estrarre efficacemente il tallio. I metodi con liquido ionico possono fare lo stesso nei sistemi acquosi bifase. In futuro, utilizzeremo un sistema microorganismo-acido-liquido ionico. Ciò ridurrà l'uso di energia e gli sprechi della reazione. Migliorerà anche il recupero di berillio e tallio. Ciò recupererà, con bassa emissione di carbonio, efficienza verde, metalli dalle scorie di scarto delle miniere di litio.
Un processo di tostatura-lisciviazione tratta le scorie di litio per recuperare rubidio e cesio. Produce una soluzione mista dei loro sali. Quindi, viene utilizzato un processo di precipitazione per ottenere una miscela di rubidio e cesio. Viene trattata una miscela di rubidio e cesio. Ciò fornisce una soluzione mista ad alta concentrazione dei loro sali. Quindi, i residui di rubidio e cesio vengono ottenuti tramite precipitazione graduale. Trattare i precipitati di rubidio e i precipitati di cesio per ottenere cloruro di rubidio e cloruro di cesio. Il cloruro di rubidio e il cloruro di cesio possono essere trattati per ottenere carbonati di rubidio e cesio.
Il fluoro nella mica di litio può distruggerne la struttura. Il trattamento termico in due fasi è migliore del riscaldamento diretto. Rimuove il fluoro e l'acido solforico non reagito. Inoltre, imposta un sistema di recupero e circolazione del fluoro.
Utilizzo dei materiali da costruzione
Cemento
Le scorie di litio sono simili all'argilla usata nel cemento. Quindi, è fattibile usare scorie di scarto di miniera di litio per sostituire parte dell'argilla nella produzione di clinker di cemento. Il minerale di litio e il processo di estrazione influenzano le scorie di scarto di mica di litio e spodumene. Sono molto diverse. Le scorie di scarto di miniera di spodumene hanno 1% a 3% Fe2O3. Le scorie di scarto di miniera di mica di litio hanno circa 0,5% Fe2O3. Quindi, il cemento bianco da scorie di miniera di mica di litio ha più vantaggi di mercato.
Calcestruzzo
L'uso di scorie di litio come additivo per calcestruzzo può sostituire parte del cemento. Può essere utilizzato su larga scala. Ciò ridurrà l'impatto ambientale della produzione di cemento e sosterrà lo sviluppo sostenibile. SiO2 e Al2O3 nelle scorie di litio possono reagire con Ca(OH)2 nel cemento. Ciò forma un gel di silicato di calcio idrato (CSH). Migliora la resistenza e la durata del calcestruzzo.
Attualmente, la ricerca sull'uso delle scorie di litio come additivo per calcestruzzo si concentra su:
- Proprietà meccaniche.
- Resistenza alla carbonatazione.
- Resistenza alla penetrazione degli ioni cloruro.
- Resistenza alla corrosione da solfati.
- Durata.
Ceramica
L'utilizzo di rifiuti industriali per realizzare ceramiche espanse è un obiettivo chiave nell'uso delle risorse. Le scorie di litio sono una tipica materia prima solida di scarto ad alto contenuto di silicio, alluminio e alcali. I rifiuti acidi di litio hanno una composizione chimica simile alle materie prime ceramiche tradizionali. I suoi principali componenti minerali sono quarzo, calcite, spodumene e mica di litio.
Tuttavia, le scorie di litio non trattate contengono Fe2O3 e TiO2. Influiranno sulla bianchezza della ceramica. Quindi, è adatta per realizzare ceramiche da costruzione. Inoltre, l'ossido di litio è un forte flusso. Il punto eutettico della smaltatura scenderà se combinato con ossidi di sodio e potassio.
Geopolimero
La scoria di litio ha una composizione chimica simile alla cenere volante. Può essere utilizzata come precursore silicio-alluminio per geopolimeri monocomponenti. La scoria di litio ha meno CaO e più SO3. Ciò influisce sui suoi geopolimeri sintetici. Cambia anche l'uso delle tecnologie di attivazione termica e alcalina.
Materiale della parete
Le scorie di litio sono utilizzate nei materiali per pareti, principalmente nei mattoni crudi e nella ceramsite. I mattoni crudi hanno elevata resistenza e durata. Possono consumare in modo efficiente i rifiuti di litio. Alcuni studi hanno utilizzato cemento, polvere di scorie di acciaio, cenere volante e rifiuti di litio per realizzare mattoni crudi di scorie di litio. Hanno utilizzato metodi di stagionatura naturali. I mattoni avevano elevata resistenza, resistenza all'acqua e buona resistenza al gelo. La ceramsite è una particella di ceramica. È leggera, forte e porosa. Ha una buona refrattarietà. Ha un buon isolamento termico, idrico e acustico. Resiste al gelo e ha un'eccellente reattività alcali-aggregato. È ampiamente utilizzata nei materiali da costruzione come aggregato leggero.
Le scorie di litio hanno un alto contenuto di SiO2 e Al2O3. Sono materie prime di alta qualità per la produzione di ceramsite da costruzione. Il contenuto di CaO, Na2O e K2O nei rifiuti di litio mica litio può raggiungere 15%. Possono essere utilizzati come ossidi di flusso nella sinterizzazione. Ciò abbassa la temperatura di sinterizzazione della ceramsite. Riduce anche la viscosità della fase liquida ad alta temperatura.
Massiccio stradale in scorie di litio
A maggio, Cina ha pubblicato le "Specifiche tecniche per l'uso di scorie di litio nell'ingegneria stradale autostradale (prova)". Contiene molti standard di protezione ambientale. "È vietato utilizzare 'rifiuti di litio identificati come rifiuti pericolosi' per il riempimento della sede stradale". Le scorie di litio, un rifiuto industriale generico, possono essere utilizzate solo per il riempimento di argini stradali dopo la modifica. Non possono essere utilizzate per il riempimento della sede stradale autostradale". La sede stradale modificata con scorie di litio non deve trovarsi nella linea rossa di protezione ecologica, nei terreni agricoli di base permanenti o in altre aree speciali. Stabilisce inoltre standard dettagliati per testare l'acqua e il terreno nella sezione stradale.
