Lithiumslak is een bijproduct van lithiumproductie uit ertsen. Het komt van de winning van spodumeen en andere lithiumrijke mineralen. Dit materiaal bevat vaak veel lithium en andere waardevolle metalen. Het is dus een potentiële bron voor recycling en herstel. Naarmate de vraag naar lithium stijgt, moeten we ook lithiumslak beheren. Het is cruciaal voor batterijen in elektrische voertuigen en opslag van hernieuwbare energie. Onderzoekers en industrieën onderzoeken nieuwe manieren om dit bijproduct te verwerken. Ze streven ernaar om de schade aan het milieu te verminderen en de efficiëntie van hulpbronnen te vergroten.
Mijn land heeft waardevolle lithiumbronnen. Het zijn voornamelijk lithiumertsen, waaronder spodumeen, lepidoliet, petaliet, ferrolithiummica en pyrolithiet. Van hen is alleen spodumeen op industriële schaal toegepast. Spodumeen heeft een eenvoudige samenstelling en een hoog lithiumgehalte, dat gemakkelijk te winnen is. Ook heeft mijn land de op één na grootste spodumeenmijn ter wereld. Het heeft een grote opslagcapaciteit. Bovendien heeft lepidoliet een complexe samenstelling, maar een grote reserve.
In Yichun, provincie Jiangxi, heeft mijn land de grootste lepidolietafzetting ter wereld. Het is een belangrijke lithiumreserve met een hoge strategische en onderzoekswaarde. Petaliet, ferrolithiummica en pyrolithiet hebben echter een laag lithiumgehalte en kleine reserves. Er zijn dus weinig studies over hen en ze zijn niet erg significant.
Grootschalige lithiumwinning creëert nu veel lithiumslak. Als het lithiumafval op de locatie wordt gestort, zal het de lokale bodem en waterkwaliteit vervuilen. Daarom is het de laatste jaren een hot topic geworden hoe lithiumafval kan worden gebruikt om vervuiling te voorkomen. De lithiumslak heeft verschillende eigenschappen. Dit komt door de verschillende componenten van spodumeen en lepidoliet.
Spodumeen en Lepidoliet
Spodumeen is een pyroxeen mineraal. Het verschijnt als kleurloos tot lichtgeel, lichtpaars of lavendel kunziet. Het vormt ook grote, geelgroene of smaragdgroene cryptokristallijne en prismatische kristallen. Spodumeen is een lithiumaluminiuminosilicaat, LiAl(SiO3)2. Het wordt voornamelijk gevonden in granietpegmatietaders. In mijn land wordt spodumeen voornamelijk geproduceerd in Xinjiang, Sichuan en Jiangxi.
Lepidoliet is ook bekend als "lepidoliet", een monoklien systeem. De chemisch samenstelling is K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0.5). Het is een basisch aluminiumsilicaat van kalium en lithium, en is een type mica mineraal. Lepidoliet wordt over het algemeen alleen geproduceerd in graniet pegmatieten. Het is paars en roze van kleur en kan licht tot kleurloos zijn. Het heeft een parelmoer glans. Het is in de vorm van korte kolommen, kleine vlokken, of grote plaatvormige kristallen.
Lepidoliet heeft een complexere samenstelling en is moeilijker te zuiveren. Spodumeen is in wezen een lithiumbevattend aluminosilicaat. Het bevat meestal onzuiverheden. De hoofdbestanddelen zijn lithium, silicium en aluminium. De formule van Lepidoliet is complexer. De hoofdbestanddelen zijn lithium, kalium, silicium, aluminium en fluor. Daarom is het moeilijker om grondstoffen te extraheren en lithiumzouten te zuiveren. Vóór 2017, lithiumcarbonaat van lepidoliet was duur en van slechte kwaliteit. Dit is de belangrijkste reden waarom. Het was voor industriële klanten.
Het Li2O-gehalte in lepidoliet is lager, dus het eenheidsverbruik is groter. Normaal gesproken heeft spodumeenconcentraat 5,0-6,0% Li2O. Lepidolietconcentraat heeft 2,0-3,5% Li2O. Dus, het kost ongeveer 7,8 ton spodumeenconcentraat (6,0%-kwaliteit) om 1 ton lithiumcarbonaat te maken. En het kost ongeveer 18-19 ton lepidolietconcentraat (3,0%-kwaliteit) voor dezelfde hoeveelheid. Als de kwaliteit lager is, zal het eenheidsverbruik verder stijgen. Dus, het kost meer om lithium uit lepidoliet te extraheren dan uit spodumeen.
Vergelijking tussen spodumeenlithiumslak en lepidolietlithiumslak
Meestal zijn de hoofdfasen van spodumeenlithiumslak spodumeen, gips en kwarts. Van hen is spodumeen het belangrijkste mineraal in het lithiumextractieproces. Kwarts is een paragenetisch mineraal van spodumeen. Gips komt voornamelijk voort uit de reactie van kalksteenpoeder en zwavelzuur.
Meestal zijn de hoofdfasen van lithium mica lithium afval blauwe bol, gips, kwarts, fluoriet en albiet. Van hen zijn blauwe bol, kwarts, albiet en fluoriet paragenetische mineralen van spodumeen. Gips komt voornamelijk uit de reactie van kalksteenpoeder en zwavelzuur.
Lithiummica-lithiumslak is dus complexer dan spodumeen-lithiumslak.
De dichtheid van lithium mica en spodumeen lithium slak is vergelijkbaar. Lithium mica lithium slak heeft een kleiner oppervlak dan spodumeen lithium afval na een korte maalbeurt. Maar naarmate de maaltijd toeneemt, zal lithium mica een groter oppervlak hebben dan spodumeen. Hoe korter de maaltijd van lithium mica lithium slak, hoe hoger de activiteit. Spodumeen heeft een langere maalbeurt nodig om de activiteit te verbeteren. Kort malen is minder effectief dan lithium mica en lithium afval.
Lithiumslak is bovendien complexer dan traditioneel vast afval, zoals slak en vliegas. Die hebben een vaste samenstelling. Lithiumslak bevat bijvoorbeeld meer alkalimetaalionen zoals K en Na en bevat doorgaans 5%-30% S-elementen. Lithiumafval kan ook sporen van andere metaalionen bevatten, zoals beryllium, thallium, rubidium en cesium. Ze moeten worden getest en voldoen aan de normen voordat ze opnieuw worden gebruikt. De fixatie of verwijdering van metaalionen in lithiumafval heeft het moeilijk te verwerken gemaakt. Er zijn dus een paar manieren om het te gebruiken en we kunnen het slechts in kleine hoeveelheden consumeren.
Behandeling en gebruik van lithiumslakken
Verrijking en gebruik van beryllium, thallium, fluor, rubidium en cesium
De lithiumslak van een bedrijf in Jiangxi bevat 0,003% thallium, 0,0002% arseen, 3,5% fluor, 0,067% beryllium, 0,344% rubidium en 0,078% cesium. De lithiumslak is giftig. Het bevat beryllium, thallium, fluor, rubidium en cesium. Ze vormen een risico voor het ecosysteem en de menselijke gezondheid.
De industriële extractie van beryllium gebeurt meestal door smelten bij hoge temperaturen. Blus vervolgens het water of voeg alkalische stoffen toe. Dit vernietigt de kristalstructuur van het mineraal. Vervolgens wordt het opgelost in zwavelzuur en verrijkt met organische oplosmiddelen. Maar traditionele organische oplosmiddelen zijn zeer schadelijk voor het milieu. Het thallium in lithiumerts, na verrijking, is meestal in de vorm van TI2O, TIOH, TI2SO4, enz. Ze zijn zeer oplosbaar. Beryllium is dat minder.
Veel studies hebben aangetoond dat oplosmiddelextractiemethoden effectief thallium kunnen extraheren. Ionische vloeistofmethoden kunnen hetzelfde doen in tweefasenwatersystemen. In de toekomst zullen we een micro-organisme-zuur-ionisch vloeistofsysteem gebruiken. Het zal het energieverbruik en de verspilling van de reactie verminderen. Het zal ook de winning van beryllium en thallium verbeteren. Dit zal, met een lage koolstof, groene efficiëntie, metalen uit lithiummijnafvalslakken winnen.
Een roost-uitloogproces behandelt lithiumslak om rubidium en cesium te winnen. Het levert een gemengde oplossing van hun zouten op. Vervolgens wordt een precipitatieproces gebruikt om een mengsel van rubidium en cesium te verkrijgen. Een mengsel van rubidium en cesium wordt behandeld. Dit geeft een gemengde oplossing van hun zouten met een hoge concentratie. Vervolgens worden rubidium- en cesiumresten verkregen door stapsgewijze precipitatie. Behandel rubidiumprecipitaten en cesiumprecipitaten om rubidiumchloride en cesiumchloride te verkrijgen. Rubidiumchloride en cesiumchloride kunnen worden behandeld om rubidium- en cesiumcarbonaten te verkrijgen.
Het fluor in lithiummica kan de structuur ervan vernietigen. De tweestaps warmtebehandeling is beter dan directe verhitting. Het verwijdert fluor en niet-gereageerd zwavelzuur. Het zet ook een fluor-recuperatie- en circulatiesysteem op.
Gebruik van bouwmaterialen
Cement
Lithiumslak is vergelijkbaar met klei die wordt gebruikt in cement. Het is dus haalbaar om lithiummijnafvalslak te gebruiken om een deel van de klei te vervangen bij het maken van cementklinker. Het lithiummineraal en het extractieproces beïnvloeden de afvalslak van lithiummica en spodumeen. Ze zijn heel verschillend. Spodumeenmijnafvalslak heeft 1% tot 3% Fe2O3. Lithiummicamijnafvalslak heeft ongeveer 0,5% Fe2O3. Wit cement van lithiummicamijnafval heeft dus meer marktvoordelen.
Concreet
Lithiumslak gebruiken als betonmengsel kan een deel van het cement vervangen. Het kan op grote schaal worden gebruikt. Dit zal de milieu-impact van cementproductie verminderen en duurzame ontwikkeling ondersteunen. SiO2 en Al2O3 in lithiumslak kunnen reageren met Ca(OH)2 in cement. Dit vormt gehydrateerde calciumsilicaatgel (CSH). Het verbetert de sterkte en duurzaamheid van beton.
Momenteel richt het onderzoek naar het gebruik van lithiumslak als betonadditief zich op:
- Mechanische eigenschappen.
- Weerstand tegen carbonatatie.
- Weerstand tegen penetratie van chloride-ionen.
- Weerstand tegen sulfaatcorrosie.
- Duurzaamheid.
Keramiek
Het gebruik van industrieel afval om schuimkeramiek te maken is een belangrijk aandachtspunt bij het gebruik van hulpbronnen. Lithiumslak is een typische vaste afvalgrondstof met een hoog siliciumgehalte, rijk aan aluminium en alkali. Zuur lithiumafval heeft een chemische samenstelling die vergelijkbaar is met traditionele keramische grondstoffen. De belangrijkste minerale componenten zijn kwarts, calciet, spodumeen en lithiummica.
Echter, onbehandelde lithiumslak bevat Fe2O3 en TiO2. Deze beïnvloeden de witheid van keramiek. Het is dus geschikt voor het maken van bouwkeramiek. Daarnaast is lithiumoxide een sterke flux. Het eutectische punt van het glazuur zal dalen wanneer het gecombineerd wordt met natrium- en kaliumoxiden.
Geopolymeer
Lithiumslak heeft een chemische samenstelling die vergelijkbaar is met vliegas. Het kan worden gebruikt als een silicium-aluminium precursor voor single-component geopolymeren. Lithiumslak heeft een lager CaO en een hoger SO3. Dit heeft invloed op de synthetische geopolymeren. Het verandert ook het gebruik van thermische en alkali-activeringstechnologieën.
Wandmateriaal
Lithiumslak wordt gebruikt in muurmaterialen, voornamelijk in ongebakken stenen en ceramsite. Ongebakken stenen hebben een hoge sterkte en duurzaamheid. Ze kunnen lithiumafval efficiënt verbruiken. Sommige studies hebben cement, staalslakpoeder, vliegas en lithiumafval gebruikt om ongebakken lithiumslakstenen te maken. Ze gebruikten natuurlijke uithardingsmethoden. De stenen hadden een hoge sterkte, waterbestendigheid en goede vorstbestendigheid. Ceramsite is een keramisch deeltje. Het is lichtgewicht, sterk en poreus. Het heeft een goede vuurvastheid. Het heeft een goede thermische, water- en geluidsisolatie. Het is vorstbestendig en heeft een uitstekende alkali-aggregaatreactiviteit. Het wordt veel gebruikt in bouwmaterialen als lichtgewicht aggregaat.
Lithiumslak heeft een hoog gehalte aan SiO2 en Al2O3. Het is een hoogwaardige grondstof voor het maken van bouwkeramsite. Het gehalte aan CaO, Na2O en K2O in lithiummica-lithiumafval kan 15% bereiken. Het kan worden gebruikt als fluxoxiden bij het sinteren. Dit verlaagt de ceramsite-sintertemperatuur. Het verlaagt ook de viscositeit van de vloeibare fase met hoge temperatuur.
Lithium-slak wegdek
In mei, Jiangxi heeft de "Technische specificaties voor het gebruik van lithiumslak in snelweg-wegdektechniek (proef)" uitgegeven. Het bevat veel normen voor milieubescherming. "Het gebruik van 'lithiumafval dat als gevaarlijk afval is geïdentificeerd' voor het vullen van wegdekken is verboden." Lithiumslak, een algemeen industrieel afval, mag alleen worden gebruikt voor het vullen van snelwegbermen na aanpassing. Het mag niet worden gebruikt voor het vullen van snelwegbeddingen." De aangepaste lithiumslak-wegbedding mag niet in de rode ecologische beschermingslijn, permanente basislandbouwgrond of andere speciale gebieden liggen. Het stelt ook gedetailleerde normen vast voor het testen van water en grond in het weggedeelte.
