การแบ่งย่อยตะกรันลิเธียมเพื่อการจัดการที่ดีขึ้น

ตะกรันลิเธียมเป็นผลพลอยได้จากการผลิตลิเธียมจากแร่ ซึ่งได้มาจากการสกัดสปอดูมีนและแร่ธาตุอื่นๆ ที่มีลิเธียมสูง วัสดุนี้มักมีลิเธียมและโลหะมีค่าอื่นๆ ในปริมาณสูง ดังนั้นจึงเป็นแหล่งที่มีศักยภาพสำหรับการรีไซเคิลและการกู้คืน เมื่อความต้องการลิเธียมเพิ่มขึ้น เราก็ต้องจัดการตะกรันลิเธียมด้วยเช่นกัน ตะกรันลิเธียมมีความสำคัญต่อแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้าและแหล่งกักเก็บพลังงานหมุนเวียน นักวิจัยและอุตสาหกรรมต่างๆ กำลังสำรวจวิธีการใหม่ๆ ในการประมวลผลผลพลอยได้นี้ โดยมุ่งหวังที่จะลดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากร

ประเทศของฉันมีแหล่งทรัพยากรลิเธียมที่มีค่า ส่วนใหญ่เป็นแร่ลิเธียม ได้แก่ สปอดูมีน เลพิโดไลต์ เปตาไลต์ เฟอร์โรลิเธียมไมกา และไพโรลิไทต์ ในจำนวนนี้ มีเพียงสปอดูมีนเท่านั้นที่นำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม สปอดูมีนมีองค์ประกอบที่เรียบง่ายและมีปริมาณลิเธียมสูง ซึ่งสกัดได้ง่าย นอกจากนี้ ประเทศของฉันยังมีเหมืองสปอดูมีนที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลก ซึ่งมีความจุในการจัดเก็บมาก นอกจากนี้ เลพิโดไลต์ยังมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนแต่มีปริมาณสำรองมาก

ในหยีชุน มณฑลเจียงซี ประเทศของฉันมีแหล่งแร่เลพิโดไลต์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เป็นแหล่งสำรองลิเธียมที่สำคัญซึ่งมีมูลค่าเชิงกลยุทธ์และการวิจัยสูง อย่างไรก็ตาม เพทาไลต์ เฟอร์โรลิเธียมไมกา และไพโรลิไทต์มีปริมาณลิเธียมต่ำและมีปริมาณสำรองน้อย ดังนั้นจึงมีการศึกษาเกี่ยวกับแร่เหล่านี้เพียงเล็กน้อย และไม่มีความสำคัญมากนัก

การขุดแร่ลิเธียมขนาดใหญ่ในปัจจุบันก่อให้เกิดตะกรันลิเธียมจำนวนมาก หากขยะลิเธียมถูกฝังกลบในพื้นที่ จะทำให้คุณภาพดินและน้ำในพื้นที่ได้รับมลพิษ ดังนั้น วิธีใช้ขยะลิเธียมเพื่อหลีกเลี่ยงมลพิษจึงกลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตะกรันลิเธียมมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ซึ่งเกิดจากองค์ประกอบที่แตกต่างกันของสปอดูมีนและเลพิโดไลต์

สปอดูมีนและเลพิโดไลต์

สปอดูมีนเป็นไพรอกซีน แร่มีลักษณะเป็นคุนไซต์ไม่มีสีจนถึงสีเหลืองซีด สีม่วงอ่อน หรือสีลาเวนเดอร์ นอกจากนี้ยังก่อตัวเป็นผลึกผลึกเล็ก ๆ สีเหลืองอมเขียวหรือสีเขียวมรกตและผลึกปริซึมขนาดใหญ่ สปอดูมีนเป็นลิเธียมอะลูมิเนียมอิโนซิลิเกต LiAl(SiO3)2 โดยส่วนใหญ่พบในแกรนิตเพ็กมาไทต์ ในประเทศของฉัน สปอดูมีนผลิตส่วนใหญ่ในซินเจียง เสฉวน และเจียงซี

เลพิโดไลต์ หรือที่รู้จักกันในชื่อ “เลพิโดไลต์” ซึ่งเป็นระบบโมโนคลินิก เคมี องค์ประกอบคือ K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0.5) เป็นอะลูมิเนียมซิลิเกตเบสของโพแทสเซียมและลิเธียม และเป็นแร่ไมก้าชนิดหนึ่ง โดยทั่วไปเลพิโดไลต์จะผลิตได้ในแกรนิตเพกมาไทต์เท่านั้น มีสีม่วงและสีชมพู และอาจมีสีอ่อนไปจนถึงไม่มีสี มีความวาวคล้ายมุก มีลักษณะเป็นเสาเตี้ย เกล็ดเล็กๆ หรือผลึกขนาดใหญ่คล้ายแผ่น

เลพิโดไลต์มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนกว่าและยากต่อการกลั่น สปอดูมีนเป็นอะลูมิโนซิลิเกตที่มีลิเธียมเป็นองค์ประกอบหลัก โดยทั่วไปจะมีสิ่งเจือปน ส่วนประกอบหลักคือลิเธียม ซิลิกอน และอะลูมิเนียม สูตรของเลพิโดไลต์มีความซับซ้อนกว่า ส่วนประกอบหลักคือลิเธียม โพแทสเซียม ซิลิกอน อะลูมิเนียม และฟลูออรีน ดังนั้นการสกัดวัตถุดิบและทำให้เกลือลิเธียมบริสุทธิ์จึงทำได้ยากกว่า ก่อนปี 2017 ลิเธียมคาร์บอเนต จากเลพิโดไลต์นั้นมีราคาแพงและมีคุณภาพไม่ดี ซึ่งนี่เป็นเหตุผลหลัก เนื่องจากเป็นผลิตภัณฑ์สำหรับลูกค้าระดับอุตสาหกรรม

ปริมาณ Li2O ในเลพิโดไลต์ต่ำกว่า ดังนั้นจึงมีปริมาณการใช้ต่อหน่วยมากกว่า โดยทั่วไป แร่สปอดูมีนเข้มข้นจะมี Li2O 5.0-6.0% แร่เลพิโดไลต์เข้มข้นจะมี Li2O 2.0-3.5% ดังนั้น จึงต้องใช้แร่สปอดูมีนเข้มข้นประมาณ 7.8 ตัน (เกรด 6.0%) เพื่อผลิตลิเธียมคาร์บอเนต 1 ตัน และต้องใช้แร่เลพิโดไลต์เข้มข้นประมาณ 18-19 ตัน (เกรด 3.0%) เพื่อให้ได้ปริมาณเท่ากัน หากเกรดต่ำกว่า ปริมาณการใช้ต่อหน่วยจะเพิ่มขึ้นอีก ดังนั้น ต้นทุนในการสกัดลิเธียมจากเลพิโดไลต์จึงสูงกว่าจากสปอดูมีน

การเปรียบเทียบระหว่างตะกรันลิเธียมสปอดูมีนและตะกรันลิเธียมเลพิโดไลต์

โดยทั่วไป เฟสหลักของตะกรันลิเธียมสปอดูมีน ได้แก่ สปอดูมีน ยิปซัม และควอตซ์ โดยสปอดูมีนเป็นแร่ธาตุหลักในกระบวนการสกัดลิเธียม ควอตซ์เป็นแร่ธาตุพาราเจเนติกของสปอดูมีน ยิปซัมส่วนใหญ่มาจากปฏิกิริยาของผงหินปูนและกรดซัลฟิวริก
โดยทั่วไป เฟสหลักของขยะลิเธียมไมกา ได้แก่ ทรงกลมสีน้ำเงิน ยิปซัม ควอตซ์ ฟลูออไรต์ และอัลไบต์ ในจำนวนนี้ ทรงกลมสีน้ำเงิน ควอตซ์ อัลไบต์ และฟลูออไรต์ เป็นแร่พาราเจเนติกของสปอดูมีน ยิปซัมส่วนใหญ่มาจากปฏิกิริยาของผงหินปูนและกรดซัลฟิวริก

ดังนั้น ตะกรันลิเธียมไมกาและลิเธียมจึงมีความซับซ้อนมากกว่าตะกรันลิเธียมสปอดูมีน

ความหนาแน่นของลิเธียมไมกาและตะกรันลิเธียมสปอดูมีนนั้นใกล้เคียงกัน ตะกรันลิเธียมไมกามีพื้นที่ผิวน้อยกว่าเศษลิเธียมสปอดูมีนหลังจากการบดสั้นๆ แต่เมื่อเวลาในการบดเพิ่มขึ้น ลิเธียมไมกาก็จะมีพื้นที่มากกว่าสปอดูมีน ยิ่งเวลาบดของตะกรันลิเธียมไมกาและลิเธียมไมกาสั้นลงเท่าไร ตะกรันก็จะยิ่งมีกิจกรรมมากขึ้น สปอดูมีนต้องบดนานขึ้นเพื่อปรับปรุงกิจกรรมของมัน การบดในระยะเวลาสั้นนั้นมีประสิทธิภาพน้อยกว่าลิเธียมไมกาและเศษลิเธียม

นอกจากนี้ ตะกรันลิเธียมยังมีความซับซ้อนมากกว่าของเสียที่เป็นของแข็งแบบดั้งเดิม เช่น ตะกรันและเถ้าลอย ซึ่งของเสียเหล่านี้มีองค์ประกอบที่แน่นอน ตัวอย่างเช่น ตะกรันลิเธียมมีไอออนของโลหะอัลคาไลมากกว่า เช่น K และ Na และมักมีธาตุ 5%-30% S นอกจากนี้ ของเสียลิเธียมอาจมีไอออนของโลหะอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่น เบริลเลียม แทลเลียม รูบิเดียม และซีเซียม ซึ่งจะต้องผ่านการทดสอบและเป็นไปตามมาตรฐานก่อนจึงจะนำไปใช้ซ้ำได้ การตรึงหรือกำจัดไอออนของโลหะในของเสียลิเธียมทำให้ยากต่อการจัดการ ดังนั้น จึงมีหลายวิธีในการใช้มัน และเราสามารถบริโภคมันได้ในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น

การบำบัดและการใช้ตะกรันลิเธียม

การเสริมสมรรถนะและการใช้ประโยชน์ของเบริลเลียม แทลเลียม ฟลูออรีน รูบิเดียม และซีเซียม

ตะกรันลิเธียมของบริษัทแห่งหนึ่งในมณฑลเจียงซีมีธาตุแทลเลียม 0.003% สารหนู 0.0002% ฟลูออรีน 3.5% เบริลเลียม 0.067% รูบิเดียม 0.344% และซีเซียม 0.078% ตะกรันลิเธียมมีพิษ เนื่องจากมีเบริลเลียม แทลเลียม ฟลูออรีน รูบิเดียม และซีเซียม ซึ่งเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศและสุขภาพของมนุษย์

การสกัดเบริลเลียมในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำได้โดยการหลอมที่อุณหภูมิสูง ขั้นต่อไปคือการดับน้ำหรือเติมสารที่มีฤทธิ์เป็นด่าง การทำเช่นนี้จะทำลายโครงสร้างผลึกของแร่ จากนั้นจึงละลายในกรดซัลฟิวริกและเพิ่มความเข้มข้นด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม ตัวทำละลายอินทรีย์แบบดั้งเดิมนั้นเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมมาก แทลเลียมในแร่ลิเธียมหลังจากผ่านกระบวนการแยกประโยชน์แล้ว ส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของ TI2O, TIOH, TI2SO4 เป็นต้น ซึ่งละลายได้สูง ในขณะที่เบริลเลียมละลายได้น้อยกว่า

จากการศึกษามากมายพบว่าวิธีการสกัดด้วยตัวทำละลายสามารถสกัดธาเลียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการสกัดด้วยของเหลวไอออนิกสามารถทำได้เช่นเดียวกันในระบบน้ำสองเฟส ในอนาคต เราจะใช้ระบบจุลินทรีย์-กรด-ของเหลวไอออนิก ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานและของเสียจากปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังจะปรับปรุงการกู้คืนเบริลเลียมและธาเลียมอีกด้วย ซึ่งจะช่วยกู้คืนโลหะจากตะกรันขยะของเหมืองลิเธียมด้วยคาร์บอนต่ำและมีประสิทธิภาพสีเขียว

กระบวนการคั่ว-สกัดจะทำการบำบัดตะกรันลิเธียมเพื่อแยกเอารูบิเดียมและซีเซียมออก จากนั้นจะได้สารละลายผสมของเกลือทั้งสองชนิด จากนั้นจึงใช้กระบวนการตกตะกอนเพื่อให้ได้ส่วนผสมของรูบิเดียมและซีเซียม โดยจะบำบัดส่วนผสมของรูบิเดียมและซีเซียม ซึ่งจะทำให้ได้สารละลายผสมที่มีความเข้มข้นสูงของเกลือทั้งสองชนิด จากนั้นจึงได้สารตกค้างของรูบิเดียมและซีเซียมโดยการตกตะกอนทีละขั้นตอน บำบัดตะกอนรูบิเดียมและตะกอนซีเซียมเพื่อให้ได้รูบิเดียมคลอไรด์และซีเซียมคลอไรด์ รูบิเดียมคลอไรด์และซีเซียมคลอไรด์สามารถบำบัดได้เพื่อให้ได้รูบิเดียมและซีเซียมคาร์บอเนต

ฟลูออรีนในไมก้าลิเธียมสามารถทำลายโครงสร้างของมันได้ การอบด้วยความร้อนสองขั้นตอนนั้นดีกว่าการให้ความร้อนโดยตรง โดยจะขจัดฟลูออรีนและกรดซัลฟิวริกที่ไม่ทำปฏิกิริยาออกไป นอกจากนี้ยังช่วยสร้างระบบการกู้คืนและหมุนเวียนฟลูออรีนอีกด้วย

การใช้ประโยชน์จากวัสดุก่อสร้าง

ปูนซีเมนต์

ตะกรันลิเธียมมีลักษณะคล้ายกับดินเหนียวที่ใช้ในซีเมนต์ ดังนั้นจึงสามารถใช้ตะกรันจากเหมืองลิเธียมทดแทนดินเหนียวบางส่วนในการผลิตปูนซีเมนต์ได้ กระบวนการแยกแร่ลิเธียมและการสกัดมีผลต่อตะกรันจากแร่ลิเธียมไมก้าและสปอดูมีน ซึ่งแตกต่างกันมาก ตะกรันจากเหมืองสปอดูมีนมี Fe2O3 ประมาณ 1% ถึง 3% ตะกรันจากเหมืองลิเธียมไมก้ามี Fe2O3 ประมาณ 0.5% ดังนั้นปูนซีเมนต์ขาวจากขยะเหมืองลิเธียมไมก้าจึงมีข้อได้เปรียบทางการตลาดมากกว่า

คอนกรีต

การใช้ตะกรันลิเธียมเป็นส่วนผสมของคอนกรีตสามารถทดแทนปูนซีเมนต์ได้บางส่วน สามารถใช้ได้ในปริมาณมาก ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตปูนซีเมนต์และสนับสนุนการพัฒนาอย่างยั่งยืน SiO2 และ Al2O3 ในตะกรันลิเธียมสามารถทำปฏิกิริยากับ Ca(OH)2 ในปูนซีเมนต์ ทำให้เกิดเจลแคลเซียมซิลิเกตไฮเดรต (CSH) ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของคอนกรีต

ปัจจุบันการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ตะกรันลิเธียมเป็นสารเติมแต่งคอนกรีตมุ่งเน้นไปที่:

1. สมบัติเชิงกล
2. ความต้านทานต่อการเกิดคาร์บอเนต
3. ความต้านทานต่อการแทรกซึมของไอออนคลอไรด์
4. ทนทานต่อการกัดกร่อนของซัลเฟต
5. ความทนทาน.

เซรามิกส์

การใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมเพื่อผลิตโฟมเซรามิกเป็นจุดเน้นหลักในการใช้ทรัพยากร ตะกรันลิเธียมเป็นวัตถุดิบของแข็งที่มีซิลิกอนสูง อะลูมิเนียมสูง และด่างสูง ขยะลิเธียมที่มีฤทธิ์เป็นกรดมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับวัตถุดิบเซรามิกแบบดั้งเดิม ส่วนประกอบแร่ธาตุหลัก ได้แก่ ควอตซ์ แคลไซต์ สปอดูมีน และลิเธียมไมกา

อย่างไรก็ตาม ตะกรันลิเธียมที่ไม่ได้รับการบำบัดจะมี Fe2O3 และ TiO2 ซึ่งจะส่งผลต่อความขาวของเซรามิก จึงเหมาะสำหรับใช้ทำเซรามิกสำหรับอาคาร นอกจากนี้ ลิเธียมออกไซด์ยังมีคุณสมบัติเป็นฟลักซ์ที่แข็งแกร่ง จุดยูเทกติกของเคลือบจะลดลงเมื่อรวมกับโซเดียมออกไซด์และโพแทสเซียมออกไซด์

จีโอโพลิเมอร์

ตะกรันลิเธียมมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกับเถ้าลอย สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นซิลิกอน-อะลูมิเนียมสำหรับจีโอโพลิเมอร์ส่วนประกอบเดียว ตะกรันลิเธียมมี CaO ต่ำกว่าและ SO3 สูงกว่า ซึ่งส่งผลต่อจีโอโพลิเมอร์สังเคราะห์ นอกจากนี้ยังเปลี่ยนการใช้เทคโนโลยีการกระตุ้นด้วยความร้อนและด่างอีกด้วย

วัสดุผนัง

ตะกรันลิเธียมใช้ในวัสดุผนัง โดยส่วนใหญ่ใช้ในอิฐที่ยังไม่เผาและเซรัมไซต์ อิฐที่ยังไม่เผามีความแข็งแรงและทนทานสูง สามารถดูดซับของเสียจากลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การศึกษาบางกรณีใช้ปูนซีเมนต์ ผงตะกรันเหล็ก เถ้าลอย และของเสียจากลิเธียมในการผลิตอิฐที่ยังไม่เผาจากตะกรันลิเธียม โดยใช้กรรมวิธีบ่มตามธรรมชาติ อิฐมีความแข็งแรงสูง ทนน้ำได้ และทนต่อน้ำค้างแข็งได้ดี เซรัมไซต์เป็นอนุภาคเซรามิก มีน้ำหนักเบา แข็งแรง และมีรูพรุน ทนไฟได้ดี มีฉนวนกันความร้อน น้ำ และกันเสียงที่ดี ทนน้ำค้างแข็งได้ และมีปฏิกิริยากับมวลรวมอัลคาไลได้ดีเยี่ยม มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุก่อสร้างเป็นมวลรวมน้ำหนักเบา

ตะกรันลิเธียมมีปริมาณ SiO2 และ Al2O3 สูง เป็นวัตถุดิบคุณภาพสูงสำหรับทำเซรัมไซต์สำหรับก่อสร้าง ปริมาณ CaO, Na2O และ K2O ในขยะลิเธียมไมกาและลิเธียมสามารถสูงถึง 15% สามารถใช้เป็นออกไซด์ฟลักซ์ในการเผาผนึก ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิการเผาผนึกเซรัมไซต์ นอกจากนี้ยังช่วยลดความหนืดของเฟสของเหลวอุณหภูมิสูงอีกด้วย

ฐานถนนตะกรันลิเธียม

ในเดือนพฤษภาคม เจียงซี ออก “ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการใช้ตะกรันลิเธียมในงานวิศวกรรมพื้นถนนทางหลวง (การทดลอง)” ซึ่งมีมาตรฐานการปกป้องสิ่งแวดล้อมมากมาย “ห้ามใช้ ‘ขยะลิเธียมที่ระบุว่าเป็นอันตราย’ เพื่อถมพื้นถนน” ตะกรันลิเธียมซึ่งเป็นขยะอุตสาหกรรมทั่วไป สามารถนำมาใช้ถมคันทางทางหลวงได้หลังจากดัดแปลงแล้วเท่านั้น ไม่สามารถนำไปใช้ถมพื้นถนนทางหลวงได้” พื้นถนนตะกรันลิเธียมที่ดัดแปลงแล้วจะต้องไม่อยู่ในเส้นแบ่งเขตคุ้มครองระบบนิเวศ พื้นที่เกษตรกรรมพื้นฐานถาวร หรือพื้นที่พิเศษอื่นๆ นอกจากนี้ ยังกำหนดมาตรฐานโดยละเอียดสำหรับการทดสอบน้ำและดินในส่วนถนนอีกด้วย

สินค้าที่เกี่ยวข้อง