Xỉ lithium là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất lithium từ quặng. Nó có nguồn gốc từ việc chiết xuất spodumene và các khoáng chất giàu lithium khác. Vật liệu này thường chứa nhiều lithium và các kim loại có giá trị khác. Vì vậy, nó là nguồn tiềm năng để tái chế và thu hồi. Khi nhu cầu về lithium tăng lên, chúng ta cũng phải quản lý xỉ lithium. Nó rất quan trọng đối với pin trong xe điện và lưu trữ năng lượng tái tạo. Các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp đang khám phá những cách mới để xử lý sản phẩm phụ này. Họ đặt mục tiêu cắt giảm tác hại đến môi trường và tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên.
Nước tôi có nguồn tài nguyên lithium giá trị. Chúng chủ yếu là quặng lithium, bao gồm spodumene, lepidolite, petalite, ferrolithium mica và pyrolithite. Trong số đó, chỉ có spodumene được ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Spodumene có thành phần đơn giản và hàm lượng lithium cao, dễ khai thác. Ngoài ra, nước tôi có mỏ spodumene lớn thứ hai thế giới. Nó có khả năng lưu trữ lớn. Ngoài ra, lepidolite có thành phần phức tạp nhưng trữ lượng lớn.
Ở Yichun, tỉnh Giang Tây, đất nước tôi có mỏ lepidolite lớn nhất thế giới. Đây là trữ lượng lithium quan trọng có giá trị chiến lược và nghiên cứu cao. Tuy nhiên, petalite, ferrolithium mica và pyrolithite có hàm lượng lithium thấp và trữ lượng nhỏ. Vì vậy, có rất ít nghiên cứu về chúng và chúng không có ý nghĩa lắm.
Khai thác lithium quy mô lớn hiện nay tạo ra rất nhiều xỉ lithium. Nếu chất thải lithium được chôn lấp tại chỗ, nó sẽ gây ô nhiễm cho chất lượng đất và nước tại địa phương. Do đó, cách sử dụng chất thải lithium để tránh ô nhiễm đã trở thành chủ đề nóng trong những năm gần đây. Xỉ lithium có các tính chất khác nhau. Điều này là do các thành phần khác nhau của spodumene và lepidolite.
Spodumene và Lepidolite
Spodumene là một pyroxene khoáng sản. Nó xuất hiện dưới dạng không màu đến vàng nhạt, hơi tím hoặc kunzite màu hoa oải hương. Nó cũng tạo thành các tinh thể ẩn và lăng trụ lớn, màu vàng lục hoặc xanh lục bảo. Spodumene là một loại inosilicat nhôm liti, LiAl(SiO3)2. Nó chủ yếu được tìm thấy trong các mạch pegmatit granit. Ở nước tôi, spodumene chủ yếu được sản xuất ở Tân Cương, Tứ Xuyên và Giang Tây.
Lepidolite còn được gọi là “lepidolite”, một hệ thống đơn nghiêng. hóa chất thành phần là K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0.5). Đây là một silicat nhôm cơ bản của kali và liti, và là một loại khoáng chất mica. Lepidolite thường chỉ được sản xuất trong pegmatit granit. Nó có màu tím và hồng và có thể nhạt đến không màu. Nó có độ bóng như ngọc trai. Nó ở dạng các cột ngắn, vảy nhỏ hoặc tinh thể lớn giống như tấm.
Lepidolite có thành phần phức tạp hơn và khó tinh chế hơn. Spodumene về cơ bản là aluminosilicate chứa liti. Nó thường có tạp chất. Các thành phần chính của nó là liti, silic và nhôm. Công thức của Lepidolite phức tạp hơn. Các thành phần chính của nó là liti, kali, silic, nhôm và flo. Do đó, khó chiết xuất nguyên liệu thô và tinh chế muối liti hơn. Trước năm 2017, liti cacbonat từ lepidolite rất tốn kém và chất lượng kém. Đây là lý do chính. Nó dành cho khách hàng cấp công nghiệp.
Hàm lượng Li2O trong lepidolite thấp hơn, do đó mức tiêu thụ đơn vị lớn hơn. Thông thường, tinh quặng spodumene có 5,0-6,0% Li2O. Tinh quặng lepidolite có 2,0-3,5% Li2O. Vì vậy, cần khoảng 7,8 tấn tinh quặng spodumene (cấp 6,0%) để tạo ra 1 tấn lithium carbonate. Và, cần khoảng 18-19 tấn tinh quặng lepidolite (cấp 3,0%) cho cùng một lượng. Nếu cấp thấp hơn, mức tiêu thụ đơn vị sẽ tăng cao hơn nữa. Vì vậy, chi phí chiết xuất lithium từ lepidolite cao hơn so với từ spodumene.
So sánh giữa xỉ liti spodumene và xỉ liti lepidolite
Thông thường, các pha chính của xỉ liti spodumene là spodumene, thạch cao và thạch anh. Trong số đó, spodumene là khoáng chất chính trong quá trình khai thác liti. Thạch anh là khoáng chất paragenetic của spodumene. Thạch cao chủ yếu đến từ phản ứng của bột đá vôi và axit sunfuric.
Thông thường, các pha chính của chất thải lithium mica lithium là cầu xanh, thạch cao, thạch anh, fluorit và albite. Trong số đó, cầu xanh, thạch anh, albite và fluorit là khoáng vật paragenetic của spodumene. Thạch cao chủ yếu đến từ phản ứng của bột đá vôi và axit sunfuric.
Vì vậy, xỉ lithium mica phức tạp hơn xỉ lithium spodumene.
Mật độ của xỉ lithium mica và xỉ lithium spodumene tương tự nhau. Xỉ lithium mica có diện tích bề mặt nhỏ hơn chất thải lithium spodumene sau khi nghiền ngắn. Nhưng khi thời gian nghiền tăng lên, lithium mica sẽ có diện tích lớn hơn spodumene. Thời gian nghiền xỉ lithium mica càng ngắn thì hoạt động của nó càng cao. Spodumene cần nghiền lâu hơn để cải thiện hoạt động của nó. Nghiền trong thời gian ngắn kém hiệu quả hơn lithium mica và chất thải lithium.
Ngoài ra, xỉ lithium phức tạp hơn chất thải rắn truyền thống, như xỉ và tro bay. Những chất này có thành phần cố định. Ví dụ, xỉ lithium chứa nhiều ion kim loại kiềm hơn như K và Na và thường chứa các nguyên tố 5%-30% S. Ngoài ra, chất thải lithium có thể chứa một lượng nhỏ các ion kim loại khác, như berili, tali, rubidi và xesi. Chúng phải được thử nghiệm và đáp ứng các tiêu chuẩn trước khi được tái sử dụng. Việc cố định hoặc loại bỏ các ion kim loại trong chất thải lithium khiến chúng khó xử lý. Vì vậy, có một số cách để sử dụng nó và chúng ta chỉ có thể tiêu thụ nó với một lượng nhỏ.
Xử lý và sử dụng xỉ Lithium
Làm giàu và sử dụng Beryllium, Thallium, Flo, Rubidium và Cesium
Xỉ lithium của một công ty ở Giang Tây có 0,003% thali, 0,0002% asen, 3,5% flo, 0,067% berili, 0,344% rubidi và 0,078% cesium. Xỉ lithium có độc. Nó chứa berili, thali, flo, rubidi và cesium. Chúng gây ra rủi ro cho hệ sinh thái và sức khỏe con người.
Khai thác berili công nghiệp chủ yếu được thực hiện bằng cách nung chảy ở nhiệt độ cao. Tiếp theo, làm nguội nước hoặc thêm các chất kiềm. Điều này phá hủy cấu trúc tinh thể của khoáng chất. Sau đó, nó được hòa tan trong axit sunfuric và làm giàu bằng dung môi hữu cơ. Nhưng các dung môi hữu cơ truyền thống rất có hại cho môi trường. Thali trong quặng liti, sau khi tuyển, chủ yếu ở dạng TI2O, TIOH, TI2SO4, v.v. Chúng có độ hòa tan cao. Berili thì ít hơn.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phương pháp chiết xuất bằng dung môi có thể chiết xuất tali hiệu quả. Các phương pháp chất lỏng ion có thể làm tương tự trong các hệ thống nước hai pha. Trong tương lai, chúng tôi sẽ sử dụng hệ thống chất lỏng ion-axit-vi sinh vật. Nó sẽ làm giảm mức sử dụng năng lượng và chất thải từ phản ứng. Nó cũng sẽ cải thiện khả năng thu hồi berili và tali. Điều này sẽ thu hồi, với hiệu suất xanh, ít carbon, kim loại từ xỉ thải của mỏ lithium.
Quá trình nung-rửa xử lý xỉ liti để thu hồi rubidi và xesi. Nó tạo ra dung dịch hỗn hợp các muối của chúng. Sau đó, quá trình kết tủa được sử dụng để thu được hỗn hợp rubidi và xesi. Một hỗn hợp rubidi và xesi được xử lý. Điều này tạo ra dung dịch hỗn hợp có nồng độ cao của các muối của chúng. Sau đó, các cặn rubidi và xesi được thu được bằng cách kết tủa từng bước. Xử lý kết tủa rubidi và kết tủa xesi để thu được rubidi clorua và xesi clorua. Rubidi clorua và xesi clorua có thể được xử lý để thu được rubidi và xesi cacbonat.
Flo trong mica liti có thể phá hủy cấu trúc của nó. Xử lý nhiệt hai bước tốt hơn so với xử lý nhiệt trực tiếp. Nó loại bỏ flo và axit sunfuric chưa phản ứng. Nó cũng thiết lập hệ thống thu hồi và tuần hoàn flo.
Sử dụng vật liệu xây dựng
Xi măng
Xỉ lithium tương tự như đất sét được sử dụng trong xi măng. Vì vậy, có thể sử dụng xỉ thải mỏ lithium để thay thế một phần đất sét trong sản xuất clinker xi măng. Khoáng chất lithium và quá trình khai thác ảnh hưởng đến xỉ thải từ mica lithium và spodumene. Chúng rất khác nhau. Xỉ thải mỏ spodumene có 1% đến 3% Fe2O3. Xỉ thải mỏ mica lithium có khoảng 0,5% Fe2O3. Vì vậy, xi măng trắng từ chất thải mỏ mica lithium có nhiều lợi thế hơn trên thị trường.
Bê tông
Sử dụng xỉ liti làm phụ gia bê tông có thể thay thế một phần xi măng. Có thể sử dụng trên quy mô lớn. Điều này sẽ làm giảm tác động môi trường của sản xuất xi măng và hỗ trợ phát triển bền vững. SiO2 và Al2O3 trong xỉ liti có thể phản ứng với Ca(OH)2 trong xi măng. Điều này tạo thành gel canxi silicat ngậm nước (CSH). Nó cải thiện độ bền và độ bền của bê tông.
Hiện nay, nghiên cứu về việc sử dụng xỉ liti làm phụ gia bê tông tập trung vào:
- Tính chất cơ học.
- Khả năng chống cacbonat hóa.
- Khả năng chống lại sự xâm nhập của ion clorua.
- Khả năng chống ăn mòn sunfat.
- Độ bền.
Gốm sứ
Sử dụng chất thải công nghiệp để làm gốm xốp là trọng tâm chính trong việc sử dụng tài nguyên. Xỉ lithium là một loại nguyên liệu thô rắn điển hình giàu silicon, giàu nhôm, giàu kiềm. Chất thải lithium có tính axit có thành phần hóa học tương tự như nguyên liệu thô gốm truyền thống. Các thành phần khoáng chất chính của nó là thạch anh, canxit, spodumene và mica lithium.
Tuy nhiên, xỉ liti chưa qua xử lý có chứa Fe2O3 và TiO2. Chúng sẽ ảnh hưởng đến độ trắng của gốm sứ. Vì vậy, nó thích hợp để làm gốm sứ xây dựng. Ngoài ra, liti oxit là một chất trợ dung mạnh. Điểm eutectic của men sẽ giảm khi kết hợp với natri và kali oxit.
Địa trùng hợp
Xỉ lithium có thành phần hóa học tương tự như tro bay. Nó có thể được sử dụng làm tiền chất silicon-nhôm cho các geopolymer một thành phần. Xỉ lithium có hàm lượng CaO thấp hơn và hàm lượng SO3 cao hơn. Điều này ảnh hưởng đến các geopolymer tổng hợp của nó. Nó cũng thay đổi việc sử dụng các công nghệ hoạt hóa nhiệt và kiềm.
Vật liệu tường
Xỉ lithium được sử dụng trong vật liệu tường, chủ yếu trong gạch không nung và ceramsite. Gạch không nung có độ bền và độ bền cao. Chúng có thể tiêu thụ chất thải lithium một cách hiệu quả. Một số nghiên cứu đã sử dụng xi măng, bột xỉ thép, tro bay và chất thải lithium để làm gạch không nung xỉ lithium. Họ đã sử dụng các phương pháp bảo dưỡng tự nhiên. Gạch có độ bền cao, khả năng chống nước và khả năng chống băng giá tốt. Ceramsite là một hạt gốm. Nó nhẹ, chắc và xốp. Nó có khả năng chịu lửa tốt. Nó có khả năng cách nhiệt, cách nước và cách âm tốt. Nó chống băng giá và có phản ứng kiềm-cốt liệu tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong vật liệu xây dựng như một cốt liệu nhẹ.
Xỉ lithium có hàm lượng SiO2 và Al2O3 cao. Đây là nguyên liệu thô chất lượng cao để sản xuất ceramsite xây dựng. Hàm lượng CaO, Na2O và K2O trong chất thải lithium mica lithium có thể đạt tới 15%. Nó có thể được sử dụng làm oxit thông lượng trong quá trình thiêu kết. Điều này làm giảm nhiệt độ thiêu kết ceramsite. Nó cũng làm giảm độ nhớt của pha lỏng nhiệt độ cao.
Nền đường xỉ lithium
Vào tháng 5, Giang Tây đã ban hành “Thông số kỹ thuật về việc sử dụng xỉ lithium trong kỹ thuật nền đường bộ (Thử nghiệm)”. Nó chứa nhiều tiêu chuẩn bảo vệ môi trường. “Việc sử dụng 'chất thải lithium được xác định là chất thải nguy hại' để lấp nền đường là bị cấm”. Xỉ lithium, một loại chất thải công nghiệp nói chung, chỉ có thể được sử dụng để lấp nền đường bộ sau khi cải tạo. Không thể sử dụng để lấp nền đường bộ”. Nền đường xỉ lithium đã cải tạo không được nằm trong ranh giới đỏ bảo vệ sinh thái, đất nông nghiệp cơ bản cố định hoặc các khu vực đặc biệt khác. Nó cũng đặt ra các tiêu chuẩn chi tiết để thử nghiệm nước và đất trong phần đường.
