استحصال لیتیوم از شوراب ها

لیتیوم یکی از پر کاربردترین فلزات در صنایع مختلف از جمله پزشکی، داروسازی، الکترونیک، صنایع نظامی، خنک کننده های راکتورهای هسته ای، صنایع سرامیک، شیشه و آلیاژهای هوا فضاست.فلز لیتیوم به دلیل سبکی خاص آن، در صنعت هوا فضا کاربرد زیادی دارد و از طرفی هم در تولید باتری های ذخیره کننده انرژی هم از آن به فراوانی استفاده می شود. کشوری مانند آلمان فاقد منابع لیتیوم است. اما کربنات لیتیوم را مانند نمک لیتیوم از شیلی وارد و خالص سازی می کند. منابع لیتیوم به طور کلی به سه دسته تقسیم می شود که منابع شورابه ای یکی از آنهاست، این فلز مانند نمک داخل این آبها حل است و با توجه به حد اشباع پایینی که دارد، به صورت محلول در محیط شوره زارهایی که پتانسیل این فلز در آنها وجود دارد، موجود است که می توان با این فرایند آن را استحصال کرد.

کاربردهای لیتیم

به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه فرد، لیتیم و ترکیبات آن با کاربردهای صنعتی گوناگون به چند گروه قابل تقسیم هستند . جهت ارزیابی استفاده از لیتیم در حوزههای مختلف از شاخص نرخ رشد مرکب سالیانه شود که شاخص مناسبی جهت بیان میزان رشد هر حوزه در یک بازه زمانی معین است. لیتیم به عنوان یک فلز استراتژیک و حیاتی در بسیاری از صنایع کاربرد دارد که اصلی ترین آنها به همراه مقادیر شاخص نرخ رشد مرکب سالیانه به تفکیک در هر حوزه در بازه زمانی ۱۰ ساله بین سالهای ۲۰۰۳ تا ۲۰۱۳ در ذیل آورده شده است:
ـ صنایع شیشه و سرامیک (۲ درصد)
ـ صنایع هستهای و نظامی (عدم وجود اطالعات کافی)
ـ باتریهای لیتیم (۸/۲۲ درصد)
ـ روانکار (۳/۳ درصد)
ـ تصفیه کننده های هوا (۵/۲ -درصد)
ـ صنایع فوالدسازی (عدم وجود اطالعات کافی)
ـ تولید محصوالت دارویی و پلیمری (۵/۲ درصد)
ـ تولید آلومینیم (۴/۳ -درصد)
ـ کاربردهای دیگر (۸/۵ درصد)

منابع شورابها

ترکیب لیتیم در شورابه های طبیعی اغلب به صورت کلریدی است و عناصر دیگری همچون منیزیم، سدیم و پتاسیم در کنار آن یافت میشود. توجه به این مطلب ضروری است که استخراج لیتیم از این شورابهها به لحاظ اقتصادی نه تنها به غلظت این عنصر وابسته است، بلکه غلظت سایر یونهای همراه آن ازجمله منیزیم و کلسیم نیز بسیار حائز اهمیت است. در ایران حدود ۶۰ پالیا موجود است که تعدادی از آنها مطابق با بررسیهای صورت گرفته حاوی مقادیری از این فلز باارزش میباشند. پالیای خور و بیابانک، کویر بزرگ نمک، باتالق گاوخونی و دریاچه نمک قم ازجمله مهمترین پالیای کشور هستند. اغلب شورابه های موجود در کشور از نوع شورابههای با غلظت لیتیم کم و منیزیم بالاست. درواقع وجود مقادیر زیاد منیزیم در این شورابه ها مانع اصلی جهت رسوب لیتیم در آنهاست. یکی از فاکتورهای بسیار مهم در استحصال لیتیم از شورابهها موقعیت جغرافیایی و فراهم بودن امکان تبخیر میباشد. کشور ایران نیز در نواحی پُرتابش خورشید واقع است. با توجه به اینکه متوسط روزهای آفتابی در ایران حدود ۳۰۰ روز است که ۶ برابر تعداد روزهای آفتابی در اروپاست، بنابراین شورابهها بهعنوان یکی از منابع اصلی تأمین لیتیم در داخل کشور بسیار مورد توجه هستند. عالوهبر این هزینه پایین مواد اولیه، قابلیت جداسازی رسوبات در هر مرحله، سرعت باالی فرایند و امکان جداسازی در حجم باال موجب میشود که روش رسوبدهی بیش از سایر روشهای استخراج لیتیم از شورابههای داخلی کشور مورد توجه قرار گیرد. ازجمله مهمترین منبع لیتیم شورابهای، پالیای شرق ایران پالیای بجستان، پالیای ترود و کویر حاج علیقلی(، دریاچه های نمک )دریاچه نمک قم( و آب دریا )سواحل دریای عمان در منطقه چابهار است. هرچند میزان لیتیم موجود در منابع شورابهای بسیار پایین است، اما بهدلیل حجم بالای این منابع و همچنین آب دریا، استحصال این فلز از منظر اقتصادی مقرون بهصرفه خواهد بود. بهطور کلی روشهایی همچون رسوبدهی، استخراج حاللی و استخراج از طریق تبادل یونی جهت استحصال فلز لیتیم بهکار میرود. با توجه به متفاوت بودن ترکیب شیمیایی شورابهها در مناطق مختلف، میزان لیتیم و منیزیم موجود در آن تعیینکننده روش استحصال مناسب خواهد بود. به طوری که امروزه فرایند رسوبدهی، ۸۰ درصد استخراج منیزیم و لیتیم از منابع شورابهای با نسبت مولی منیزیم به لیتیم کمتر از ۳ را شامل میشود. برای نسبتهای بالاتر از ۳ فرایند رسوبدهی به دلیل رسوب همزمان منیزیم، جهت استخراج لیتیم مناسب نبوده و لذا از فرایندهای استخراج حلالی و تبادل یونی استفاده میشود. در این میان روش استخراج حلالی به جهت هزینه بالای واکنشگرها و همچنین مخاطرات زیست محیطی برای استحصال لیتیم از منابع شورابهای و نیز آب دریا با غلظت لیتیم پایین، مناسب نبوده و لذا روش تبادل یونی برای استحصال لیتیم از منابع مذکور پیشنهاد شده است.
منابع شورابهای به عنوان اصلی ترین منبع استخراج لیتیم در دنیا درحال حاضر مطرح هستند. این منابع به صورت عمده به سه شکل موجود عبارتند از:
ـ دریاچه های نمک،
ـ منابع زمین گرمایی،
ـ میادین نفتی.
منابع شورابهای به صورت کلی حدود ۵۸ درصد کل ذخایر لیتیم دنیا را تشکیل میدهند که از این مقدار ۵۳ درصد متعلق به ذخایر موجود در دریاچههای نمک، ۳ درصد میادین نفتی و ۲ درصد منابع زمینگرمایی است. آرژانتین، شیلی و بولیوی سه کشوری هستند که بیشترین مقادیر ذخیره لیتیم بهصورت شورابه در ۴ دریاچههای نمک را در منطقهای موسوم به مثلت لیتیم دارا میباشند (۷۸ درصد کل منابع شورابهای در دنیا) و پس از آن چین و آمریکا ازجمله تولیدکنندگان لیتیم از منابع شورابهای هستند. کشورهای افغانستان، ایران، مکزیک، مغولستان و کشورهای منطقه آسیای میانه و شمال آفریقا از دیگر مناطق دارای پتانسیل تولید لیتیم از منابع شورابهای میباشند.
برای بررسی اقتصادی بودن استحصال لیتیم از منابع شورابهای، سه فاکتور اولیه و مهم عبارتند از:
۱ .غلظت لیتیم موجود در منبع،
۲ .نسبت منیزیم به لیتیم،
۳ .مقدار تبخیر سطحی در محل منبع.
هرچه مقدار غلظت لیتیم در منبع و همچنین میزان تبخیر سطحی بیشتر باشد، مقدار تولید بیشتر، و زمان الزم برای استحصال لیتیم از شورابه، کمتر است. از طرفی هرچه نسبت منیزیم به لیتیم در یک منبع بیشتر باشد، استحصال لیتیم از آن دشوارتر است. بنابراین، منابعی که نسبت منیزیم به لیتیم آنها کمتر است، منبع مناسبتری برای استخراج لیتیم هستند.

استحصال لیتیم از شورابه ها

درحال حاضر استحصال لیتیم از منابع شورابهای با روشی به نسبت سنتی صورت میپذیرد که طی سالیان گذشته تغییر چندانی نکرده است. یعنی استخراج شورابه از عمق کم زمین به سطح و قرار دادن آنها در حوضچه های بزرگ تبخیر سطحی که به مرور زمان و با تبخیر آب شورابه ها به وسیله نور خورشید، غلظت شورابه افزایش یافته و آماده فراوری لیتیم میشود. این فرایند به نسبت طولانی است و میتواند تا حدود یک سال به طول بینجامد.
به صورت خلاصه، مراحل استحصال لیتیم از شورابه ها به شرح زیر است:
۱ .پمپاژ شورابه از عمق ۳۰ متری ( دریاچه آتاکاما) به سطح زمین و انتقال آن به حوضچه های تبخیر بزرگ،
۲ .رسوب سدیم کلراید (نمک طعام) از شورابه و استحصال آن (در صورت نیاز)،
۳ .انتقال به حوضچه تبخیر دیگر و رسوب سدیم کلراید و پتاسیم کلراید،
۴ .انتقال محلول باقیمانده به حوضچه دیگر و قرار گرفتن در آن به منظور تکمیل تبخیر سطحی و افزایش غلظت لیتیم تا ppm 6000( در این مرحله با افزایش غلظت لیتیم محلول به مرور به رنگ سبز و زرد در میآید)،
۵ .انتقال ترکیب باقیمانده به کارخانه و حذف ناخالصیهای باقیمانده ازجمله منیزیم و بور،
۶ .افزودن سدیم کربنات به ترکیب غنی از لیتیم و تشکیل و رسوب لیتیم کربنات و استحصال آن،
۷ .عملیات خالصسازی لیتیم کربنات و بستهبندی و تکمیل فرایند استحصال.

بازار مصرف لیتیم

یکی از فناوریهای ذخیره انرژی الکتریکی، باتریهای قابل شارژ ازجمله باتریهای یون لیتیم است. این نوع از باتریها انتخاب اول در ابزارهای قابل حمل، وسایل نقلیه الکتریکی و انرژی تجدیدپذیر پراکنده میباشد. درحال حاضر صنعت باتری بزرگترین مصرف کننده لیتیم در دنیاست و پس از آن نیز صنایع تولید شیشه و سرامیک در مرتبه بعدی قرار میگیرند. بیش از ۹۵ درصد لیتیم دنیا از منابع شورابهای و سنگ معدن تأمین میشود. از آنجا که لیتیم منابع گسترده تری نسبت به سایر عناصر مورد استفاده در باتریها دارد، لذا به نظر میرسد که در چند سال آینده توجه به مصرف لیتیم افزایش یافته و به میزان پیش بینی شده ۶۶۹ کیلوتن لیتیم کربنات معادل تا سال ۲۰۲۵ خواهد رسید. براساس گزارش Research Pike در سال ۲۰۱۲ بیشترین ظرفیت باتریهای یون ـ لیتیم استفاده شده در قاره های مختلف برحسب مگاوات به ترتیب به آمریکای شمالی، آمریکای لاتین، اروپای غربی و آسیا مربوط است. اروپای شرقی، خاورمیانه و آفریقا کمترین میزان استفاده از باتریهای یون- لیتیم را دارند و ذخیره سازی انرژی به روشهای دیگر صورت میگیرد.

ارزیابی اقتصادی و امکانسنجی تولید لیتیم در داخل کشور

به طور معمول هزینه های دقیق تولید لیتیم و حتی قیمت فروش عمده آن در دنیا به صورت عمومی منتشر نمیشود و بیشتر قیمتها بین تولیدکننده لیتیم و مصرف کنندگان انبوه (شرکتهای تولیدکننده باتری، صنایع شیشه و سرامیک و …) محفوظ باقی میماند؛ لذا براورد دقیق هزینه تولید لیتیم از منابع مختلف، مستلزم داشتن اطلاعات از تولیدکننده، شرایط جغرافیایی، سیاسی، هزینه های جاری، کارگر و غیره است، اما طبق آمار سال ۲۰۱۴ ،هزینه استحصال هر تن لیتیم کربنات به روش شورابهای از سه منبع مختلف، بین ۱۵۹۱ تا ۲۲۸۰( متوسط ۱۹۱۶ )دلار متغیر بوده، در حالی که تولید هر تن لیتیم کربنات از سنگ پگماتیت براساس چهار منبع، بین ۲۹۰۰ تا ۴۵۰۰( متوسط ۳۶۱۱ )دلار و درنهایت هزینه استحصال هر تن از ذخایر هکتوریت در نوادای آمریکا، حدود ۳۲۰۰ دلار بوده است. البته باید به این موضوع اشاره کرد که هزینه واقعی تولید لیتیم کربنات از واحدهای فراوری لیتیم، بهدلیل وجود عناصر جانبی همراه با لیتیم، کمتر از هزینه صرفاً استحصال لیتیم است. برای مثال، در منابع شورابهای، وجود بور و پتاسیم و در ذخایر پگماتیت، وجود تانتالم یا فلدسپار بهعنوان محصولات جانبی، میتواند بهطور قابل توجهی از هزینههای تولید لیتیم بکاهد. درحال حاضر متوسط قیمت لیتیم کربنات گرید باتری با خلوص ۵/۹۹ درصد در سال ۲۰۱۸ ،بین ۱۷ تا ۲۱ هزار دلار بهازای هر تن متغیر است. نمودار ۱۴ پیشبینی قیمت انواع لیتیم کربنات، لیتیم هیدروکسید و همچنین اسپادومین را تا سال ۲۰۲۵ نشان میدهد. انتظار میرود با افزایش تولید و کشف ذخایر بیشتر، قیمت لیتیم پس از افزایش قابل توجه در سالهای ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷ ،به مرور کاهش یافته و یا حداقل افزایش ناگهانی نداشته باشد.

معرفی کد آیسیک مرتبط با صنعت استحصال لیتیوم از شوراب ها

کد آیسیک کانسنگ لیتیوم (استخراج) : ۱۳۲۰۴۱۲۳۹۱

خلاصه بررسی اقتصادی طرح استحصال لیتیوم از شوراب ها

ظرفیت : ۲۰۰۰ تن
نرخ برابری دلار : ۱۴۰۰۰ تومان
مساحت زمین موردنیاز : ۴۰۰۰۰۰۰ مترمربع
زیربنای ساختمان ها : ۳۰۰۰ مترمربع
تعداد نیروی انسانی مورد نیاز : ۲۰۰ نفر
میزان سرمایه گذاری ثابت : ۸۰۰ میلیارد تومان
ارزش ماشین آلات و تجهیزات : ۲۲۰ میلیارد تومان
نرخ بازده داخلی : ۴۴ درصد

درصورت تمایل به این مطلب امتیاز دهید: