روش ارزان استخراج لیتیوم از آب دریا

به گزارش می‌متالز، لیتیوم تجاری عمدتا از منابع زمینی مانند آب دریاچه‌های نمک و سنگ‌های معدنی با درجه خلوص بالا با استفاده از یک فرآیند رسوب‌شیمیایی تولید می‌شود که از نظر فنی و اقتصادی فقط زمانی امکان‌پذیر است که غلظت لیتیوم در سطح صد‌ها ppm باشد. با این حال، ذخیره لیتیوم در زمین محدود است و ازنظر جغرافیایی در مناطق ناهموار یافت می‌شود. در سال ۲۰۱۸، تقاضای جهانی لیتیوم به ۲۸/ ۰ میلیون تن (معادل Li ۲ CO ۳) رسید و انتظار می‌رود این میزان تا سال ۲۰۳۰ به ۴/ ۱ تا ۷/ ۱میلیون تن افزایش یابد، این در حالی است که پیش‌بینی می‌شود ذخایر زمینی لیتیوم تا سال ۲۰۸۰ به پایان برسد؛ اما تحقیقات اخیر نشان داده به‌عنوان یک منبع نامحدود لیتیوم و مستقل از مکان، اقیانوس‌ها حاوی تقریبا ۵هزار برابر لیتیوم از منابع زمینی هستند. آب دریا حاوی مقادیر قابل‌توجهی لیتیوم بیشتر از مقدار موجود در خشکی است و در نتیجه منبع تقریبا نامحدودی از لیتیوم برای تامین رشد سریع تقاضا برای باتری‌های لیتیوم فراهم می‌کند. با این حال، استخراج لیتیوم از آب دریا به دلیل غلظت کم (۱/ ۰ تا ۲/ ۰ ppm) و فراوانی یون‌های مزاحم، فوق‌العاده چالش‌برانگیز است. محققان دانشگاه علوم و فناوری کینگ عبدالله عربستان سعودی اخیرا سیستمی را ایجاد کردند که معتقدند می‌توان از این روش اقتصادی، از آب دریا لیتیوم با خلوص بالا استخراج کرد. این در حالی است که تلاش‌های قبلی برای آزادسازی لیتیوم از ترکیبی که این فلز با سدیم، منیزیم و پتاسیم در آب دریا می‌سازد لیتیوم کمی آزاد می‌کرد. به گزارش بخش ترجمه شرکت‌ها، برگرفته از وب‌سایت خبری ماینینگ ویکلی، برای پاسخگویی به این موضوع این تیم تحقیقاتی به سرپرستی ژپلنگ لای روشی را برای استخراج یون‌های لیتیوم امتحان کردند که قبلا هرگز آن را استفاده نکرده بودند. آن‌ها از یک سلول الکتروشیمیایی حاوی غشای سرامیکی ساخته شده از اکسید تیتانیوم لیتیوم لانتانیم (LLTO) برای استخراج یون‌های لیتیوم استفاده کردند. در یک مقاله منتشر شده در مجله علوم انرژی و زیست‌محیطی محققان توضیح می‌دهند که ساختار کریستالی غشا دارای منفذ‌هایی است که فقط اجازه می‌دهد یون‌های لیتیوم از آن عبور کنند، ولی یون‌های فلز بزرگ‌تر قادر به عبور از آن نیستند. از طرف دیگر خود باتری دارای سه محفظه است.

آب دریا به داخل یک اتاق تغذیه مرکزی جریان دارد که در آنجا یون‌های مثبت لیتیوم از میان غشای LLTO گذشته به داخل اتاقی حاوی محلول بافر و یک کاتد مسی اندودکاری شده با پلاتین و روتنیوم می‌ریزد. همزمان یون‌های منفی از اتاق تغذیه از طریق یک غشای تبادل آنیونی استاندارد خارج شده و وارد یک اتاق سوم می‌شود که حاوی محلول سدیم کلراید و یک آنود پلاتین-روتنیوم است.

محققان با استفاده از آب دریای سرخ این سیستم را مورد آزمایش قرار دادند. در ولتاژ ۲۵/ ۳ ولت، باتری در قطب کاتد گاز هیدروژن و در آنود کلورین تولید می‌کند. این فعل‌وانفعال، لیتیوم را از طریق غشای LLTO حمل می‌کند و آن را در اتاق جانبی انباشته می‌کند. سپس این آب غنی‌شده با لیتیوم به مواد اولیه، در چهار سیکل فرآیند دیگر فرآوری و تبدیل می‌شود که در نهایت به خلوص غلظتی بالاتر از ۹هزار ppm می‌رسد. برای اینکه محصول نهایی به‌اندازه کافی غلظت پیدا کند تا پاسخگوی نیاز‌های باتری‌سازان باشد پس از آن دانشمندان PH محلول را تعدیل کردند تا فسفات لیتیوم جامد به دست آید که فقط دارای آثاری از سایر یون‌های فلزی است. کارشناسان می‌گویند این باتری احتمالا برای استخراج یک کیلوگرم لیتیوم از آب دریا ۵دلار برق نیاز خواهد داشت. این به این معنی است که ارزش هیدروژن و کلورین تولیدشده توسط باتری بیشتر از جبران این هزینه بوده و باقی‌مانده آب دریا را می‌توان در واحد‌های نمک‌زدایی به آب شیرین تبدیل کرد. سرپرست گروه تحقیقاتی Zhiping Lai می‌گوید ما سعی خواهیم کرد که ساختار غشا و طراحی باتری را بهینه کنیم تا این فرآیند را کارآمدتر کنیم. این تیم امیدوار است بتواند برای تولید غشای LLTO در مقیاس بزرگ‌تر و هزینه ارزان‌تر با صنایع تولید شیشه همکاری کند.

منبع: دنیای اقتصاد