لیتیم؛ عنصر عصر تکنولوژی

به گزارش می متالز، لیتیم عنصری اصلی در فناوری‌های ذخیره انرژی سبز است که در کاربردهای مختلف صنعتی به‌ویژه استفاده در باتری‌های لیتیم یونی در صنعت الکترونیک و وسایل نقلیه الکتریکی و خودروهای برقی تقاضاهای جدیدی را برانگیخته است. با توجه به حرکت دنیای امروز به این سمت، از این فلز با ارزش به‌عنوان یکی از نیازهای تکنولوژی روز یاد می‌شود.

اغلب عناصر نادر خاکی و فلزات کمیاب برای استخراج به تکنولوژی بالایی نیاز دارند و بر خلاف دیگر محصولات معدنی، در حجم کم و در ابعاد کیلوگرم خرید و فروش می‌شود که همین امر به علت قیمت بالای آنها و سختی استحصال‌شان بوده و در صورتی که بتوان در استحصال و تولید این مواد به مزیت رسید، عملا ارزش افزوده بالایی خواهند داشت، چراکه فلزی مانند لیتیم در صنایع پیشرفته مصارف بسیاری دارد و مصرف آن از سال ۲۰۱۵ تا کنون بیش از ۱۰ برابر افزایش داشته است.

 در بازار جهانی استرالیا مقام اول تولیدکننده لیتیم را داراست و بزرگ‌ترین صادرکننده لیتیم به‌عنوان کنسانتره (اسپدومن) است (بر اساس آمار سازمان زمین‌شناسی آمریکا در سال ۲۰۱۶ با تولید ۱۴.۳۰۰ میلیون تن لیتیم یا ۷۶۱۱۹ میلیون تن کربنات‌لیتیم معادل). پس از آن شیلی قرار دارد (استرالیا ۳۵ درصد و شیلی ۳۴ درصد).

ایران جزو معدود کشورهایی است که به مقادیر مناسبی از ذخایر عناصر نادر خاکی و فلزات باارزش دسترسی دارد. پس از اکتشافات پهنه‌های معدنی از سال ۱۳۹۳ در ایران، فلزات کمیابی مانند لیتیم در ۶۰ پلایای مختلف کشور در منابع معدنی و منابع شورابه‌ای رصد شده است.

طراحى روش‌هاى نوین برای استحصال لیتیم کربنات از شورابه‌ها از برنامه هاى سازمان زمین‌شناسى و اکتشافات معدنی است که به‌صورت نیمه‌صنعتی در حال اجراست. غلظت لیتیم در شورابه‌های ایران کمتر از ppm ۵۰ است و میزان منیزیم آن بسیار بالاست.

همچنین در بررسی‌های زمین‌شناسی در مناطق نزدیک افغانستان مانند مشهد و زاهدان، احتمال کشف ذخایر لیتیم وجود دارد که البته نیاز به تامین منابع مالی و تکمیل عملیات اکتشافی و مطالعاتی ضروری است.

بررسی مصرف لیتیم در جهان نشان می‌دهد که مصرف آن در سال ۲۰۰۲ بسیار کم بوده اما تا سال ۲۰۱۷ از رشد قابل‌توجهی برخوردار بوده و پیش‌بینی شده تا سال ۲۱۰۰ رشد فزاینده‌ای در مصرف داشته باشد.

با توجه به روند رو به رشد قیمت لیتیم طی سال‌های ۲۰۱۵ و در نتیجه افزایش قیمت باتری‌های لیتیمی سرمایه‌گذاری شرکت‌های مختلف به‌ویژه کمپانی‌های چینی Tianqi و Ganfeng در نقاط مختلف جهان به‌عنوان کشور تولیدکننده عمده این باتری‌ها شدت گرفته است.

به‌رغم ذخایر سنگین سنگ معدن لیتیم، این کشور هنوز هم به دلیل تقاضای زیاد، مقادیر زیادی لیتیم از استرالیا، شیلی و آرژانتین واردات دارد.

بازیابی لیتیم از باتری‌ها فاکتور مهمی است که باید برای جلوگیری از کاهش شدید منابع آن در آینده مورد توجه قرار گیرد. آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از مواد موجود در باتری‌ها یک نگرانی برای آینده است.

دفع نامناسب باتری‌ها یکی از راه‌هایی است که منجر به انتشار در طبیعت و جذب از طریق گیاهان شده که وارد زنجیره غذایی و به‌طور تجمعی در انسان ذخیره می‌شود. در حال‌حاضر، کمتر از یک درصد لیتیم بازیابی می‌شود.

به دلیل فراوانی نسبی لیتیم، انگیزه بازیابی این فلز از حجم انبوه ضایعات آن زیاد نیست. علاوه بر آن، حجم ضایعات لیتیم‌دار به حد کافی برای توسعه صنایع بازیافت لیتیم بزرگ نیست. زمانی‌که تقاضا برای منابع لیتیمی افزایش یابد، ممکن است در آینده بازیافت لیتیم از ضایعات انجام شود.

یکی از این ضایعات تلفن‌های همراه قدیمی است. بیش از میلیاردها تلفن همراه هر سال تولید می‌شود که حاوی تقریبا ۳۰ تا ۴۰ گرم لیتیم است. این تلفن‌ها همچنین به‌طور متوسط دارای تقریبا ۹ میلی‌گرم طلا، ۲۴ میلی‌گرم پالادیم و ۲۵۰ میلی گرم نقره است.

میزان فلز موجود در آن به مدل تلفن به‌شدت وابسته است. طلا، پالادیم و نقره امروزه از این تلفن‌ها بازیافت می‌شوند. در آینده ممکن است بازیابی لیتیم نیز از این دستگاه‌های قدیمی مقرون به‌صرفه شود.

لیتیم از لحاظ بازیابی به دلیل پایین بودن نقطه ذوب (در حدود ۱۸۰ درجه سانتیگراد) و انحلال اندک نمک‌های فلورایدی، کربناتی و فسفاتی آن دارای سهولت است. بازیابی فلزات با ارزش از باتری‌های لیتیمی مستعمل روشی شناخته‌شده است.

باتری‌های لیتیمی معمولا دارای آلومینیوم، مس و کبالت است که معمولا در حین بازیافت قابل بازیابی هستند. بازیابی لیتیم هنوز به‌عنوان یک صنعت قابل اجرا نیست و نیازمند سرمایه‌گذاری گسترده است.

بازیابی لیتیم از باتری‌های لیتیمی توسط روش‌های مانند لیچینگ، رسوب‌گذاری، تبادل یون یا استخراج حلالی انجام می‌شود. بر اساس پژوهشی گزارش شده است که ۲۵۰ تن سنگ معدن یا ۷۴۰ تن شورابه یا ۲۸ تن باتری لیتیمی مستعمل نیاز است که یک تن لیتیم فلزی بازیابی شود.

بازیافت باتری‌های لیتیمی خودروهای برقی ساده‌تر از بازیافت باتری‌های کوچک است. از لحاظ اقتصادی نیز با افزایش استفاده از باتری‌ها در خودروهای برقی، بزرگی مقیاس صنعتی فراهم و انگیزه لازم برای برای بازیافت باتری‌ها به‌وجود خواهد آمد.

براساس گزارشی که در سال ۲۰۱۷ منتشر شده است، لیتیم توسط روش‌هایی نظیر هیدرومتالورژی (انحلال، لیچینگ، استخراج حلالی، رسوب‌گذاری و روش‌های الکتروشیمیایی)، پیرومتالورژی (خردایش مکانیکی، عملیات حرارتی، کلسینه کردن، خشک کردن و احیا و فرآیند کلرزدایی) و فرآیندهای بیولوژیکی ‌(لیچینگ بیولوژیکی و ... ) قابل بازیابی است. بر این اساس، تنها کمتر از یک درصد لیتیم از باتری‌ها در جهان بازیابی می‌شود.

بنابر اهمیت این موضوع، در دومین همایش و نمایشگاه چشم‌انداز صنایع غیرآهنی و فناوری‌های وابسته با نگاهی به تولید و بازار که در مرکز همایش‌های صدا و سیما در تاریخ ۹ و ۱۰ مهرماه سال جاری برگزار خواهد شد، منابع لیتیم در دنیا و ایران به همراه روش‌های عملی استخراج و کاربردهای گسترده آن مورد بررسی قرار خواهد گرفت. علاقه‌مندان برای کسب اطلاعات بیشتر درباره این همایش می‌توانند با شماره تلفن‌های ۶-۴۲۷۱۰۱۸۰ تماس بگیرند یا به وب‌سایت  http://events.den.ir مراجعه کنند.

دکتر مریم مؤذنی

کارشناس ارشد گروه تحقیق و توسعه شرکت بین‌المللی مهندسی فولادتکنیک