หลายปีที่ผ่านมาฉันอ่านบทความสั้น ๆ เกี่ยวกับความร้อนใหม่: แบตเตอรี่ลิเธียม ผู้เขียนเปิดด้วยสิ่งที่เขาไม่ต้องสงสัยคิดว่าเป็นการอ้างอิงวัฒนธรรมป๊อปอัจฉริยะโดยบอกว่าการพูดถึงลิเธียมเพียง “การนัดหยุดงานในหัวใจของ Klingons” มันเป็นการอ้างอิงที่อ่อนแอต่อ “Dilithium Crystals” ของ Fictional Fame Star Trek และจากนั้นฉันก็พบว่ามันเป็นวิเศษมาก แต่ฉันเดาว่าเขาต้องเป็นผู้นำกับบางสิ่งบางอย่าง
หลังจากนั้นหลายทศวรรษต่อมาความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นของตำนานทำให้ชัดเจนว่าการกังวลเพียงอย่างเดียวของ Klingon คือการเสียชีวิตด้วยความอับอายขายหน้า แต่มีสปีชีส์ที่นี่บนโลกที่อาศัยอยู่ในความกลัวของลิเธียม: ซีอีโอของความกังวลด้านการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า สำหรับพวกเขาไม่ใช่การปรากฏตัวของลิเธียมที่กระทบความกลัว แต่การไม่มีญาติของมัน; ในขณะที่มันเป็นองค์ประกอบที่มีความอุดมสมบูรณ์ครั้งที่ 25 ในเปลือกโลกและกิกะตั้นจะถูกยุบลงในมหาสมุทรของโลกลิเธียมมีปฏิกิริยามากและมีแนวโน้มที่จะกระจายทำให้มันท้าทายที่จะได้รับความเข้มข้นในปริมาณของ บริษัท ของพวกเขาขึ้นอยู่กับ
ในฐานะที่เป็นรถยนต์ไฟฟ้าและตลาดพลังงานทดแทนยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องความต้องการลิเธียมในการผลิตแบตเตอรี่จะเติบโตไปพร้อมกับมันอาจเป็นจุดที่ความต้องการความสามารถในการผลิตของอุตสาหกรรมเหมืองแร่ เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีที่ความไม่สมดุลนั้นเป็นไปได้เราจะดูวิธีการขุดลิเธียมในขณะนี้รวมถึงวิเคราะห์เทคนิคการขุดใหม่ที่อาจช่วยเติมเต็มช่องว่างลิเธียมที่กำลังจะมาถึง
เริ่มหิน
แม้ว่าลิเธียมเป็นที่รู้จักและโดดเด่นด้วยนักเคมีเพราะต้นปี 1800 มันเป็นเพียงในช่วงกลางของศตวรรษที่ผ่านมาที่การใช้งานเชิงพาณิชย์สำหรับสารประกอบลิเธียม ความต้องการของอุตสาหกรรมอากาศยานสำหรับน้ำมันหล่อลื่นที่มั่นคงส่งผลให้การพัฒนาจาระบีที่ทำจากสบู่ลิเธียมและความต้องการโลหะที่มีประสิทธิภาพสูง แต่มีน้ำหนักเบาเป็นผู้นำอุตสาหกรรมอลูมิเนียมเพื่อใช้ลิเธียมเพื่อปรับปรุงกระบวนการถลุง Hall-Héroult ในช่วงเวลาเดียวกันแพทย์ค้นพบว่าเกลือลิเธียมสามารถรักษาลูกค้าด้วยโรคขั้วบวก
คริสตัลขนาดใหญ่ของสปอเปิ้ล (ลิเธียมอลูมิเนียม inosilicate, Lial (SIO3) 2) พบในแมสซาชูเซตส์ ที่มา: โดย Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0
แม้จะมีความต้องการเพิ่มเติมของอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ที่เพิ่งเดินเรือเริ่มต้นในปี 1940 ซึ่งมีลิเธียมทุกชนิดที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการขุดหินแข็งขนาดเล็กที่ใช้ประโยชน์จากเงินฝากของหินรวมถึงผลึกขนาดใหญ่ของแร่ธาตุลิเธียมเช่นสปอเปิ้ลเปตาเบต์และ Leprive . แร่ธาตุทั้งสามนี้ยังคงอยู่ในความต้องการสูงในวันนี้สำหรับการผลิตลิเธียมไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นหนึ่งในสองสารประกอบลิเธียมหลักที่ใช้โดยอุตสาหกรรม
การผลิตลิเธียมจากเหมืองหินแข็งมีจำนวนมากเหมือนกันกับวิธีการขุดและการกลั่นอื่น ๆ ที่เราพูดถึงในซีรีย์นี้ หินที่มีการแบริ่งแร่ถูกทำลายจากเหมืองเปิดหลุมตักขึ้นโดยรถตักขนาดใหญ่และรถบรรทุกไปยังพืชกลั่น ที่นั่นหินมีขนาดลดลงจากชุดของเครื่องบดและโรงงานจนกลายเป็นผงละเอียด น้ำจะถูกเพิ่มเข้าไปในผงเพื่อสร้างสารละลายที่รู้จักกันในชื่อเยื่อกระดาษซึ่งรวมถึงสารลดแรงตึงผิวและสารกระจายตัวที่ทำให้แร่ธาตุที่มีน้ำยาเหลวกลม ในถังตื้นที่มีอากาศสูบจากด้านล่างลิเธียมแสงเป็นฟองที่ลอยอยู่ด้านบนในขณะที่อนุภาคหินที่หนักกว่าอ่างล้างจาน
หลังจากที่ฟองลิเธียมถูกไขลานลงจากถังลอยน้ำของเหลวพิเศษจะถูกกรองออกเพื่อสร้างผงลิเธียมที่เข้มข้น แต่ไม่บริสุทธิ์ที่จำเป็นต้องได้รับการขัดเกลา กระบวนการกลั่นขึ้นอยู่กับแร่ธาตุซอร์สและผลิตภัณฑ์ปลายทางที่ต้องการ แต่สำหรับแร่สปอเปิ้ลเข้มข้นลิเธียมมักจะถอนออกโดยใช้การรวมกันของกรดซัลฟูริกและโซเดียมไฮดรอกไซด์ ในขณะที่นี่เป็นเส้นทางตรงที่มีอัตราผลตอบแทนสูงกรดและฐานที่เกี่ยวข้องสามารถทำให้เป็นปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการชะล้างกรดปลอดกรดอื่น ๆ ได้รับการพัฒนาเป็นผลให้ซึ่งได้รับการกล่าวถึงว่าเป็นกระบวนการที่เทสลาใช้ในโรงงานลิเธียมไฮดรอกไซด์ใหม่ของพวกเขาที่ถูกสร้างขึ้นถัดจากเท็กซัสกิเกียแปะ
ลงในเหมืองน้ำเกลือ
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้น้ำทะเลมีบางอย่างเช่นลิเธียม 230 พันล้านตันละลายเป็นเกลือลิเธียมเป็นหลัก ในขณะที่สิ่งนี้ถือเป็นจำนวนมากของลิเธียมบนโลกมันก็ยิ่งกระจายมากเกินไป – เพียง 25 micromolar – เพื่อทำหน้าที่เป็นแหล่งทางการค้าที่มีศักยภาพโดยไม่มีค่าใช้จ่ายจำนวนมากของพลังงานที่จะสกัดและเข้มข้น แต่น้ำทะเลไม่ได้เป็นน้ำเกลือเพียงแห่งเดียวที่มีลิเธียมและสกัดโลหะที่สำคัญจากน้ำเกลือใต้ดินได้กลายเป็นวิธีการผลิตหลักเพราะปี 1990
โดยทองแดงแบริ่งลิเธียมที่สำคัญที่สุดที่พบใน “ลิเธียมสามเหลี่ยม” ของอเมริกาใต้ การครอบครองส่วนของชิลีโบลิเวียและอาร์เจนตินาพื้นที่เป็นที่ตั้งของแฟลตเกลือขนาดใหญ่หรือ Salars พื้นที่ที่ทะเลสาบโบราณหรือบ่อน้ำระเหยออกจากเกลือและแร่ธาตุที่ตกตะกอนอื่น ๆ แฟลตเกลือเหล่านี้สร้างขึ้นมาหลายล้านปีทิ้งชั้นแร่ธาตุที่อุดมไปด้วยด้านล่างพื้นผิวทายาท และในขณะที่เราจะได้เห็นภูมิประเทศที่แบนราบและเงื่อนไขแห้งแล้งอย่างรุนแรงบนพื้นผิวยังเล่นเป็นส่วนหนึ่งในกระบวนการการทำเหมืองแร่
บ่อน้ำเกลือที่ Salar de Atacama ในชิลีเท่าที่เห็นจากพื้นที่ สำหรับขนาดของแต่ละยาวบ่อผอมในศูนย์เกือบกิโลเมตรยาว ที่มา: นาซ่าหอดูดาวโลกโดยลอเรนฟิน
การทำเหมืองแร่ลิเธียมน้ำเกลือค่อนข้างแตกต่างใด ๆ ของวิธีการอื่น ๆ ของการทำเหมืองเราได้ครอบคลุมก่อนและไม่สามารถจะง่าย แทนการขุดหินและพยายามแยกวัสดุที่น่าสนใจ, การทำเหมืองแร่น้ำเกลือประกอบด้วยการฉีดลงน้ำเข้าไปในเงินฝากเกลือผ่านเจาะลึก น้ำละลายเกลือเงินฝาก, การสร้างที่อุดมไปด้วยน้ำเกลือที่สามารถสูบขึ้นไปยังพื้นผิว น้ำเกลือจะสูบในบ่อตื้นและที่เหลืออยู่ในดวงอาทิตย์จะระเหย
เมื่อหลายของน้ำในบ่อได้ระเหย – ถึงสองปีต่อมา – น้ำเกลือเข้มข้นในขณะนี้จะมีการเก็บเกี่ยว สมาธิรวมถึงความหลากหลายขององค์ประกอบนอกเหนือไปจากลิเธียมรวมทั้งโซเดียมแมกนีเซียมฟอสเฟตและโบรอน สมาธิทั้งสามารถประมวลผลมากยิ่งขึ้นในสถานที่หรือที่กลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นส่งผ่านท่อไปยังท่าเรือสำหรับการขนส่งไปยังโรงงานแปรรูปลิเธียมในต่างประเทศ
บนใบหน้าของมันวิธีการระเหยสำหรับการทำเหมืองลิเธียมน้ำเกลือดูเหมือนว่าผู้ชนะ มันง่ายมากก็ขับเคลื่อนจริงโดยเฉพาะดวงอาทิตย์และก็ไร้บางส่วนของผลกระทบที่การดำเนินการทำเหมืองเปิดหลุมขนาดใหญ่สามารถมี แต่ยังมีปัญหาขนาดใหญ่ที่มีความเข้มข้นของการระเหย ออกก่อนก็ต้องใช้น้ำจำนวนมากเพื่อสร้าง brines ในสถานที่แรกและเนื่องจากการระเหยบ่อมีประโยชน์เฉพาะในสถานที่ที่มันไม่ได้มีฝนตกมากน้ำที่มีอยู่แล้วในการจัดหาสั้น น้ำที่ใช้สำหรับการทำเหมืองน้ำเกลือยังสูญเสียไปกับบรรยากาศไปที่พื้นผิวมาจากที่ไหนสักแห่งไกลจากบ่อระเหย พลัสบ่อระเหยครอบครองจำนวนมากอย่างไม่น่าเชื่อที่ดิน – บางคอมเพล็กซ์บ่อครอบคลุมพื้นที่ขนาดของแมนฮัตตัน – ซึ่งทำให้มันเป็นความท้าทายที่จะไต่ขึ้นมาดำเนินการ และปริมาณของเวลาที่ใช้ในดวงอาทิตย์ที่จะทำงานของมันเป็นปัญหาในแง่ของความยืดหยุ่นในการผลิต
วิธีที่ดีกว่า
จะทำให้มากที่สุดของการทำเหมืองน้ำเกลือในขณะที่การบรรเทาความบกพร่องของวิธีการสกัดลิเธียมโดยตรงจะกลายเป็นที่นิยมมากขึ้น ใน DLE น้ำเกลือจะสูบจากแหล่งใต้ดิน แต่แทนที่จะมุ่งเน้นน้ำเกลือโดยเปิดการระเหยลิเธียมถูกลบออกจากน้ำเกลือโดยใช้หมายเลขของวิธีการทางเคมีและทางกายภาพ วิธีหนึ่งคือดูดซับแลกเปลี่ยนไอออนที่น้ำเกลือผสมกับวัสดุดูดซับที่ชอบผูกลิเธียมสารประกอบมากกว่าสารอื่น ๆ ในน้ำเกลือ ชั้นหนึ่งของตัวดูดซับที่ใช้ใน DLE เป็นที่รู้จักกันเป็นไฮดรอกไซชั้นคู่ (LDH) วัสดุที่มีโครงสร้างชั้นที่ช่วยให้ลิเธียมคลอไรด์ในน้ำเกลือเพื่อให้พอดีกับระหว่างชั้นในขณะที่ไม่รวมโพแทสเซียมแมกนีเซียมและเกลืออื่น ๆ น้ำเกลือจะถูกส่งกลับไปที่พื้นดินในขณะที่มีความบริสุทธิ์สูงลิเธียมคลอไรด์จะถูกชะล้างออกตัวดูดซับ
วิธีการ DLE อื่น ๆ ได้แก่ เทคโนโลยีเมมเบรนแยกเช่นการ Reverse Osmosis ที่น้ำเกลือจะสูบที่ความดันสูงผ่านเยื่อที่มีรูขุมขนที่ให้เกลือลิเธียมหรือโดยการสกัดด้วยตัวทำละลายที่ตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้ในการสกัดลิเธียม รูปแบบการร่วมกันกับวิธีการ DLE แต่เป็นความจริงที่ว่าพวกเขาเป็นวงปิดกระบวนการ – น้ำที่ใช้ในการสร้างน้ำเกลือจะถูกส่งกลับไปยังก่อใต้ดินรวมถึงลิเธียม พืช DLE ยังใช้เวลาถึงส่วนของพื้นที่ทางกายภาพที่แม้แต่บ่อระเหยเดียวจะใช้เวลาและพวกเขาไม่ต้องพึ่งพาสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่น Salars ในการทำงาน
ที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก
เป็นที่น่าสนใจเป็นเทคโนโลยี DLE คือในระดับที่จำเป็นในการทำงานได้ในเชิงพาณิชย์พืช DLE ยังคงต้องมีจำนวนเงินที่ยุติธรรมของพลังงานที่จะวิ่ง แต่ในบางสถานที่เป็นมุมแหลมธรณีวิทยาได้ออกเงินฝากลิเธียมกว้างขวางอยู่ใกล้กับแหล่งที่มาของพลังงานทดแทนอุดมสมบูรณ์ ในราชินีหุบเขาแห่งแคลิฟอร์เนียโกหก Salton ทะเลทะเลสาบน้ำเค็มน้ำจืดที่โกหกบนชุดของความผิดพลาดทางธรณีวิทยาที่ใช้งานรวมทั้งที่รู้จักกันดีความผิดซานกับ Andreas พื้นที่ที่เหมาะสำหรับการผลิตพลังงานไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพเอ็ดกับพืชในปัจจุบันการผลิต 2,250 เมกะวัตต์ บางส่วนของพืชความร้อนใต้พิภพเหล่านี้จะร่วมอยู่ด้วยพืช DLE ซึ่งปั๊มขึ้นร้อน brines ลิเธียมที่อุดมไปด้วยที่บริสุทธิ์โดยใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพที่ผลิตในสถานที่ สิ่งแวดล้อมพูดพืชดังกล่าวเป็นเรื่องที่ส่งผลกระทบต่ำการผลิตลิเธียมสามารถมีพืชความร้อนใต้พิภพ DLE ที่ถูกสร้างขึ้นโดยทรัพยากรความร้อนควบคุม บริษัท ออสเตรเลียคาดการณ์การผลิต 68,000 ตันจากแบตเตอรี่ลิเธียมเกรดโดย 2027
กับความต้องการสำหรับชุดลิเธียมทะยานความสามารถในการดึงสิ่งที่เราสามารถจากแหล่ง จำกัด เราได้มีการใช้จำนวนเงินต่ำสุดของพลังงานที่เป็นไปได้จะกลายเป็นความท้าทายอย่างแน่นอน ความร้อนใต้พิภพ DLE ดูเหมือนว่าเริ่มต้นที่ดี แต่จำนวนของสถานที่ในโลกกับทั้งธรณีเคมีที่เหมาะสมและเปลือกโลกในการสนับสนุนการดำเนินการดังกล่าวจะถูก จำกัด มันกำลังจะใช้งานวิศวกรรมสมาร์ทบางอย่างเพื่อให้ได้ลิเธียมที่เหลือที่มีอยู่อย่างน้อยกับเทคโนโลยีและทรัพยากรพลังงานที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน
[ภาพถ่ายแบนเนอร์โดย Pablo Cozzaglio / AFP ผ่าน Getty Images]
