استفاده از لیتیوم در فناوریهای نوین، به خصوص در باتریها و خودروهای الکتریکی، باعث افزایش چشمگیر تقاضای جهانی برای این فلز شده است. احتمالاً نام باتریهای لیتیومی را شنیدهاید، اما شاید برایتان جالب باشد بدانید لیتیوم از کجا تامین میشود و فرآیند استخراج و تولید آن چگونه است. در این مطلب، به بررسی روشهای استخراج لیتیوم از منابع مختلف میپردازیم. همچنین تجهیزات مورد نیاز برای این فرآیند، سودآوری و چالشهای پیشرو را بررسی خواهیم کرد.
منابع استخراج لیتیوم چیست؟
لیتیوم یک فلز قلیایی با ویژگیهای خاصی مانند واکنشپذیری بالا و هدایت حرارتی و الکتریکی عالی است. این خصوصیات، لیتیوم را به مادهای مناسب برای استفاده در صنایع مختلف از جمله ساخت شیشههای خاص، مواد شیمیایی، داروها و باتریهای لیتیومی برای خودروهای الکتریکی، خرید فروش فلزات رنگین و لوازم الکترونیکی تبدیل کرده است.
به دلیل واکنشپذیری شدید لیتیوم، این فلز به صورت خالص در طبیعت یافت نمیشود. بلکه معمولاً در ترکیب با نمکها یا ترکیبات دیگر به شکل ترکیبات شیمیایی موجود است. این ویژگیها موجب شدهاند که استخراج لیتیوم به روشی دقیق و پیچیده نیاز داشته باشد تا از منابع طبیعی قابل استفاده به دست آید.
1. استخراج از سنگهای معدنی:
یکی از روشهای رایج برای استخراج این فلز، استفاده از ماشین آلات استخراج معدن سنگهای معدنی حاوی این فلز است. سنگهایی مانند اسپودومن و پگماتیت که در معادن یافت میشوند، پس از استخراج به فرآیندهای شیمیایی میسپارند تا لیتیوم از آنها به طور خالص جدا شود. این روش عمدتاً در معادن بزرگی که منابع سنگی غنی از لیتیوم دارند، به کار میرود.
2. استخراج از آب نمک:
استخراج لیتیوم از آب نمک یکی دیگر از روشهای محبوب و اقتصادی برای استخراج این فلز است. در این روش، آب نمک از منابعی مانند دریاچههای شور، رودخانهها و منابع زیرزمینی استخراج میشود. این آب نمک حاوی مواد معدنی مختلف است که پس از تبخیر آب، رسوبات مختلف بهجا میگذارند. لیتیوم به عنوان یون در محلول باقی میماند و از طریق فرآیندهایی مانند رسوبدهی و تصفیه شیمیایی استخراج میشود.
منابع جایگزین برای استخراج لیتیوم
با توجه به افزایش تقاضا برای لیتیوم و اهمیت آن در صنعت باتری و انرژیهای تجدیدپذیر، بسیاری از محققان به دنبال منابع جایگزین برای استخراج لیتیوم هستند.
1. خاک رس هکتوریت:
خاک رس هکتوریت به عنوان یکی از منابع بالقوه لیتیوم مورد توجه قرار گرفته است. روشهای مختلفی برای استخراج از خاک رس شامل شستشوی اسیدی، قلیایی، کلرید، سولفات و همچنین تجزیه آب و تصفیه هیدروترمال مورد بررسی قرار گرفتهاند. فروش خاک صنعتی حاصل از پروژه های حفاری مختلف، برای همین منظور است. مثلا پروژه های حفر تونل، چاه، ساخت ایستگاه های مترو و… در انتها مقداری خاک صنعتی بجای میگذارند که میتواندذ برای استخراج لیتیوم مورد استفاده قرار گیرد.
2. آب دریا:
با توجه به تخمینهای موجود، صدها میلیارد تن لیتیوم در اقیانوسها وجود دارد. فرآیندهای مختلفی برای استخراج فلز لیتیوم از آب دریا در حال حاضر مورد استفاده قرار میگیرند. این روشها در استخراج و فرآوری لیتیوم از آب دریا موفقیتهایی به دست آوردهاند.
3. آب نمک بازیافت شده از نیروگاههای انرژی:
با توجه به منابع عظیم انرژی حرارتی زمین و آب نمکهای موجود در این مناطق، این روش میتواند در آینده به یکی از منابع مهم تأمین لیتیوم تبدیل شود، اگرچه تاکنون تکنولوژیهای استخراج آن به اندازه کافی توسعه نیافتهاند.
4. بازیافت از وسایل الکترونیکی:
در حال حاضر، بازیافت باتریهای لیتیومی به عنوان یکی از روشهای نوین استخراج لیتیوم شناخته میشود، هرچند که به طور رسمی نمیتوان آن را با فرآیندهای استخراج و فرآوری لیتیوم مقایسه کرد. با این وجود، افزایش تقاضا و مصرف باتریهای لیتیومی در دنیای دیجیتال و حمل و نقل الکتریکی، باعث شده است تا بازیافت این باتریها به یک منبع باارزش برای تأمین لیتیوم تبدیل شود. خرید تجهیزات و قطعات الکترونیکی فرسوده به قصد استخراج لیتیوم باز پرتقاضایی دارد.
5. فاضلاب نفت سنگین:
فرآیند استخراج نفت سنگین منجر به تولید مقدار زیادی پساب از سیستمهای تبخیر میشود که با توجه به منطقه، ممکن است شامل مواد محلول باشد. در برخی از نواحی، فناوریهای تصفیه آب بهکار گرفته شدهاند تا لیتیوم و سایر مواد باارزش از پساب نفت سنگین استخراج شوند. بازیافت لیتیوم از پساب استخراج نفت چالشبرانگیز است، زیرا این فلز در غلظتهای بسیار پایین در آن موجود است. با این حال، به واسطه پیشرفتهای فناوری جدید در استخراج و فرآوری لیتیوم از آب نمک و فاضلاب، این روشها به طور اقتصادی قابلصرفه شدهاند.
2 روش اصلی استخراج لیتیوم
در بخش قبل درباره منابع استخراج لیتیوم صحبت کردیم، حال قصد داریم روش استخراج از این منابع را توضیح دهیم. در ادامه به صورت دقیق به این روشها پرداختهایم:
1. روش استاندارد استخراج از شورابهها:
ابتدا آب شور حاوی لیتیوم از دریاچههای زیرزمینی پمپاژ شده و به حوضچههای بزرگ تبخیر منتقل میشود. این حوضچهها معمولاً مساحتی بالغ بر هزاران هکتار دارند. سپس در حوضچهها، آب شور تحت فرآیند تبخیر خورشیدی قرار میگیرد و لیتیوم و سایر نمکها طی یک دوره زمانی که ممکن است یک سال یا بیشتر به طول انجامد، تغلیظ میشوند. هدف از این فرآیند دستیابی به غلظت کافی لیتیوم (حدود ۶۰۰۰ میلیگرم بر کیلوگرم) است.
پس از تغلیظ، اجزای غیر لیتیومی که در مرحله تبخیر حذف نشدهاند، با استفاده از فرآیند رسوبدهی که شامل افزودن مواد شیمیایی به محلول است، جدا میشوند. این مواد شیمیایی معمولاً شامل آهک خشک (Ca(OH)₂) هستند. محلول غنیشده از لیتیوم سپس به یک کارخانه فرآوری منتقل میشود. در این مرحله، اجزای ناخواسته باقیمانده با استفاده از روشهای غیر تبخیری از محلول حذف میشوند.
به نقل از farmonaut.com :
Lithium extraction from brine deposits—including salt flats, underground aquifers, and subsurface reservoirs—offers a relatively lower environmental footprint and stronger economic viability than many traditional mining methods. In regionally significant areas like Chile, Argentina, Bolivia (the “Lithium Triangle”), and parts of the United States, lithium-rich brines are transforming resource management, energy production, and agricultural sustainability.
استخراج لیتیوم از رسوبات آب شور – شامل دشتهای نمکی، سفرههای آب زیرزمینی و مخازن زیرزمینی – ردپای زیستمحیطی نسبتاً کمتری و توجیه اقتصادی قویتری نسبت به بسیاری از روشهای سنتی استخراج ارائه میدهد. در مناطق مهم منطقهای مانند شیلی، آرژانتین، بولیوی (“مثلث لیتیوم”) و بخشهایی از ایالات متحده، شورابههای غنی از لیتیوم، مدیریت منابع، تولید انرژی و پایداری کشاورزی را متحول میکنند.
2. روش استخراج از سنگهای معدنی:
استخراج لیتیوم از سنگ معدن شامل مراحلی به شرح زیر است:
- ابتدا سنگ معدن استخراج شده خرد میشود تا اندازه آن برای فرآیندهای بعدی مناسب شود.
- در مرحله بعد، مواد معدنی حاوی لیتیوم از طریق فرآیند شناورسازی تغلیظ میشوند.
- پس از آن، سنگ معدن تغلیظشده در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد حرارت داده میشود و سپس با اسید سولفوریک تصفیه میشود.
- در مرحله بعدی، سنگ معدن دوباره در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده میشود تا کنسانتره لیتیوم تولید شود.
- سپس، کنسانتره لیتیوم از طریق مجموعهای از فرآیندهای چند مرحلهای شامل شستشو، جداسازی مایع از جامد و حذف ناخالصیها از طریق رسوبدهی و تبادل یونی به مواد شیمیایی نهایی مانند Li₂CO₃ یا LiOH·H₂O تبدیل میشود.
تجهیزات مورد نیاز استخراج لیتیوم
تجهیزات مورد نیاز برای استخراج لیتیوم، نقشی حیاتی در فرآیندهای معدنی این فلز ارزشمند ایفا میکنند. از ماشینآلات حفاری و استخراج تا دستگاههای پیشرفته فرآوری، هر یک از این تجهیزات به بهبود بهرهوری و کاهش تأثیرات زیستمحیطی در عملیاتهای معدنی کمک میکند.
تجهیزات لازم برای استخراج لیتیوم از سنگهای معدنی
برای استخراج و فرآوری لیتیوم از معادن، به تجهیزات و ماشینآلات خاصی نیاز است که هر کدام نقش مهمی در فرآیند استخراج و فرآوری دارند.
- ماشینآلات استخراج معدن: ماشین آلات پیشرفته استخراج معدن مانند تجهیزات تخریب معدن و دستگاههای جتآب برای ایجاد حفرههایی در سنگ معدن جهت استخراج مواد معدنی استفاده میشوند. آنها با استفاده از روشهای مختلف مانند حفاری چرخشی یا حفاری هستهای، نمونههای سنگ معدن را برای تحلیلهای بعدی بهدست میآورند.
- ماشینآلات برش سنگ معدن: ماشین آلات برش سنگ معدن برای برش سنگهای سخت معدن استفاده میشوند تا قطعات کوچکتری از سنگ استخراج کنند که قابل پردازش باشد. فروش ماشین آلات برش سنگ معدن ممکن است به صورت اتوماتیک یا نیمهاتوماتیک عمل باشد و معمولاً در معادن سنگهای سخت مانند پگماتیت استفاده میشوند که حاوی لیتیوم هستند.
- سنگشکنها: این ماشینها برای خرد کردن سنگهای معدنی بزرگ به قطعات کوچکتر استفاده میشوند. ماشینهای سنگشکن مختلفی برای خرد کردن سنگهای معدنی لیتیوم استفاده میشوند تا اندازه آنها برای مراحل بعدی فرآوری مناسب باشد.
- آسیابها: این تجهیزات برای آسیاب کردن و پودر کردن سنگ معدن لیتیوم استفاده میشوند. این فرآیند باعث آزادسازی بیشتر کانیهای لیتیوم از مواد اضافی یا مواد زائد میشود. خرید آسیاب معدن برای این کار واجب است.
- سلولهای شناورسازی: در مرحله بعدی، پس از خرد کردن و آسیاب سنگ معدن، از ماشینآلات شناورسازی برای جداسازی کانیهای لیتیوم از مواد اضافی استفاده میشود. در این فرآیند، با استفاده از مواد شیمیایی خاص، کانیهای لیتیوم به سطح آب شناور شده و از مواد غیرمفید جدا میشوند.
- نوار نقالهها: به صورت کلی ماشین آلات ذخیره سازی معدن شامل موارد مختلفی است که نوار نقاله عنص متصل کننده آنها است. برای انتقال مواد استخراجی از معادن به کارخانههای فرآوری و یا واحدهای تغلیظ بهکار میروند.
تجهیزات لازم برای استخراج لیتیوم از شورابه ها
در این روش، لیتیوم از منابع آب شور استخراج میشود که معمولاً در مناطق خشک مانند دریاچههای شور و منابع زیرزمینی یافت میشود.
- پمپهای مخصوص: برای استخراج آب شور از منابع زیرزمینی یا دریاچههای شور، با خرید پمپهای صنعتی بزرگ انجام میشود. این پمپها باید توانایی پمپاژ آب با غلظت بالای نمک را داشته باشند.
- استخرهای تبخیر: آب شور به استخرهای تبخیر منتقل میشود تا با استفاده از انرژی خورشیدی تبخیر شده و نمکهای موجود در آن رسوب کنند. این استخرها باید به صورت وسیع ساخته شوند تا ظرفیت تبخیر بالایی داشته باشند.
- سیستمهای الکترودیالیز: این ماشینآلات برای تصفیه و بازیابی لیتیوم از آب شور و سایر منابع آبی استفاده میشوند. سیستمهای الکترودیالیز با استفاده از جریان الکتریکی، یونهای لیتیوم را از سایر یونها جدا میکنند.
- ممبرانهای فیلتراسیون: در برخی از فرآیندهای استخراج لیتیوم از شورابهها، از سیستمهای فیلتراسیون مانند اسمز معکوس (RO) و نانوفیلتراسیون (NF) برای پیشتصفیه آب شور و غنیسازی لیتیوم استفاده میشود.
میزان سود آوری استخراج لیتیوم در ایران
در دهههای اخیر، تقاضای جهانی برای استخراج لیتیوم خصوصا با گسترش استفاده از خودروهای برقی و فناوریهای انرژی تجدیدپذیر به شدت افزایش یافته است. ایران با داشتن منابع غنی لیتیوم میتواند نقش مهمی در تأمین نیازهای جهانی ایفا کند. با این حال در میان ۲۰ کشور برتر تولیدکننده لیتیوم قرار ندارد.
معدن چاهشیرین، بزرگترین معدن لیتیوم ایران، هنوز بهرهبرداری قابلتوجهی نداشته است. این موضوع به کمبود تکنولوژیهای پیشرفته استخراج یا نبود سرمایهگذاری کافی در این بخش باز میگردد. با وجود این، ایران در حال توسعه بخش معدن خود به خصوص در زمینه لیتیوم است. از جمله برنامههای اخیر، تأکید بر استفاده از ماشین آلات استخراج معدن و فرآوری است که به ویژه از ماشینآلات استخراج معدن و برش سنگ معدن برای بهرهبرداری از ذخایر لیتیوم در مناطق مختلف کشور بهرهبرداری خواهد شد.
در حال حاضر، مناطقی مانند نهبندان، بیرجند، دریاچه ارومیه و استانهای دیگر منابع شورابهای حاوی لیتیوم دارند که میتوانند به منبعی مهم برای تأمین لیتیوم تبدیل شوند. البته استخراج این ذخایر نیازمند تکنولوژیهای نوین و تجهیزات تخصصی است که در حال حاضر در ایران در دسترس نیست.
با توجه به این که ایران یکی از بزرگترین ذخایر معدنی جهان را داراست و بسیاری از این منابع در دسترس هستند، توسعه صنعت لیتیوم و ارتقای فناوریهای استخراج میتواند به سودآوری چشمگیر برای کشور منجر شود. قیمت جهانی لیتیوم به دلیل تقاضای بالا در بازارهای جهانی رو به افزایش است و این میتواند برای ایران فرصتهای زیادی در صادرات و کسب درآمدهای ارزی ایجاد کند.
در صورت استفاده بهینه از منابع لیتیوم و با بهبود تکنولوژیهای استخراج، ایران میتواند سهم چشمگیری از بازار جهانی را به خود اختصاص دهد. صنعت لیتیوم نه تنها از نظر اقتصادی برای ایران اهمیت دارد، بلکه به توسعه ظرفیتهای صادراتی کشور نیز کمک خواهد کرد و میتواند زمینهساز ایجاد اشتغال و تنوع در اقتصاد ایران باشد.
حاشیه سود فراوری لیتیوم در ایران چقدر است؟
فرآوری لیتیوم در ایران میتواند سودآوری بالایی داشته باشد، اما به چالشهایی نیز برخورد میکند. از یک سو، ذخایر قابلتوجه لیتیوم در ایران فرصتهای خوبی برای استخراج و فرآوری این فلز فراهم میکند. اما از سوی دیگر، نیاز به فناوریهای پیشرفته و تجهیزات مناسب برای استخراج لیتیوم در کشور، هزینههای زیادی را به همراه دارد.
در صورتی که ایران بتواند این چالشها را با بهبود زیرساختها و جذب فناوریهای روز حل کند، میتواند از افزایش تقاضا برای لیتیوم در بازارهای جهانی، به خصوص در زمینه باتری خودروهای برقی، بهرهبرداری کند و حاشیه سود خوبی به دست آورد.
چالش های زیست محیطی استخراج لیتیوم
استخراج لیتیوم بهرغم مزایای اقتصادی و صنعتی خود، چالشهای زیستمحیطی زیادی به همراه دارد که باید به دقت مدیریت شوند. از جمله مهمترین مشکلات زیستمحیطی این فرآیند میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. تخریب زمین و منابع آبی:
استخراج لیتیوم به طور عمده به صورت روباز انجام میشود که موجب تخریب گسترده زمینها و جنگلها میشود. در مناطقی مانند شیلی، این فرآیند باعث جنگلزدایی شده است. علاوه بر این، استخراج و فرآوری لیتیوم نیاز به مقادیر زیادی آب دارد که میتواند منابع آبی محلی را به شدت تحت فشار قرار دهد و اکوسیستمهای اطراف را به خطر بیندازد.
2. آلودگی آبهای منطقه:
فرآوری لیتیوم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی مضر و خطرناک دارد که میتوانند به آلودگی آبهای زیرزمینی و سطحی منجر شوند. این آلودگیها میتواند به آبیاری و آبزیان آسیب برساند و به بروز بیماریها در جوامع محلی منجر شود.
3. انتشار گازهای گلخانهای:
به دلیل فرآیندهای روباز و استفاده از ماشینآلات سنگین در استخراج لیتیوم، میزان انتشار گازهای گلخانهای افزایش مییابد. این مسئله به طور خاص در مناطقی که سایتهای روباز گستردهای برای استخراج در نظر گرفته میشود، نمود بیشتری دارد.
برای کاهش تأثیرات زیستمحیطی استخراج این فلز، راهکارهای مختلفی وجود دارد که میتوانند به بهبود فرآیندها و کاهش اثرات منفی کمک کنند:
4. فناوریهای نوین استخراج:
استخراج از آبهای شور با استفاده از تکنیکهای پیشرفته مانند غشاهای نفوذپذیر (membrane technologies) میتواند خطرات زیستمحیطی را کاهش دهد و در عین حال بهرهوری را افزایش دهد.
5. مدیریت پایدار منابع:
برنامهریزی دقیق و رعایت ملاحظات زیستمحیطی در مراحل استخراج از اهمیت بالایی برخوردار است. همکاری نزدیک با جوامع محلی و انجام ارزیابیهای زیستمحیطی میتواند در مدیریت منابع آبی و کاهش تخریب محیطزیست مؤثر باشد.
6. اقتصاد دایرهای و بازیافت:
به جای تکیه فقط بر استخراج مواد جدید، سرمایهگذاری در بازیافت باتریهای لیتیوم-یونی و بهبود فرآیندهای بازیافت لیتیوم میتواند به کاهش نیاز به استخراج اولیه کمک کند. بازیافت لیتیوم نه تنها مصرف منابع طبیعی را کاهش میدهد، بلکه میتواند تأثیرات زیستمحیطی ناشی از استخراج جدید را به حداقل برساند.
چرا تقاضا برای استخراج لیتیوم زیاد است؟
لیتیوم به عنوان ماده اصلی در تولید باتریهای مورد استفاده در خودروهای الکتریکی، گوشیهای هوشمند، لپتاپها، دوربینها و دیگر دستگاههای الکترونیکی، جایگاه ویژهای در بازار پیدا کرده است. باتریهای لیتیوم-یونی به دلیل ظرفیت بالا، وزن سبک و طول عمر زیاد، به یک انتخاب مناسب برای ذخیره انرژی تبدیل شدهاند.
با توجه به نگرانیهای جهانی درباره تغییرات اقلیمی و نیاز به انتقال به انرژیهای پاک و تجدیدپذیر، خودروهای برقی به عنوان جایگزین مناسب برای خودروهای سوخت فسیلی در حال رشد هستند. این تغییرات باعث شده است که تقاضا برای استخراج لیتیوم به عنوان یک ماده حیاتی در ساخت باتریهای خودروهای الکتریکی به طور چشمگیری افزایش یابد.
علاوه بر صنعت خودرو، لیتیوم در صنایع مختلف دیگری از جمله تولید انرژیهای تجدیدپذیر و سیستمهای ذخیرهسازی انرژی، ابزارهای پزشکی و حتی هوافضا نیز بهکار میرود. این کاربردهای گسترده موجب شده است که لیتیوم به یکی از مهمترین و پرتقاضاترین مواد معدنی جهان تبدیل شود.
سخن پایانی
استخراج لیتیوم به عنوان یکی از مواد معدنی استراتژیک برای تأمین انرژیهای تجدیدپذیر و فناوریهای نوین، نقشی حیاتی در تحولات صنعتی و اقتصادی جهانی ایفا میکند. با توجه به رشد روزافزون تقاضا برای باتریهای لیتیوم-یونی و سایر کاربردهای الکترونیکی، لیتیوم به یکی از باارزشترین منابع معدنی جهان تبدیل شده است. با این حال، بهرهبرداری از این منابع نیازمند سرمایهگذاری در فناوریهای استخراج پیشرفته و رعایت ملاحظات زیستمحیطی است.
سامانه دریچه تجارت به عنوان اولین سامانه جامع خرید و فروش کالای صنعتی در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد و معدن، فرصتی منحصربهفرد برای تأمین ماشینآلات و تجهیزات مورد نیاز برای فرآیندهای استخراج لیتیوم، فراهم میکند.
سوالات متداول
چرا لیتیوم برای تولید باتریها ضروری است؟
لیتیوم به دلیل ویژگیهای خاص خود مانند ظرفیت ذخیرهسازی بالا، وزن سبک و طول عمر زیاد، مادهای ایدهآل برای تولید باتریها، مخصوصا باتریهای لیتیوم-یونی است.
چه چالشهای زیستمحیطی در فرآیند استخراج لیتیوم وجود دارد؟
عملیات استخراج خصوصا در معادن روباز باعث جنگلزدایی و تغییرات اکوسیستمهای طبیعی میشود. همچنین، استفاده از مواد شیمیایی برای فرآوری لیتیوم میتواند موجب آلودگی منابع آب و خاک شود. به علاوه، مصرف بالای انرژی در فرآیندهای استخراج و فرآوری نیز منجر به افزایش انتشار گازهای گلخانهای میشود.
چگونه ایران میتواند از منابع لیتیوم خود بهرهبرداری کند؟
برای افزایش بهرهبرداری از لیتیوم در ایران، نیاز به توسعه زیرساختهای استخراج، استفاده از ماشینآلات پیشرفته و همکاری با شرکتهای بینالمللی است. همچنین، ایران میتواند با توجه به تقاضای بالای جهانی برای لیتیوم، صادرات این ماده را به ویژه به کشورهایی نظیر چین، گسترش دهد و درآمد ارزی قابل توجهی به دست آورد.
