Stratejik lityum
Askeri sanayinin lityum tüketiminin artması birçok nedenden dolayı kaçınılmazdır.
İlk olarak, şu anda yalnızca lityum iyon piller nispeten küçük miktarlarda çok fazla elektrik depolayabilir.
İkincisi, ordu, sahada genellikle yalnızca şarj edilebilir pillerle sağlanabilen enerjiye ihtiyaç duyan aletlerin sayısını sürekli olarak artırıyor. Birliklere gelen dış iskeletler, genel olarak, ancak güç kaynağı sistemlerinin minyatürleştirilmesi nedeniyle mümkün hale geldi.
Üçüncüsü, ağır ekipman kademeli olarak hibrit sürücülere geçerek, jeneratörlerden ve rejeneratif frenlemeden enerji depolamak için bir yere ihtiyaç duyuyor. Melezler orduya şu anda moda olan karbondan arındırma nedeniyle değil - hidrokarbon yakıtları yakmayı reddetmeleri nedeniyle değil, bu tür kararların yüksek gizliliği nedeniyle giriyor.
Savaş alanında bir hibrit tank veya piyade savaş aracı, motor jeneratörünü kapatabilir ve yalnızca bataryalarda depolanan elektrikle hareket edebilir. Yani, zırhlı araçlar sigara içmez, ses çıkarmaz ve kızılötesi menzilde çok net bir şekilde aydınlatılmaz. Ve tabii ki hibrit zırhlı araçlar yakıt ve motor kaynağından tasarruf sağlar.
Benzer gelişmeler, üretim öncesi olarak yurtdışında zaten var.
Örneğin, ABD'de Modüler EX-Drive elektrik şanzımanı ve lityum iyon pil paketleri ile donatılmış hibrit bir BMP Bredley-HED üzerinde çalışıyorlar. Birkaç yıl önce, Krymsk hibrit zırhlı personel taşıyıcı Rusya'da test edildi ve şimdi elektrikli şanzımanlı özel bir tekerlekli platform-O şasisi üzerinde çalışmalar devam ediyor. Lityumun yüksek yangın tehlikesine rağmen, bu metal öngörülebilir gelecekte askeri-teknik endüstride önemli bir yer alacaktır. Bu, lityum yataklarının stratejik nesneler olacağı anlamına gelir.
Tuzlardan lityum
Doğada, lityum, yüksek aktivitesi nedeniyle, serbest formda oluşmaz - sadece çözünmüş tuzların ve katı minerallerin bileşiminde.
Ana lityum kaynakları, kurak ülkelerde hidrotermal lityum hammaddelerine bağlı tuz gölleridir. Bu bağlamda, Şili, büyük bir lityum yatağının olduğu topraklarda - Salar de Atacama tuz bataklığı - en şanslıydı. Bu kuru gölün yüzey alanı 3 metrekareye ulaşıyor. km. Tuz kabuğuna gizlenmiş tahmini lityum metal rezervlerinin yaklaşık 000 milyon ton olduğu tahmin ediliyor.
Aslında, Şili'nin "lityum Suudi Arabistan" olarak adlandırılması boşuna değil. Son yıllarda, bu Güney Amerika ülkesi dünyanın en hafif metal tüketiminin% 43'ünü sağladı.
Sadece dev bir tuz bataklığı değil, aynı zamanda çöl kurak iklimi ile birleşen yanan güneş, Şili lityum mucizesinde önemli bir halka haline geldi. Bu alandaki yağış, dünyanın herhangi bir yerinden daha az düşer - yılda sadece 10 mm. Bu, yoğun nem buharlaşmasına (3 mm / yıla kadar) neden olur. Bu nedenle gölde yalnızca son derece konsantre bir tuz çözeltisi - tuzlu su - kalır.
Tuz bataklığının tüm yüzeyi, tuzlu suyla emprenye edilmiş gözenekli bir alçı ve halit kayası olan "kalich" ile kaplanmıştır. Böyle bir "Kalich" in derinliği birkaç on metreye ulaşabilir.
Tuzlu su içindeki ana bileşikler lityum klorür ve sülfattır. Ve böyle bir kokteylin bir litresindeki toplam metal oranı litre başına 7 grama ulaşabilir. Bu parametreye göre, Şili tuz bataklığının (Salar de Atacama) dünyada eşi benzeri yoktur.
Lityum tuzlarına ek olarak, tuzlu suda sodyum, potasyum, brom ve kalsiyum bileşikleri çözülür. Magnezyum bileşikleri, tuzlu sularda neredeyse her zaman lityuma bitişiktir. Magnezyumun lityuma oranı 11 / 1'den büyükse, madencilik ekonomik olarak uygun olmayabilir.
Şimdi biraz Amerika Birleşik Devletleri'nin lityum programı hakkında.
Metal, Nevada eyaletinde salamura üzerinde çıkarılır. Neyse ki, iklim bunun için Amerikalıları destekliyor. ABD Jeolojik Araştırması, üretim hacimlerine ilişkin açık verileri yayınlamaz. Ancak dolaylı kaynaklar, lityum hammaddelerinin çoğunun (% 84'e kadar) ülkenin Latin Amerika'dan ithal ettiğini söylüyor. Yerli üretim ve lityum ithalat hacminin% 35'inden fazlası pil üretimine gidiyor. Ve her yıl bu pay sadece artıyor.
Rusya lityumda hikayeler açıkça liderler arasında değil. İklim, güneşte tuz göllerinden minerallerin buharlaşması için pek uygun değildir. Ve iç tüketim özellikle gelişmemiştir. Dış pazarlara lityum satmak kârsızdır - Latin Amerika maden devleri stratejik metal için çok daha az şey istiyor. Bununla birlikte, Rusya'daki lityum rezervlerinin çoğu yeraltı sularında yoğunlaşan 900 bin ton olduğu tahmin edilmektedir.
"Lityum üçgeni"
Bolivya'daki yüksek irtifa tuz bataklığı Salar de Uyuni, "suda çözünmüş" lityumun daha da büyük bir yatağıdır ve çeşitli tahminlere göre 100 milyon tona kadar metali muhafaza etmiştir.
Bu kadar etkileyici rezervlere rağmen, Mg / Li oranı 18,6'ya ulaştığı için Salar de Uyuni tuz bataklığından lityum çıkarmak pahalıdır. Karşılaştırma için: Salar de Atacama tuz bataklığında aynı gösterge 6,4'e yakındır.
Arjantin, Bolivya ve Şili ile birlikte, dünyanın en hafif metal pazarının% 70'ini kontrol eden Latin Amerika'nın sözde "lityum üçgeni" ni oluşturuyor.
Biri tortularda sık sık aşağıdaki resmi görebilir: güçlü pompalar tuzlu suları dünyanın derinliklerinden tuzlu bataklıkların yüzeyine pompalar ve güneşte bir buçuk yıl içinde tuzlu suya dönüşür. Manzara büyüleyici - her biri birkaç futbol sahası büyüklüğünde olan geometrik olarak doğru yapay rezervuarlar ufkun çok ötesine geçiyor. Bu tankları doldurmak çok fazla enerji gerektirir.
Örneğin, Salar de Atacama tuz bataklığında, madencilik şirketleri bu şekilde yüzeye dakikada 2 litreye kadar derin tuzlu su çıkarıyor. Bu, lityum tuzlarının çıkarılması sürecini ciddi şekilde hızlandırır, ancak çevredeki alanın ekolojik durumunu olumsuz yönde etkiler. Yeraltı suyunun sürekli pompalanması ve yoğun buharlaşma nedeniyle, çevredeki tatlı su temini azalmaktadır. Sonuç olarak, sakinler tatlı su eksikliğinden ve süzülen su kütlelerinde büyük miktarda balık ölümünden şikayet ediyorlar.
Latin Amerika'da lityumun çıkarıldığı yerlere özel bir isim bile verildi - "beyaz ölüm". Küresel endüstrinin lityum için sürekli artan talebi ve madencilikle bağlantılı çevresel zarar, sivil lityum iyon pillerin "yeşil" statüsünün gerçekliği hakkında düşünmemizi sağlıyor.
Taştan lityum
Güneş ve kuru iklim bazı işleri yaptığında, konsantre tuzlu sudan lityum tuzlarını çıkarmak nispeten kolaydır. Peki ya doğa, lityum tuz bataklıklarından mahrum kaldıysa?
Alışılmadık kaynaklarda arama yapabilirsiniz. Örneğin, ilişkili petrol sularında veya jeotermal tuzlu sularda. Ancak içlerindeki lityum bileşiklerinin konsantrasyonu düşüktür - yağ sularında, lityum klorür LiCl oranı 1 g / l'den fazla değildir.
Bu nedenle kayaların bileşiminde metal aramak çok daha karlı.
Şu anda katı mineraller, dünyadaki lityum rezervlerinin% 23'ünü saklıyor. Tabii ki, değerli metali bu tür hammaddelerden çıkarmak zor ve pahalıdır. Ancak pillere olan yüksek talep tüm maliyetleri karşılar. Endüstriyel önemi olan temel mineraller çeşitli granitlerdir: spodumen, lepidolit, ambliygonit ve petalit.
Lityum minerallerinin kanıtlanmış ana rezervleri Amerika Birleşik Devletleri, Çin, Avustralya ve Kanada'da bulunmaktadır. Son zamanlarda, Portekiz'de lityum oksit oranının% 5'e ulaşabildiği spodumen yatakları keşfedildi.
Rusya, Finlandiya, Portekiz ve bazı Afrika ülkelerinde nispeten küçük lityum mineral yatakları bulunmuştur.
ABD ve Çin bu bakımdan benzersizdir - granit yatakları ve tuzlu lityum gölleri olan tek ülkelerdir.
Kırık lityum iyon pillerin geri dönüşümünü unutmayınız. 1992'de Kanada'daki Amerikan Rockwood Lithium fabrikasında karmaşık bir geri dönüşüm prosedürünü ilk kullananlardan biri. Şirket şu anda lityum iyon pillerin geri dönüşümünde dünya lideridir. Ve geliştirme potansiyeli, gelecekte pillerin çoğunun geri dönüştürülmesine izin verecektir.
Bununla birlikte, artık dünyanın lityum rezervleri o kadar büyük ve yaygın olarak bulunabilir ki, metali doğadan çıkarmak, eski pillerden zahmetli çıkarma için para harcamaktan çok daha kolaydır. Analistlere göre, 2030 yılına kadar lityum talebi yılda planlanan 28 tona ulaşırsa, o zaman etkili bir pil geri dönüştürme yönteminin geliştirilmesi ön plana çıkacaktır.
Hammaddeden yarı mamul ürünlere
Lityum bir akümülatörün parçası haline gelmeden önce, bir çıkarma ve zenginleştirme prosedüründen geçmelidir.
Her şeyden önce, göl tuzlu suyundan lityum klorürün bir şekilde çözünmez bir biçimde çökeltilmesi gerekir. Bunun için amonyum bikarbonat mükemmeldir ve lityumun% 99,8'ine kadar karbonat formunda tuzlu sudan izole edilmesini sağlar.
Ve lityum bileşiklerinin konsantrasyonu çok düşükse ve tuzların kimyasal olarak çökeltilmesi kârsızsa?
Bunun için teknoloji uzmanları, suda çözünen bileşiklerin katı maddeler tarafından seçici soğurulmasına yönelik yöntemler geliştirdiler - seçici soğurma. Yalnızca Li iyonlarını emmek için "öğretilen" özel iyon değişim reçineleri+Na iyonlarını çözelti içinde bırakmak+ ve diğer aktif metaller.
Lityum hammaddelerinin birincil işlenmesinden sonra, klorür tekrar zayıf çözünür lityum karbonattan elde edilir. Bir sonraki adım, saf metalin elektrolitik ayrıştırılmasıdır. Elektroliz, erimiş bir tuz içinde gerçekleştirilir, elektroliz karışımının erime noktasını düşürmek için potasyum ve baryum klorürler önceden eklenir. Lityumun son saflaştırılması, aktif metalin hava bileşenleri ile temasını engellemek için vakum koşulları altında ve yaklaşık 550 º bir sıcaklıkta damıtma yoluyla gerçekleştirilir.
Sert granit lityum içeren minerallerin zenginleştirilmesi ve işlenmesi çok daha zordur. Kayanın mekanik olarak ezilmesinden sonra, kayanın yüzdürme ile zenginleştirilmesi meydana gelir - bu, katı lityum minerallerinin birincil işlenmesinde en yaygın yöntemdir. Bu amaçla kaya parçacıkları, köpüğün bir parçası olarak yüzdürme banyolarında açığa çıkan özel yağlarla nemlendirilir. Spodumen mineralleri yüksek sıcaklıklarla zenginleştirilir. Bu tür sinterleme sırasında, mineral parçacıkları çatlar ve ufalanarak toz haline gelir; bu toz, eleme veya hava ayrımı ile gang minerallerinden ayrılır.
Ayrıca, lityum konsantresi proses kimyagerlerinin eline geçer. İşleme kireç, sülfat veya sülfürik asit yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilir. Bunun için kalsiyum karbonat, potasyum sülfat ve sülfürik asit kullanılır. Çıktı, bileşikleri lityum klorüre dönüştürmek için işlenen lityum sülfatlar ve karbonatlardır.
Lityum, tüketicilere çeşitli bileşiklerde gelir. Hepsinin çoğu (dünya satışlarının% 40'ına kadar) lityum karbonata düşüyor, ikinci sırada sıvı lityum konsantresi (% 22), lityum hidroksit (% 16) ve lityum klorür (% 4) bulunuyor. Saf lityum metal dünya satışlarının% 4'ünü oluştururken, kalan% 12 çok bileşenli lityum bileşikleri tarafından işgal edilmektedir.
Sadece piller değil
70. yüzyılda lityum, yalnızca modern depolama pilleri için bir hammadde değildir. Dünyanın en hafif metal üretiminin% XNUMX'inin elektrik enerjisi endüstrisinin ihtiyaçlarına harcanmasına rağmen, lityum diğer endüstrilerde geniş uygulama alanı bulmuştur.
Cama lityum bileşikleri eklendiğinde, ondan yapılan ürünler kimyasal olarak dirençli hale gelir, ultraviyole ve kızılötesi radyasyon iletir - askeri işlerde önemli bir özellik. Seramik yapmak için tarifte lityum tuzları varsa, yüksek voltajlı ve yüksek sıcaklıkta porselen elde edersiniz.
Yağ asitlerinin lityum tuzları, petrol yağlarını kalınlaştırmak için yağlayıcılarda uygulama bulmuştur. Örneğin, iyi bilinen lityumda lityum stearat kullanılır.
Lityum bileşikleri olmasaydı, bir kişi denizin derinliklerine ve uzaya pek hakim olamazdı. Her şey denizaltılarda ve insanlı uzay gemilerinde karbondioksitten hava temizleme sistemlerinde kullanılan lityum peroksit ile ilgili. Reaksiyon, oksijen salınımı ve karbondioksitin emilmesi ile gerçekleşir.
Nükleer enerjide, lityum, soğutma reaktörleri için bir soğutucu olarak kullanılır ve lityum hidrit LiH, bir hidrojen depolama maddesi olarak çok ümit vericidir.
Elektrikli araçlar için çekiş akülerinde kilit bir bileşen olan lityum, 4. yüzyılın “yeni benzini” olarak yerini şimdiden kanıtlamıştır. Ancak bilim adamları, lityumu bir roket yakıtı olarak ciddi şekilde düşünüyorlar. Lityum hidrit, lityum borid LiB ve saf metal yandığında, 000 kcal'e kadar enerji açığa çıkarken, sıradan gazyağı yalnızca 2 kcal üretir. Yüksek oksijen oranı nedeniyle (% 300'e kadar), lityum perkloratlar ve nitratlar roket yakıtının mükemmel oksitleyicileri olabilir. Karşılaştırma için, klasik oksitleyici ajan amonyum perklorat sadece% 69,5 oksijen içerir.
Enerji endüstrisindeki lityum beklentileri oldukça tahmin edilemez. Bir yandan, tuzlu sularda çözünen lityum bileşiklerinin rezervleri insanlık için 50 yıldan fazla olmamak üzere (katı kayalarda - 25 yıl) yeterli olurken, diğer yandan değerli mineraller neredeyse sınırsız bir şekilde küçük konsantrasyonlarda çözülür. tüm yeraltı suyu.
Ancak şimdi bu tür sudan lityum çıkarmak tamamen kârsız.