فناوری های استخراج و فرآوری لیتیوم

اختصاصی راه معدن: لیتیوم، به‌عنوان “فلز سفید انقلاب انرژی”، نقش محوری در صنعت باتری‌های لیتیوم-یونی، خودروهای برقی و ذخیره‌سازی انرژی ایفا می‌کند. با رشد بی‌سابقه تقاضای جهانی برای وسایل نقلیه برقی و انرژی‌های تجدیدپذیر، نیاز به تأمین پایدار و اقتصادی لیتیوم نیز افزایش یافته است. بنابراین، فناوری‌های استخراج لیتیوم (Lithium extraction technologies) و فرآوری آن (Lithium processing) اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند.

ابتدا به بررسی روش‌های سنتی استخراج، شامل استخراج از شهاب‌سنگ‌های سخت (hard rock mining) و تبخیر آب شور (solar evaporation brines) می‌پردازیم. سپس جدیدترین فناوری‌های نوظهور مانند استخراج مستقیم لیتیوم (DLE)، استخراج از آب‌های هدررفته نفتی و ژئوترمال، استخراج از رس‌های حاوی لیتیوم و روش‌های الکتروشیمیایی و غشایی را بررسی می‌کنیم. در ادامه نقاط قوت، محدودیت‌ها و تأثیرات زیست‌محیطی هر روش را تحلیل کرده و با ارائه خلاصه‌ای از روند جهانی، نقش فناوری‌های جدید در پر کردن شکاف عرضه لیتیوم را مشخص خواهیم کرد.

۱. فناوری‌های سنتی استخراج لیتیوم

۱.۱ استخراج از شهاب‌سنگ‌های سخت (Hard rock mining)

استخراج لیتیوم از ماده معدنی اسپودومین با استفاده از روش‌های معدن‌کاری، خردایش و فرآوری اولیه. غالباً در معادن بزرگی مثل Greenbushes در استرالیا انجام می‌شود .

سپس طی فرآیندی (roasting + leaching) در دمای بالا (≈۱۱۰۰ °C) لیتیوم جدا می‌شود .

مزایا: بازده اقتصادی بالا، بازیافت حدود ۹۴٪.

معایب: مصرف انرژی بالا، تولید گازهای گلخانه‌ای، تأثیر زیست‌محیطی زیاد و تخریب اراضی.

۱.۲ استخراج از آب شور (Brine evaporation ponds)

پمپاژ آب شور حاوی لیتیوم در استخرهای تبخیری؛ فرآیندی که تا ۱۸ ماه طول می‌کشد .

شایع‌ترین روش در کشورهایی مثل شیلی، آرژانتین و بولیوی.

بازده: بین ۴۰–۶۰٪، مصرف آب شدید – حدود ۵۰۰ هزار گالن برای هر تن لیتیوم .

مزایا: هزینه عملیاتی پایین و فناوری قابل‌قبول در مقیاس بزرگ.

معایب: هدررفت آب، تخریب معیشت محلی و آلودگی خاک.

 

۲. فناوری‌های نوین استخراج لیتیوم

۲.۱ استخراج مستقیم لیتیوم (Direct Lithium Extraction – DLE)

از فناوری‌های سریع، پاک، و پرکاربرد که پس از استخراج آب شور، لیتیوم از بقیه یون‌ها با روش‌هایی مانند جذب سطحی، تبادل یونی، حلال‌زدایی یا غشایی جداسازی می‌شود .

مزایا: بازیافت ۷۰–۹۰٪، زمان تولید کوتاه (ساعت تا روز)، مصرف آب پایین، اجرا و مقیاس‌پذیری بالا .

نمونه‌های تجاری: شرکت‌هایی مانند Lilac Solutions، Summit Nanotech، *EnergyX (LiTAS)* .

کاربرد در آمریکا: پروژه DLE در آرکانزاس (Smackover Formation) با غلظت لیتیوم تا ۴۰۰ میلی‌گرم در لیتر .

مزایا نسبت به تبخیر: سرعت چهار برابر، کاهش مصرف آب، قابلیت پشتیبانی از پروژه‌های کوچک و مستقل.

۲.۲ استخراج الکتروشیمیایی / مبتنی بر سلول باتری

فناوری Electroflow: استفاده از کاتد باتری و فرآیند الکتروشیمیایی برای جذب لیتیوم از آب شور، با بازده ۹۶٪ و مصرف آب بسیار کم .

پروسه در یک کانتینر موبایل انجام می‌شود و هزینه عملیاتی ≈۱۵۰۰ دلار/تن است (نسبت به ۳۵۰۰–۸۰۰۰ دلار برای روش‌های سنتی) .

۲.۳ استخراج از آب‌های هدررفته نفتی و ژئوترمال

شرکت‌هایی مانند Element3 و Lithium Harvest لیتیوم را از آب‌های تولیدی نفتی یا چاه‌های ژئوترمال استخراج می‌کنند .

مثال‌ها:

Element3: تولید اولین لیتیوم خالص از آب‌های نفتی در پارک Permian؛ بازیافت >۸۵٪ .

پروژه Akansa – پروژه استاندارد لیتیم در Smackover Formation .

مزایا: کاهش نیاز به منابع جدید آب و استفاده همزمان از انرژی ژئوترمال.

 

۲.۴ استخراج از رس‌های حاوی لیتیوم (Clay minerals)

استخراج لیتیوم از رس‌هایی مثل هکتوریت با استفاده از روش‌هایی مانند اسیدشویی، حرارت و فرآوری بیولوژیکی .

پروژه Thacker Pass در نوادا نمونه‌ای برجسته است؛ استفاده از اسید سولفوریک برای استخراج لیتیوم از رس، به همراه تولید اسید در سایت .

مزایا: استفاده از رس‌ها به‌عنوان منبع جایگزین.

معایب: تأثیر زیست‌محیطی بالا، نیاز به انرژی و اسید زیاد.

۲.۵ فناوری‌های غشایی و نانوغشا

فناوری‌هایی مانند نانوفیلتراسیون، تبادل یونی نانوغشایی برای تفکیک لیتیوم از محلول آب شور .

ترکیب DLE با نانوفیلتر یا Adsorbent Ion-sieve بازده بالا و انتخاب‌پذیری بیشتر دارد .

در حال حاضر در مرحله تحقیق و برخی نمونه‌های آزمایشی.

۲.۶ استخراج با استفاده از هیدروکسیید آلومینیوم (LDH)

فناوری آزمایشگاهی جدید ORNL: استفاده از LDH آلومینیومی برای جذب لیتیوم از آب‌های نفتی یا باتری‌های مصرف‌شده؛ ظرفیت جذب ۳۷ میلی‌گرم در هر گرم و بازده ≈۸۶٪ .

مزیت: pH گسترده، فرآیندی سرد و کم‌هزینه.

 

۳. مقایسه فناوری‌ها (جدول خلاصه)

روش بازده مصرف آب زمان استخراج تأثیر زیست‌محیطی مقیاس

تبخیر آهکی (brine ponds) 40-60٪ بسیار بالا ماه‌ها تا سال‌ها بالا (آلودگی + مصرف آب) بزرگ
شهاب‌سنگ سخت (hard rock) ≈۹۴٪ کم‌تر ماه‌ها زیاد (مصرف انرژی) بزرگ
DLE سنتی ۷۰-۹۰٪ کم ساعات تا روز متوسط‌تاکم مدیوم
DLE پیشرفته (Electroflow) ≈۹۶٪ کم‌ترین روز کم مدیوم/قابل‌جابجایی
آب نفت/ژئوترمال ≈۸۵٪ بسیار کم روز کم مقیاس کوچک–متوسط
رس‌ها متغیر متوسط روز زیاد صنعتی
فیلم/غشایی بالا (در تحقیق) کم ساعات کم آزمایشی
LDH آلومینیومی ≈۸۶٪ کم روز کم آزمایشگاهی

 

۴. تأثیرات زیست‌محیطی و اقتصاد

مصرف آب و تغییر اقلیم: تبخیر محیطی موجب مصرف عظیم منابع آب و کمبود آبی در مناطق خشک می‌شود .

انتشار گازهای گلخانه‌ای: روش‌های حرارتی صنعتی، مانند roasting در سخت‌سنگ‌ها، منجر به انتشار بالای CO₂ می‌شوند .

آلودگی خاک و آب: روش‌های سنتی، خطرات نشت مواد شیمیایی دارند.

مزایای روش‌های نوین: DLE و استخراج الکتروشیمیایی تا ۵۰٪ کاهش انتشار کربن، مصرف آب و اثرات زیست‌محیطی را به همراه دارند .

 

۵. وضعیت جهانی و تحلیل بازار

آمریکا: با وجود تسلط چین، حرکت به سمت استخراج DLE از منابع نفتی و ژئوترمال در آرکانزاس و پارک Permian شکل گرفته است .

استارتاپ‌ها: شرکت‌هایی مانند Electroflow، ElectraLith، Element3، EnergyX، Summit Nanotech در حال جذب سرمایه و توسعه نمونه‌های آزمایشی/پایلوت هستند .

افق بازار: پیش‌بینی می‌شود تا ۲۰۲۸، پروژه‌های DLE تجاری در آمریکا و آمریکای لاتین با حجم تولید قابل‌توجه راه‌اندازی شوند .

 

۶. روند آینده و چشم‌انداز

ادغام فناوری‌ها: ترکیب DLE با استخراج ژئوترمال، تکنیک‌های غشایی و مواد نوظهور مانند LDH.

اقتصاد دائر‌ه‌ای: بازیافت از آب‌های تولیدی نفت و باتری‌های مصرف‌شده جهت استفاده چندباره از منابع .

تمرکز بر کاهش هزینه: نگرانی بابت هزینه‌های بالا همچنان باقی است، اما شرکت‌هایی مانند Electroflow با کاهش به ≈۱۵۰۰ دلار/تن قیمت رقابتی را دنبال می‌کنند .

پشتیبانی دولت‌ها و جابه‌جایی زنجیره تأمین: ایالات متحده با حمایت مالی و سیاست‌گذاری می‌کوشد استقلال از چین در تأمین لیتیوم را ارتقا دهد .

 

امروزه صنعت لیتیوم در آستانه تحولی بنیادین قرار گرفته است. فناوری‌های سنتی مانند استخراج از تبخیر آب شور و شهاب‌سنگ‌های سخت همچنان نقش مهمی دارند، اما نیاز به گزینه‌های سریع‌تر، پاک‌تر و انعطاف‌پذیر تر روز‌به‌روز بیشتر احساس می‌شود. در این میان، فناوری‌ استخراج مستقیم لیتیوم (DLE) نمادی از این تحول شده است؛ با بازده بالا، مصرف پایین آب و سرعت فرایندی چشمگیر. همین‌طور استخراج الکتروشیمیایی (مثل Electroflow)، استفاده از منابع نفتی و ژئوترمال، فناوری‌های غشایی و نانوغشا، و استخراج از رس‌ها و LDH، هرکدام فرصت‌هایی برای تأمین پایدار لیتیوم ارائه می‌دهند.