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為什麼要直接提取鋰?

Sep 27來源: 智慧瀏覽: 53

鋰幾乎為所有使用電池的電子設備提供動力。目前,世界上取得鋰資源的途徑主要有兩種:開採鋰輝石和從鹽水中提取鋰,這兩種方法都會對環境造成負面影響。幸運的是,一種可替代、更環保的鋰提取製程已被開發出來,並正在全球進行最佳化。


這種尖端製程被稱為直接鋰提取(DLE)。本質上,該製程直接提取鋰離子,同時將其他不必要的離子留在地下儲層中。由於地下儲層各層的特性各不相同,因此必須根據特定的地質條件客製化特定的DLE解決方案。


一般來說,實現提取目標主要有四種途徑。第一種是萃取法,其原理是使用不溶性的鋁基材料作為吸收劑。當鋰離子與鋁接觸時,鋰離子會嵌入或插入到鋰顆粒的表面或原子殼層中。當吸收劑完全飽和後,以溫熱的稀氯化鋰溶液去除鋰離子。


類似的效果可以透過離子交換來實現,通常使用鎂基或鈦基吸附劑。這些吸附劑就像一個篩子,會阻擋較大的離子類物質,只允許鋰離子和氫離子通過。鋰離子不會嵌入吸附劑的顆粒結構中,而是與氫離子或質子交換,然後被pH值較低的溶液洗脫出來。


這兩種方法平均需要1到6個小時才能完成。此外,與蒸發池不同,這兩種方法所使用的廢水可以在封閉系統內重複使用。


另一種方法是溶液萃取法,利用各種化合物溶解度的差異。其本質是選擇性有機溶液與溶液中的鋰結合生成新的化合物,然後透過第二道工序將鋰反萃取出來。有機溶液通常使用煤油、苯、氯仿、環己烷等石油化學衍生物;而第二道工序則使用鹽酸或硫酸,這不可避免地會造成污染。此外,溶液萃取法的運作成本較高。然而,與吸收法相比,溶液萃取法速度更快,鋰的釋放時間約為4小時,萃取效率可達90%以上。在工業實務中,該法通常作為後續工序,對最終產品進行提純,使其達到電池級。

第四種方法對環境的影響最小。此方法利用薄膜以物理方式從滷水中過濾鋰。採用壓力輔助膜分離多價態(如鎂和鈣)和一價態(如鋰、鈉和鉀)。


2024年,國際鋰業協會對每種DLE方法進行了詳細分析,比較了DLE、太陽蒸發和硬岩開採在二氧化碳排放量、水消耗量和土地利用率方面的差異。


根據測算,DLE法生產一噸碳酸鋰的用水量遠低於100立方公尺。對於採用封閉式水系統的DLE設施(例如阿根廷卡奇的離子交換計畫),用水量甚至可能達到11立方公尺。而蒸發池的用水量則完全取決於測量對象。通常情況下,透過蒸發池生產一噸碳酸鋰需要30立方公尺的水;但如果計算18個月內陽光直射造成的蒸發水量,則生產一噸碳酸鋰平均耗水量為450立方公尺。


在衡量土地利用率時,收縮幅度將相當驚人。 DLE設施佔地面積相當小,通常每生產一噸碳酸鋰僅需16平方公尺。而對於像西澳大利亞這樣典型的硬岩工廠來說,生產一噸碳酸鋰大約需要佔用335平方公尺的土地。而對於智利阿卡塔馬的大型蒸發池來說,每生產一噸碳酸鋰將耗費3,656平方公尺的土地。


每種方法的碳足跡會因參數以及能源取得方式的不同而有所差異。例如,內華達州克萊頓谷早期鹵水鋰萃取計畫的研究發現,以柴油引擎為動力生產一噸碳酸鋰的二氧化碳排放量為22噸,而以電力生產一噸碳酸鋰的二氧化碳排放量略高於17噸。若使用光伏板作為動力,二氧化碳排放量可降至僅7.6噸。根據國際鋰業協會發表的論文,在全球範圍內,硬岩開採每生產一噸碳酸鋰平均排放20噸二氧化碳;蒸發池和直埋式鋰電(DLE)的二氧化碳排放量分別為3噸和3-7噸。然而,與蒸發池相比,直埋式鋰電(DLE)具有模組化優勢,可與再生能源無縫集成,全面抵消二氧化碳排放。如果一個DLE系統的設計能夠利用地熱鹵水,並包含必要的熱能,那麼它的碳足跡將無限趨近於零。


當然,分散式鋰電技術並非完美無缺,營運商將面臨以下挑戰。首先是資金問題。分散式鋰電技術的成本不僅高於傳統的鋰萃取技術,動盪不安的國際鋰市場也令主要投資者望而卻步。其次是鹽湖本身帶來的挑戰。由於每個鹽湖的成分都獨一無二,因此沒有「一刀切」的解決方案。每個新的分散式鋰電設施都必須根據實際情況和具體的營運考慮進行設計。最後,與所有其他新能源項目一樣,分散式鋰電業者必須盡一切可能遵守所有法規,以獲得政府的相關許可。


然而,從技術角度來看,DLE 是一項快速發展且前景看好的技術。該領域每天都在取得新的進展,以提高鋰產量和優化提取效率,並最大限度地減少採礦活動對當地水資源和生態系統的影響,並最大限度地減少溫室氣體排放。




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