الليثيوم: لماذا نحتاجه وكيف يتم استخراجه وهل يكون كافيا لنا؟

^{هذا هو شكل الخام المحتوي على}

الليثيوم .. الليثيوم هو أحد العناصر الحاسمة لحضارتنا بأكملها. بالطبع ، عندما نتحدث عن الليثيوم ، يتبادر إلى الذهن بطاريات Li-ion. في الواقع ، يذهب نصيب الأسد من الليثيوم المستخرج إلى احتياجات مصنعي البطاريات. ومع ذلك ، يتم استخدامه في مناطق أخرى أيضًا.



على سبيل المثال ، في علم المعادن ، سواء الحديدية أو غير الحديدية ، يستخدم المعدن لإزالة الأكسدة وزيادة ليونة وقوة السبائك. كما أنها تستخدم لإنتاج الزجاج الذي ينقل جزئيًا الضوء فوق البنفسجي ؛ ويستخدم في السيراميك. وهذا إذا لم نتحدث عن الطاقة النووية والتكنولوجيا النووية - فهي تستخدم للحصول على التريتيوم. باختصار ، يتم قطع الليثيوم حرفيًا. تحت الخفض - دعنا نتحدث عن البطاريات ، تسلا ، طرق إنتاج الليثيوم ونقصه.

لكن الشيء الرئيسي بالطبع هو البطاريات

نعم ، الآن يذهب معظم الليثيوم المستخرج في العالم لإنتاج بطاريات الليثيوم. تشير التقديرات إلى أن إنتاج بطارية واحدة لطراز Tesla Model S يتطلب 63 كجم من هذا المعدن بنقاوة 99.5٪.



الآن دعونا نفكر فيما سيحدث إذا أصبحت كل السيارات فجأة كهربائية وبطاريات الليثيوم. وفقًا لبيانات عام 2016 ، كان هناك 1.3 مليار سيارة في العالم.الآن ، ربما أكثر من ذلك ، لكن حسنًا ، لنستخدم هذه البيانات قبل أربع سنوات.









على الرغم من عدم امتلاك جميع السيارات الكهربائية المسكوكة حديثًا نفس البطارية الكبيرة مثل تسلا ، فإننا سنقلل من وزن الليثيوم المطلوب للإنتاج بمقدار الثلث. اتضح أن إحدى هذه البطاريات تتطلب 44.1 كجم من أنقى الليثيوم. تحتاج سياراتنا البالغ عددها 1.3 مليار سيارة إلى 57.33 مليار كجم من الليثيوم. ليس سيئًا ، فهو 57.33 مليون طن من الليثيوم ، وهو مخصص لاحتياجات صناعة السيارات فقط.



بحلول عام 2023 ، سيبدأ الإنتاج الضخم للسيارات الكهربائية في شركات مرسيدس ، بي إم دبليو ، تويوتا ، فورد ، أودي ، بورش ، فولفو ، هوينداي ، هوندا. وبحسب الخبراء ، ستنتج هذه الشركات نحو 15 مليون سيارة كهربائية سنويًا ، وهو ما سيتطلب حوالي 100 ألف طن من الليثيوم سنويًا.









ولكن ليس عن طريق السيارات الكهربائية وحدها. لدينا مليارات النسخ من المعدات المختلفة بالبطاريات - الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وما إلى ذلك. إنها صغيرة ، نعم ، لكنها تحتاج أيضًا إلى الكثير من الليثيوم. ومع ذلك ، فإن إنتاج بطاريات الأجهزة المحمولة أقل بكثير من إنتاج بطاريات السيارات الكهربائية - يأخذ نسبة قليلة من إنتاج الليثيوم في العالم. في عام 2017 ، استخدمت Apple 0.58٪ فقط من إجمالي الإنتاج العالمي لهذا المعدن.



لكن هناك بطاريات أخرى أيضًا. تقوم نفس شركة Tesla بتطوير وتنفيذ أنظمة بطاريات ضخمة تعمل على تسوية الزيادات في استهلاك الطاقة خلال ساعات الذروة. تحتوي البطارية الكبيرة على ما لا يقل عن طن من الليثيوم. حتى الآن ، لا يتم إنتاج مثل هذه الأنظمة على نطاق واسع للغاية ، ولكن بمرور الوقت قد يتغير كل شيء.





بشكل عام ، سيكون الاستهلاك العالمي من الليثيوم بحلول عام 2025 على الأقل 200000 طن من هذا المعدن.

كيف يتم الحصول عليها وتخزينها؟

الليثيوم معدن نشط كيميائيًا جدًا ، لذلك يتم تعدينه بطريقة مختلفة قليلاً عن معظم المعادن الشائعة الأخرى. هناك طريقتان لعزل Li.









الأول من معادن البغماتيت ، والتي تتكون من الكوارتز والفلسبار والميكا وبلورات أخرى. في السابق ، كان المصدر الرئيسي للليثيوم في العالم. في أستراليا ، على سبيل المثال ، يُستخرج من الإسبودومين ، خام الليثيوم ، وهو معدن ينتمي إلى البيروكسين.



والثاني من طين المستنقعات المالحة. يوجد مثل هذا في أمريكا الجنوبية ونفس نيفادا ، الذي تم ذكره أعلاه. يمكن "إثراء" المحاليل الملحية المشبعة بالليثيوم بمبخر يعمل بالطاقة الشمسية. ثم بعد الوصول إلى التركيز المطلوب من هيدروكسيد الليثيوم ، يتم ترسيبه بإضافة كربونات الصوديوم وهيدروكسيد الكالسيوم. هذه العملية ليست باهظة الثمن ، ولكنها تستغرق وقتًا طويلاً - من 18 إلى 24 شهرًا. هذه هي الطريقة التي يخطط المسك لاستخدامها.









الطريقة الثانية بها مشاكل: عند إنتاج الليثيوم بهذه الطريقة ، يحصل الليثيوم على شوائب - الحديد أو المغنيسيوم (المغنيسيوم هو الأصعب للتخلص منه). ومع ذلك ، يوجد الكثير من الليثيوم في الأراضي المالحة ، وهذا يجعل الطريقة الثانية جذابة للغاية - لا يزال بإمكانك التخلص من الشوائب.



بالمناسبة ، لا يتم تضمين المستنقعات الملحية في قوائم الرواسب المستكشفة ، لأن استخراج الليثيوم عن طريق تبخير المحاليل الملحية هو طريقة جديدة لم يتم استخدامها من قبل. لذلك قد يكون هناك الكثير من الليثيوم على الأرض مما يعتقد.









يوجد الكثير من الليثيوم في صحراء سالار دي أويوني المالحة في جنوب غرب بوليفيا. تحت القشرة الصلبة يوجد محلول ملحي سائل بتركيز ليثيوم 0.3٪.









هناك طرق أخرى ، لكنها كلها مختبرية بحتة. على سبيل المثال ، قبل عامين ، نشر حبري خبرًا مفاده أنه يمكن استخراج الليثيوم من المحاليل الملحية باستخدام أغشية الإطار المعدني العضوي.









يقومون بنسخ آلية الترشيح - الانتقائية الأيونية - لأغشية الخلايا البيولوجية في الكائنات الحية. بالإضافة إلى الليثيوم ، تنتج هذه الطريقة أيضًا مياه عذبة ، وهي أيضًا منتج ذو قيمة. لكن ، لسوء الحظ ، لم يسلط العلماء الضوء على تكلفة هذه الطريقة أو قابليتها للتوسع. وبعد عامين ، لم يسمع أي شيء عن تسويق هذه الطريقة.



يمكنك أيضا استخراج الليثيوم من بطاريات الليثيوم. وهذا يعني ، لإعادة تدوير البطاريات ، الحصول مرة أخرى على الليثيوم المعدني والمواد الأخرى اللازمة لصنع البطاريات. ولكن حتى الآن ، تتم معالجة البطاريات بكميات صغيرة. هذه عملية معقدة ومكلفة إلى حد ما ، لذلك من غير المرجح أن نسمع عن إنشاء مصانع كبيرة لمعالجة البطاريات في المستقبل القريب. نعم ، يعمل العلماء عليه ، لكن كل هذا مجرد بحث.

كم يوجد الليثيوم على الارض؟

نعم ليس كثيرا. بدلاً من ذلك ، هناك القليل نسبيًا الذي تم استكشافه. في عام 2019 ، قدرت الاحتياطيات العالمية المؤكدة من هذا المعدن بنحو 17 مليون طن. في روسيا - حوالي 900000 طن. إذا أخذنا الودائع "الخصبة" المحتملة ، فإننا نحصل على حوالي 62 مليون طن. ربما يستكشف الجيولوجيون رواسب جديدة ، لكن على أي حال ، يوجد القليل من الليثيوم على الأرض.



تم استخراج حوالي 36000 طن منذ عامين. في الوقت نفسه ، يُستخدم 40٪ من المعدن للبطاريات ، و 26٪ لإنتاج السيراميك والزجاج ، و 13٪ لإنتاج مواد التشحيم ، و 7٪ للمعادن ، و 4٪ لأنظمة تكييف الهواء ، و 3٪ للأدوية والبوليمرات.









تأتي الشحنات الرئيسية من الليثيوم من أستراليا (18.3 ألف طن سنويًا) ، ثم تشيلي (14.1 ألف طن سنويًا) والأرجنتين (5.5 ألف طن سنويًا). في المستقبل القريب ، يخطط موردو الليثيوم لزيادة إنتاجه وتوريده إلى السوق العالمية.



بالمناسبة ، حصلت Tesla ، وهي واحدة من أكبر مستهلكي الليثيوم ، على الحق في تعدين المعدن بشكل مستقل في نيفادا ، الولايات المتحدة الأمريكية. قال Elon Musk إن شركته تمكنت من الوصول إلى ما يقرب من 10000 فدان من رواسب الطين الغنية بالليثيوم في ولاية نيفادا.

الليثيوم للجميع ، ولا أحد يترك أساء؟

نحن نتحدث عن المستقبل القريب ، عندما يكون من الضروري إنتاج المزيد من بطاريات الليثيوم أكثر من الآن. بقدر ما يمكن للعلماء أن يقولوا ، سيكون هذا المعدن كافياً للجميع في السنوات القليلة المقبلة.



بمرور الوقت ، ستجد الشركات طرقًا لتقليل كمية الليثيوم في البطاريات - يجري البحث بالفعل حول هذا الموضوع. على الأرجح ، فإن استخراج الليثيوم من المحاليل الملحية سيزيد أيضًا من معدل دورانه ، بحيث يزداد الحجم الإجمالي للمعادن ، وبشكل كبير جدًا.



ولكن ماذا سيحدث في غضون 10-20-30 سنة؟ من الصعب القول. ربما ، تقنية بطاريات جديدة اقترحها العلماء أو الشركات سوف "تطلق النار". أو ربما يستطيع المتخصصون تغيير تصميم البطاريات الحالية ، مما يقلل بشكل كبير من كمية الليثيوم اللازمة لإنتاج بطارية واحدة.



بشكل عام ، حتى الآن هناك طرق لحل مشكلة نقص الليثيوم ، وهناك الكثير منها. لنتذكر هذه المسألة بعد 5 سنوات ونناقش التغييرات هنا ، في حبري. نأمل ألا تبدأ "حروب الليثيوم" بحلول ذلك الوقت ، لأن هذا المعدن يسمى بالفعل "النفط الجديد".