banyak tahun yang lalu, saya membaca sebuah artikel singkat tentang hotness baru: baterai lithium. Penulis dibuka dengan apa yang ada pikiran diragukan lagi dia adalah referensi budaya pop pintar dengan mengatakan bahwa hanya menyebutkan lithium akan “mogok khawatir dalam hati Klingon.” Ini adalah referensi lemah untuk fiksi “kristal dilithium” dari star trek ketenaran, dan bahkan kemudian saya menemukan itu cheesy sedikit, tapi kurasa ia harus memimpin dengan sesuatu.
Puluhan tahun kemudian, pemahaman yang lebih dalam pengetahuan membuatnya jelas bahwa Klingon hanya khawatir adalah mati dengan memalukan, tapi ada spesies di bumi yang hidup dalam ketakutan dari lithium: CEO keprihatinan manufaktur mobil listrik. Bagi mereka, itu bukan kehadiran lithium bahwa pemogokan takut, tapi relatif tidak adanya itu; sementara itu banyak elemen berlimpah-25 di kerak bumi, dan gigaton dilarutkan ke dalam lautan dunia, lithium sangat reaktif dan dengan demikian cenderung menyebar, sehingga menantang untuk memperoleh terkonsentrasi dalam jumlah perusahaan mereka bergantung pada.
Sebagai mobil dan energi terbarukan pasar listrik terus tumbuh, kebutuhan untuk baterai lithium untuk baterai pembuatan akan tumbuh dengan itu, berpotensi ke titik di mana permintaan melebihi kemampuan produksi industri pertambangan. Untuk memahami bagaimana ketidakseimbangan yang mungkin mungkin, kita akan melihat bagaimana lithium saat ini ditambang, serta menganalisis beberapa teknik pertambangan baru yang dapat membantu mengisi kesenjangan lithium datang.
Sebuah Mulai Rocky
Meskipun lithium telah dikenal dan baik ditandai oleh ahli kimia karena awal 1800-an, itu hanya di pertengahan abad sebelumnya yang penggunaan komersial untuk senyawa lithium diidentifikasi. Permintaan industri pesawat terbang untuk pelumas stabil mengakibatkan pengembangan gemuk yang terbuat dari sabun lithium, dan kebutuhan untuk kinerja tinggi namun logam ringan memimpin industri aluminium untuk mempekerjakan lithium untuk meningkatkan proses peleburan Hall-Héroult. sekitar waktu yang sama, dokter menemukan bahwa garam lithium dapat memperlakukan klien dengan gangguan bipolar.
Sebuah kristal besar spodumene (litium aluminium inosilicate, LiAl (SiO3) 2) ditemukan di Massachusetts. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0
Bahkan dengan permintaan tambahan dari industri nuklir baru lahir mulai tahun 1940-an, hampir semua lithium diperlukan bisa dipasok dari operasi pertambangan hard rock kecil yang dieksploitasi deposito batu termasuk kristal besar mineral lithium, seperti spodumene, petalite, dan lepidolite . Ketiga mineral tetap dalam permintaan tinggi hari ini untuk produksi lithium hidroksida, salah satu dari dua senyawa lithium utama yang digunakan oleh industri.
Produksi lithium dari tambang hard rock memiliki banyak kesamaan dengan metode penambangan dan pemurnian lainnya yang telah kami bahas dalam seri ini. batu bijih-bearing yang meledak keluar dari tambang terbuka-pit, meraup oleh loader besar, dan diangkut ke pabrik penyulingan. Ada, batu menurun dalam ukuran oleh serangkaian penghancur dan pabrik sampai menjadi bubuk halus. Air ditambahkan ke bubuk untuk membuat bubur yang dikenal sebagai pulp, yang juga termasuk surfaktan dan dispersan yang membuat mineral lithium-mengandung hidrofobik. Dalam tangki dangkal dengan udara dipompa melalui dari bawah, bentuk-bentuk lithium cahaya buih yang mengapung ke atas sedangkan partikel batuan yang lebih berat tenggelam.
Setelah lithium buih adalah skim off tangki flotasi, cairan ekstra disaring untuk membuat bubuk terkonsentrasi tapi tidak murni lithium bahwa kebutuhan untuk disempurnakan. Proses penyulingan banyak tergantung pada mineral sumber dan produk akhir yang diinginkan, tetapi untuk bijih spodumene terkonsentrasi, lithium biasanya tercuci menggunakan kombinasi asam sulfat dan natrium hidroksida. Sementara ini adalah rute langsung dengan hasil yang tinggi, asam dan basa yang terlibat dapat membuatnya bermasalah lingkungan. proses pencucian bebas asam lainnya telah dikembangkan sebagai hasil, yang dikatakan jenis proses Tesla menggunakan di pabrik lithium hidroksida baru mereka sedang dibangun di samping mereka Texas Gigafactory.
Turun di Tambang Brine
Sebagaimana dibahas sebelumnya, air laut termasuk sesuatu seperti 230 miliar ton lithium, terlarut terutama sebagai garam lithium. Sementara ini merupakan sebagian besar lithium di planet ini, itu terlalu menyebar – hanya 25 mikromolar – untuk melayani sebagai sumber komersial yang layak tanpa pengeluaran besar energi untuk ekstrak dan berkonsentrasi. tapi air laut bukan satu-satunya air garam yang mengandung litium, dan penggalian logam penting dari air asin bawah tanah telah menjadi metode produksi utama karena tahun 1990-an.
Sejauh air asin lithium-bearing yang paling signifikan ditemukan dalam “Lithium Segitiga” dari Amerika Selatan. Menempati bagian dari Chili, Bolivia, dan Argentina, daerah adalah rumah bagi flat besar garam atau salars, daerah di mana danau kuno atau kolam menguap, meninggalkan garam dan mineral diendapkan lainnya. dataran garam ini telah dibangun selama jutaan tahun, meninggalkan lapisan kaya mineral di bawah tpewaris permukaan. dan seperti yang akan kita lihat, medan datar dan kondisi kering yang parah pada permukaan juga memainkan bagian dalam proses penambangan.
kolam air garam di Salar de Atacama di Chile, seperti yang terlihat dari ruang angkasa. Untuk skala, masing-masing panjang, kolam kurus di tengah adalah hampir satu kilometer panjang. Sumber: NASA bumi Observatory, oleh Lauren Dauphin
Pertambangan lithium air garam cukup tidak seperti metode lain dari pertambangan kita sudah dibahas sebelumnya, dan tidak bisa sederhana. bukannya menggali batu dan susah payah mengisolasi bahan yang menarik, pertambangan air garam terdiri dari suntik air ke dalam deposito garam melalui lubang bor yang mendalam. Air melarutkan endapan garam, menciptakan air garam yang kaya yang dapat dipompa ke permukaan. air garam dipompa ke kolam dangkal dan dibiarkan di bawah sinar matahari menguap.
Ketika banyak air di kolam menguap – hingga dua tahun kemudian – air garam sekarang terkonsentrasi dipanen. konsentrat mencakup berbagai elemen selain lithium, termasuk natrium, magnesium, fosfat, dan boron. konsentrat baik dapat lebih diproses di tempat, atau seperti yang menjadi semakin umum, dikirim melalui pipa ke pelabuhan untuk transportasi ke pabrik pengolahan lithium luar negeri.
Di wajah itu, metode penguapan untuk pertambangan lithium air garam tampaknya seperti pemenang. Ini sangat sederhana, itu didukung praktis secara eksklusif oleh matahari, dan itu tanpa beberapa dampak bahwa operasi pertambangan terbuka besar dapat memiliki. tapi masih ada masalah besar dengan konsentrasi penguapan. pertama off, itu memerlukan sejumlah besar air untuk membuat air asin di tempat pertama, dan karena penguapan kolam hanya berguna di tempat-tempat itu tidak hujan banyak, air sudah dalam pasokan pendek. Air yang digunakan untuk pertambangan air garam juga hilang ke atmosfer, kembali ke permukaan datang di suatu tempat jauh dari kolam penguapan. Plus, kolam penguapan menempati jumlah sangat besar tanah – beberapa kompleks kolam mencakup area ukuran Manhattan – yang membuatnya menantang untuk meningkatkan operasi. dan jumlah waktu yang dibutuhkan matahari untuk melakukan tugasnya adalah masalah dalam hal fleksibilitas produksi.
A lebih baik Way
Untuk membuat sebagian besar pertambangan air garam sementara mengurangi kekurangannya, metode ekstraksi lithium langsung menjadi semakin populer. Dalam DLE, air garam dipompa dari sumber bawah tanah, tapi bukannya berkonsentrasi air garam dengan penguapan terbuka, lithium dihapus dari air garam menggunakan sejumlah metode kimia dan fisik. Salah satu metode adalah pertukaran ion adsorpsi, di mana air garam dicampur dengan bahan penyerap yang istimewa mengikat lithium senyawa atas senyawa lain dalam air garam tersebut. Satu kelas dari agen penyerap digunakan dalam DLE dikenal sebagai hidroksida berlapis ganda (LDH), bahan dengan struktur berlapis yang memungkinkan lithium klorida dalam air garam untuk fit antara lapisan sementara tidak termasuk kalium, magnesium, dan garam lainnya. air garam dikembalikan ke tanah, sedangkan tinggi kemurnian lithium klorida dicuci sorben.
Metode DLE lainnya termasuk teknologi membran pemisahan seperti reverse osmosis, di mana air garam dipompa pada tekanan tinggi melalui membran dengan pori-pori yang menjaga garam lithium, atau dengan ekstraksi pelarut, di mana pelarut organik yang digunakan untuk mengekstrak lithium. Tema umum dengan metode DLE, meskipun, adalah kenyataan bahwa mereka adalah proses loop tertutup – air yang digunakan untuk membuat air garam tersebut dikembalikan ke formasi bawah tanah termasuk lithium. tanaman DLE juga mengambil sebagian kecil dari ruang fisik yang bahkan kolam penguapan tunggal akan mengambil, dan mereka tidak bergantung pada lingkungan yang ekstrim seperti salars bekerja.
Best of Both Worlds
Semenarik teknologi DLE adalah, pada skala yang dibutuhkan untuk secara komersial, tanaman DLE masih memerlukan cukup banyak energi untuk menjalankan. tetapi di beberapa tempat, permainan kata-kata geologi telah meninggalkan deposito lithium cukup dekat sumber energi terbarukan yang melimpah. Dalam Imperial Valley of California terletak Laut Salton, danau pedalaman garam yang terletak di atas serangkaian kesalahan geologi aktif, termasuk patahan San Andreas terkenal. Daerah ini ideal untuk produksi listrik panas bumi, dengan sebelas tanaman saat ini memproduksi 2.250 MW. beberapa tanaman panas bumi ini co-terletak dengan tanaman DLE, yang memompa panas, air asin yang kaya lithium yang dimurnikan menggunakan energi panas bumi yang dihasilkan di tempat. berbicara lingkungan, tanaman tersebut sekitar rendah-dampak produksi lithium dapat, dengan tanaman DLE panas bumi yang dibangun oleh perusahaan Australia yang dikendalikan sumber Thermal diperkirakan menghasilkan 68.000 ton baterai lithium-grade pada 2027.
Dengan permintaan untuk lithium set melambung, kemampuan untuk mengekstrak apa yang kita dapat dari sumber-sumber terbatas yang kami miliki menggunakan jumlah terendah energi mungkin menjadi tantangan memang. Geothermal DLE tampaknya seperti awal yang baik, tetapi sejumlah tempat di dunia dengan baik geokimia yang sesuai dan tektonik untuk mendukung operasi tersebut terbatas. DiaAkan mengambil beberapa rekayasa pintar untuk mendapatkan sisa lithium yang tersedia, setidaknya dengan teknologi dan sumber energi yang saat ini kami miliki.
[Spanduk Foto oleh Pablo Cozzaglio / AFP melalui Getty Images]