Этот метод полностью исключает отходы горнодобывающей промышленности, поскольку позволяет разделить породу на три высокоценных, готовых к реализации на рынке продукта: литиевые соли аккумуляторного качества, глинозем металлургического качества и кремнезем, пригодный для производства цемента.
Перспективы развития экологически чистой энергетики, оцениваемые в миллиарды долларов, открылись после похода в строительный магазин за материалами для облицовки ванной комнаты плиткой.
Двадцать пять лет назад профессор Массачусетского технологического института Йет-Мин Чан купил тюбик крема для травления стекла, чтобы сделать прозрачные стеклянные блоки полупрозрачными. Он заметил, что крем действует, «разъедая» поверхность. Десятилетия спустя эта обычная поездка стала недостающим звеном, позволившим разрушить монополию Китая на мировом рынке электромобилей.
В статье, опубликованной в журнале Science, Чанг и группа исследователей представили новый метод извлечения лития из твердых пород при комнатной температуре. Этот процесс вдвое снижает традиционные затраты, практически исключает отходы горнодобывающей промышленности и, что наиболее важно, полностью меняет геополитику критически важных минералов.
В США, Европе и Австралии сосредоточены огромные запасы лития, содержащегося в горной породе, называемой сподуменом. Однако подавляющее большинство этого ресурса перерабатывает Китай.
«К 2040 году нам необходимо вчетверо увеличить мировое производство лития, что потребует создания сотен новых предприятий по добыче лития», — сказал Кэмден Хант, бывший руководитель проекта в Центре электрификации и декарбонизации промышленности Массачусетского технологического института.
Твёрдые породы встречаются повсюду, но расколоть их оказалось настоящим кошмаром.
добыча твердых горных пород
Стандартная переработка — это грубый процесс. Горные породы необходимо обжигать в огромных печах при температурах, превышающих 1000 °C, а затем подвергать обработке сильнодействующими кислотами. Это энергоемкий, невероятно дорогостоящий процесс, оставляющий после себя горы токсичного шлака. Поскольку западные страны не обладают необходимой инфраструктурой или экологическими возможностями для такого масштабного производства, они отправляют сырую горную породу напрямую в Китай для переработки.
Новый метод, разработанный в MIT, меняет ситуацию, заимствуя идею у травильной пасты из хозяйственного магазина.
Сподуменовая порода состоит, по сути, из трех компонентов: лития, алюминия и кремнезема. Кремнеземные связи прочны; поэтому при стандартной добыче полезных ископаемых сначала растворяют все остальные компоненты. Команда Чанга использовала жидкий реагент, состоящий из воды и фторида аммония — активного вещества в травителе для стекла — чтобы сделать прямо противоположное. Сначала они растворили кремнезем.
Результаты были незамедлительными. Порода легко растворялась при комнатной температуре. Не требовалось сильного нагрева.
Затем команда разработала так называемый «метод добычи от носа до хвоста». Вся порода была преобразована в ценные сырьевые товары путем точного разделения растворенных элементов. По этой методике получают литиевые соли аккумуляторного качества для катодов электромобилей, глинозем металлургического качества для производства алюминия и высокореактивный диоксид кремния, идеально подходящий для производства экологически чистого цемента.
Процесс с замкнутым контуром
Даже химический растворитель полностью рециркулируется. В ходе реакции выделяется газообразный аммиак. Газ улавливается и возвращается в контур, тем самым регенерируя исходный фторид аммония.
Система работает по замкнутому кругу. Количество отходов приближается к нулю.
Чтобы продемонстрировать жизнеспособность метода, исследователи протестировали химическую ванну на 17 различных источниках сподумена со всего мира. Результат всегда был очевиден. Экономическая целесообразность метода также впечатляет: он снижает затраты на добычу твердых пород до уровня, напрямую конкурирующего с добычей рассолов в Южной Америке.
Коммерческий запуск уже начался. Команда выделила технологию в отдельный стартап под названием Rock Zero, который в настоящее время масштабирует ее в бостонском инкубаторе для перспективных технологий The Engine.
«Наша главная идея заключается в том, что если найти более простой способ расколоть породу, извлечь литий и получить литиевые соли аккумуляторного качества, то можно изменить рынок лития. Это согласуется с недавними усилиями по развитию добычи критически важных минералов на суше в США», — добавил Хант.
Для оценки коммерческой целесообразности системы Чанг поручил команде проанализировать данные о глобальном масштабировании, стоимости реагентов и энергопотреблении.
Их расчеты подтвердили, что мировых запасов сподумена достаточно для производства 100 тераватт-часов аккумуляторной энергии, а объем получаемых побочных продуктов идеально соответствует существующим мировым товарным рынкам.
Sourse: interestingengineering.com
