リチウムスラグは、鉱石からリチウムを生産する際に生じる副産物です。スポジュメンやその他のリチウムを豊富に含む鉱物の抽出から生じます。この物質には、リチウムやその他の貴重な金属が多く含まれることが多いため、リサイクルや回収の対象となる可能性があります。リチウムの需要が高まるにつれ、リチウムスラグの管理も必要になります。リチウムスラグは、電気自動車や再生可能エネルギー貯蔵のバッテリーにとって不可欠です。研究者や産業界は、この副産物を処理する新しい方法を模索しています。環境への悪影響を減らし、資源効率を高めることが目的です。
私の国には貴重なリチウム資源があります。それらは主にリチウム鉱石で、スポジュメン、リシア輝石、花弁石、鉄リチウム雲母、パイロライトなどが含まれます。その中で、工業規模で応用されているのはスポジュメンだけです。スポジュメンは組成が単純でリチウム含有量が高く、抽出しやすいです。また、私の国には世界で2番目に大きなスポジュメン鉱山があり、貯蔵容量が大きいです。さらに、リシア輝石は組成が複雑ですが、埋蔵量が大きいです。
中国江西省宜春市には世界最大のリピドライト鉱床があり、戦略的価値と研究価値の高い重要なリチウム埋蔵量です。しかし、花弁石、鉄リチウム雲母、パイロライトはリチウム含有量が低く、埋蔵量も少ないため、研究が少なく、あまり意味がありません。
現在、大規模なリチウム採掘により大量のリチウムスラグが発生しています。リチウム廃棄物を現場で埋め立てると、地元の土壌や水質が汚染されます。そのため、リチウム廃棄物をどのように利用して汚染を回避するかが、近年のホットな話題となっています。リチウムスラグにはさまざまな特性があります。これは、スポジュメンとリピドライトの成分が異なるためです。
スポジュメンとレピドライト
Spodumene is a pyroxene mineral. It appears as colorless to pale yellow, slightly purple, or lavender kunzite. It also forms large, yellow-green or emerald green cryptocrystalline and prismatic crystals. Spodumene is a lithium aluminum inosilicate, LiAl(SiO3)2. It is mainly found in granite pegmatite veins. In my country, spodumene is mainly produced in Xinjiang, Sichuan, and Jiangxi.
Lepidolite is also known as “lepidolite”, a monoclinic system. The chemical composition is K{Li2-xAl1+x[Al2xSi4-2xO10](OH,F )2} (x=0-0.5). It is a basic aluminum silicate of potassium and lithium, and is a type of mica mineral. Lepidolite is generally only produced in granite pegmatites. It is purple and pink in color and can be light to colorless. It has a pearly luster. It is in the form of short columns, small flakes, or large plate-like crystals.
Lepidolite has a more complex composition and is more difficult to refine. Spodumene is essentially a lithium-containing aluminosilicate. It usually has impurities. Its main components are lithium, silicon, and aluminum. Lepidolite’s formula is more complex. Its main components are lithium, potassium, silicon, aluminum, and fluorine. Therefore, it is more difficult to extract raw materials and purify lithium salts. Before 2017, lithium carbonate from lepidolite was costly and of poor quality. This is the main reason why. It was for industrial-grade customers.
リピドライトのLi2O含有量は低いため、単位消費量は多くなります。通常、リポジュメン濃縮物のLi2O含有量は5.0～6.0%です。リピドライト濃縮物のLi2O含有量は2.0～3.5%です。したがって、1トンの炭酸リチウムを作るには、約7.8トンのリポジュメン濃縮物（6.0%グレード）が必要です。また、同じ量を作るには、約18～19トンのリピドライト濃縮物（3.0%グレード）が必要です。グレードが低いと、単位消費量はさらに高くなります。したがって、リピドライトからリチウムを抽出するには、リポジュメンから抽出するよりもコストがかかります。
スポジュメンリチウムスラグとレピドライトリチウムスラグの比較
通常、スポジュメンリチウムスラグの主な相は、スポジュメン、石膏、石英です。そのうち、スポジュメンはリチウム抽出プロセスにおける主な鉱物です。石英はスポジュメンの共生鉱物です。石膏は主に石灰石粉末と硫酸の反応から生成されます。
通常、リチウム雲母リチウム廃棄物の主な相は、青球、石膏、石英、蛍石、アルバイトです。そのうち、青球、石英、アルバイト、蛍石はスポジュメンの共生鉱物です。石膏は主に石灰石粉末と硫酸の反応から生成されます。
したがって、リチウム雲母リチウムスラグはスポジュメンリチウムスラグよりも複雑です。
リチウム雲母とスポジュメンリチウムスラグの密度は似ています。短時間の粉砕後、リチウム雲母リチウムスラグの表面積はスポジュメンリチウム廃棄物よりも小さくなります。しかし、粉砕時間が長くなると、リチウム雲母の表面積はスポジュメンよりも大きくなります。リチウム雲母リチウムスラグの粉砕時間が短いほど、その活性は高くなります。スポジュメンの活性を高めるには、より長い粉砕が必要です。短時間の粉砕は、リチウム雲母やリチウム廃棄物ほど効果的ではありません。
また、リチウムスラグは、スラグやフライアッシュなどの従来の固形廃棄物よりも複雑です。それらの組成は固定されています。たとえば、リチウムスラグには、KやNaなどのアルカリ金属イオンが多く含まれており、通常は5%-30% S元素が含まれています。また、リチウム廃棄物には、ベリリウム、タリウム、ルビジウム、セシウムなどの他の金属イオンが微量含まれている場合があります。再利用する前に、テストして基準を満たす必要があります。リチウム廃棄物中の金属イオンの固定または除去により、取り扱いが困難になっています。そのため、使用方法はいくつかあり、少量しか消費できません。
リチウムスラグの処理と利用
ベリリウム、タリウム、フッ素、ルビジウム、セシウムの濃縮と利用
江西省のある会社のリチウムスラグには、タリウム0.003%、ヒ素0.0002%、フッ素3.5%、ベリリウム0.067%、ルビジウム0.344%、セシウム0.078%が含まれています。リチウムスラグは有毒です。ベリリウム、タリウム、フッ素、ルビジウム、セシウムが含まれており、生態系と人間の健康にリスクをもたらします。
ベリリウムの工業的抽出は、主に高温溶解によって行われます。次に、水を急冷するか、アルカリ性物質を加えます。これにより、鉱物の結晶構造が破壊されます。その後、硫酸に溶解し、有機溶媒を使用して濃縮します。しかし、従来の有機溶媒は環境に非常に有害です。リチウム鉱石中のタリウムは、選鉱後、主に TI2O、TIOH、TI2SO4 などの形をとります。これらは溶解性が非常に高いです。ベリリウムはそれほど溶解性が高くありません。
多くの研究により、溶媒抽出法はタリウムを効果的に抽出できることがわかっています。イオン液体法は、2相水系で同じことを行うことができます。将来的には、微生物酸イオン液体システムを使用します。これにより、反応によるエネルギー使用量と廃棄物が削減されます。また、ベリリウムとタリウムの回収率も向上します。これにより、低炭素で環境に優しい効率で、リチウム鉱山の廃スラグから金属を回収できます。
焙焼浸出プロセスでは、リチウムスラグを処理してルビジウムとセシウムを回収します。これにより、それらの塩の混合溶液が生成されます。次に、沈殿プロセスを使用して、ルビジウムとセシウムの混合物を取得します。ルビジウムとセシウムの混合物を処理します。これにより、それらの塩の高濃度混合溶液が得られます。次に、段階的な沈殿によってルビジウムとセシウムの残留物が得られます。ルビジウム沈殿物とセシウム沈殿物を処理して、塩化ルビジウムと塩化セシウムを取得します。塩化ルビジウムと塩化セシウムを処理して、炭酸ルビジウムと炭酸セシウムを得ることができます。
リチウム雲母中のフッ素は、その構造を破壊する可能性があります。2 段階の熱処理は、直接加熱よりも優れています。これにより、フッ素と未反応の硫酸が除去されます。また、フッ素の回収と循環システムも構築されます。
建築資材の利用
セメント
リチウムスラグはセメントに使用される粘土に似ています。したがって、セメントクリンカーの製造時に粘土の一部をリチウム鉱山の廃スラグで置き換えることは可能です。リチウム鉱物と抽出プロセスは、リチウム雲母とスポジュメンからの廃スラグに影響を与えます。それらは非常に異なります。スポジュメン鉱山の廃スラグには 1% ～ 3% Fe2O3 が含まれています。リチウム雲母鉱山の廃スラグには約 0.5% Fe2O3 が含まれています。したがって、リチウム雲母鉱山の廃スラグからの白セメントには、より多くの市場上の利点があります。
コンクリート
リチウムスラグをコンクリート混和剤として使用すると、セメントの一部を置き換えることができます。大規模に使用できます。これにより、セメント生産の環境への影響が軽減され、持続可能な開発がサポートされます。リチウムスラグのSiO2とAl2O3は、セメントのCa(OH)2と反応します。これにより、水和ケイ酸カルシウムゲル（CSH）が形成されます。これにより、コンクリートの強度と耐久性が向上します。
現在、リチウムスラグをコンクリート添加剤として使用する研究は、以下の点に焦点を当てています。
- 機械的性質。
- 炭酸化耐性。
- 塩化物イオンの浸透に対する耐性。
- 硫酸塩腐食に対する耐性。
- 耐久性。
セラミックス
産業廃棄物を利用して発泡セラミックスを作ることは、資源利用の重要な焦点です。リチウムスラグは、シリコン、アルミニウム、アルカリを多く含む典型的な固形廃棄物原料です。酸性リチウム廃棄物の化学組成は、従来のセラミック原料に似ています。主な鉱物成分は、石英、方解石、スポジュメン、リチウム雲母です。
しかし、未処理のリチウムスラグには Fe2O3 と TiO2 が含まれており、陶磁器の白さに影響を与えます。そのため、建築用陶磁器の製造に適しています。また、リチウム酸化物は強力なフラックスです。釉薬の共晶点は、ナトリウム酸化物とカリウム酸化物と組み合わせると下がります。
ジオポリマー
リチウムスラグの化学組成はフライアッシュに似ています。単一成分ジオポリマーのシリコンアルミニウム前駆体として使用できます。リチウムスラグは CaO が低く、SO3 が多くなっています。これは合成ジオポリマーに影響します。また、熱およびアルカリ活性化技術の使用も変わります。
壁材
リチウムスラグは壁材に使用され、主に未焼成レンガとセラムサイトです。未焼成レンガは強度と耐久性が高く、リチウム廃棄物を効率的に消費できます。いくつかの研究では、セメント、鉄鋼スラグ粉末、フライアッシュ、リチウム廃棄物を使用してリチウムスラグ未焼成レンガを製造しました。彼らは自然養生法を使用しました。レンガは強度が高く、耐水性があり、耐霜性に優れていました。セラムサイトはセラミック粒子です。軽量で強度があり、多孔質です。耐火性に優れています。断熱性、防水性、遮音性に優れています。霜に強く、アルカリ骨材反応性に優れています。軽量骨材として建築材料に広く使用されています。
リチウムスラグはSiO2とAl2O3の含有量が高く、建築用セラミサイトを製造するための高品質の原料です。リチウム雲母リチウム廃棄物中のCaO、Na2O、K2Oの含有量は15%に達することがあります。焼結時のフラックス酸化物として使用できます。これにより、セラミサイトの焼結温度が低下します。また、高温液相の粘度も低下します。
リチウムスラグ路盤
5月に、 江西省 「道路路盤工事におけるリチウムスラグの使用に関する技術仕様（試行）」が公布された。多くの環境保護基準が含まれている。「路盤充填に「危険廃棄物と認定されたリチウム廃棄物」を使用することを禁止する。」一般産業廃棄物であるリチウムスラグは、改造後にのみ高速道路盛土充填に使用できる。高速道路路盤充填には使用できません。」改造されたリチウムスラグ路盤は、生態保護レッドライン、永久基礎農地、またはその他の特別地域にあってはならない。また、道路区間の水と土壌の検査に関する詳細な基準も設定されています。
