numerosos anos atrás, li um pequeno artigo sobre a nova calor: baterias de lítio. O autor abriu com o que ele sem dúvida pensou que era uma referência de cultura pop inteligente dizendo que a mera menção do lítio “atacaria se preocuparia nos corações de Klingons”. Foi uma referência fraca aos fictícios “cristais de dilúpio” da fama da Star Trek, e mesmo assim eu achei um pouco brega, mas acho que ele tinha que liderar com alguma coisa.
Décadas mais tarde, uma compreensão mais profunda da Lore deixa claro que a única preocupação de Klingon é a morte com desonra, mas há uma espécie aqui na Terra que vive em medo do lítio: CEOs de preocupações de fabricação de carros elétricos. Para eles, não é a presença de lítio que atinge o medo, mas a relativa ausência disso; Embora seja o 25º elemento abundante na crosta da Terra, e os gigatons são dissolvidos nos oceanos do mundo, o lítio é muito reativo e, portanto, tende a ser difuso, tornando difícil obter concentrado nas quantidades que dependem.
Como os mercados de energia elétrica e de energia renovável continuam a crescer, a necessidade de lítio para fabricar baterias crescerá com ela, potencialmente ao ponto em que a demanda supera a capacidade de produção da indústria de mineração. Para entender como esse desequilíbrio pode ser possível, vamos dar uma olhada em como o lítio é atualmente minado, além de analisar algumas novas técnicas de mineração que podem ajudar a preencher a vinda da lacuna de lítio.
Um começo rochoso
Embora o lítio tenha sido conhecido e bem caracterizado por químicos porque o início dos anos 1800, era apenas no meio do século anterior, que usos comerciais para compostos de lítio foram identificados. A demanda da indústria de aeronaves por lubrificantes estáveis resultou no desenvolvimento de graxas feitas a partir de sabonetes de lítio, e a necessidade de metais leves de alto desempenho, mas levou a indústria de alumínio a empregar o lítio para melhorar o processo de fundição do Hall-Héroult. Ao mesmo tempo, os médicos descobriram que os sais de lítio podem tratar os clientes com transtorno bipolar.
Um grande cristal de espodumeno (inosilicato de alumínio de lítio, lial (SiO3) 2) encontrado em Massachusetts. Fonte: por Rob Lavinsky, Iroks.com – CC-BY-SA-3.0
Mesmo com a demanda adicional da indústria nuclear nascente a partir da década de 1940, praticamente todo o lítio necessário poderia ser fornecido de pequenas operações de mineração duradouras que exploraram depósitos de rochas, incluindo grandes cristais de minerais de lítio, como espoduênio, pétalita e lepidólito . Estes três minerais permanecem em alta demanda até hoje para a produção de hidróxido de lítio, um dos dois principais compostos de lítio usados pela indústria.
A produção de lítio de minas de rock hard tem muito em comum com outros métodos de mineração e refino que discutimos nesta série. Rochas de rolamento de minério são destruídas de minas abertas, pegadas por enormes carregadeiras e caminhadas para uma planta de refino. Lá, a rocha é diminuída em tamanho por uma série de trituradores e moinhos até que se torne um pó fino. A água é adicionada ao pó para criar uma pasta conhecida como polpa, que também inclui surfactantes e dispersantes que tornam os minerais contendo lítio hidrofóbico. Em um tanque raso com o ar bombeado a partir do fundo, o lítio leve forma uma espuma que flutua no topo enquanto as partículas de rock mais pesadas afundem.
Depois que a espuma de lítio é deslumbrada fora do tanque de flutuação, o líquido extra é filtrado para criar um pó de lítio concentrado, mas impuro que precisa ser refinado. O processo de refino depende muito dos minerais de origem e produto final desejado, mas para minério de espodumeno concentrado, o lítio é tipicamente lixiviado usando uma combinação de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio. Embora esta seja uma rota direta com altos rendimentos, os ácidos e bases envolvidos podem torná-lo ambientalmente problemático. Outros processos de lixiviação sem ácido foram desenvolvidos como resultado, que é dito ser o tipo de processo Tesla está usando em sua nova planta de hidróxido de lítio sendo construída ao lado de seu Gigafactory Texas.
Para baixo na mina de salmoura
Como discutido antes, a água do mar inclui algo como 230 bilhões de toneladas de lítio, dissolvido principalmente como sais de lítio. Enquanto isso constitui a maior parte do lítio no planeta, é muito difuso – um mero micromolar – para servir como uma fonte comercial viável sem grandes despesas de energia para extrair e concentrá-lo. Mas a água do mar não é a única salmoura que contém lítio, e extraindo o importante metal de salas subterrâneas tornou-se o principal método de produção porque os anos 90.
De longe, as saliências mais significativas dos rolamentos de lítio são encontradas no “triângulo de lítio” da América do Sul. Ocupando partes do Chile, da Bolívia e da Argentina, a área é o lar de grandes apartamentos ou salários, áreas onde os antigos lagos ou lagoas evaporaram, deixando para trás sais e outros minerais precipitados. Estes apartamentos de sal construíram em milhões de anos, deixando camadas ricas de minerais abaixoheir superfícies. e, como veremos, o terreno plano e condições áridas graves na superfície também desempenhar um papel no processo de mineração.
lagoas de água salgada no Salar de Atacama, no Chile, como visto do espaço. Para escala, cada um dos longas, lagoas magras no centro é quase um quilômetro de comprimento. Fonte: NASA terra Observatory, por Lauren Dauphin
Mineração de salmoura de lítio é completamente diferente de qualquer dos outros métodos de mineração nós cobrimos antes, e não poderia ser mais simples. em vez de desenterrar rochas e meticulosamente o isolamento do material de interesse, de mineração salmoura consiste em injectar água para baixo em depósitos de sal através de poços profundos. A água dissolve os depósitos de sal, a criação de uma salmoura rica que pode ser bombeado para a superfície. A salmoura é bombeada para tanques rasos e é deixado ao sol para evaporar.
Quando muitos da água em um tanque evaporou – se a dois anos mais tarde – a salmoura concentrada agora é colhida. O concentrado inclui uma variedade de elementos, além de lítio, incluindo sódio, magnésio, fosfatos, e boro. O concentrado pode ser ainda mais processado no local, ou como é cada vez mais comum, enviado através de condutas para as portas para o transporte de unidades de processamento de lítio no exterior.
Em face disto, o método de evaporação para a mineração de sal de lítio parece ser um vencedor. É muito simples, ele é alimentado praticamente exclusivamente pelo sol, e é desprovido de alguns dos impactos que uma operação de mineração em grande céu aberto pode ter. mas ainda existem grandes problemas com a concentração de evaporação. Primeiro, ele requer grandes quantidades de água para criar as salmouras, em primeiro lugar, e por causa da evaporação lagoas são úteis apenas em lugares onde não chove muito, a água já é escassa. A água utilizada para a mineração salmoura também é perdido para a atmosfera, ao voltar para a superfície em algum lugar longe das bacias de evaporação. Além disso, as lagoas de evaporação ocupar incrivelmente grandes quantidades de terra – alguns complexos lagoa cobrir uma área do tamanho de Manhattan – o que o torna difícil de ampliar operações. e da quantidade de tempo que leva o sol para fazer o seu trabalho é um problema em termos de flexibilidade de produção.
A melhor maneira
Para aproveitar ao máximo a mineração salmoura enquanto mitigar suas deficiências, métodos de extração de lítio direta estão se tornando cada vez mais popular. Em DLE, salmoura é bombeada a partir de fontes subterrâneas, mas em vez de se concentrar a salmoura por evaporação aberto, lítio é removido da salmoura utilizando um número de métodos físicos e químicos. Um método é a adsorção de troca iónica, em que a salmoura é misturado com um material absorvente que se liga preferencialmente de lítio compostos sobre os outros compostos da salmoura. Uma classe de adsorventes utilizados na DLE é conhecido como hidróxidos de camada dupla (LDH), materiais com uma estrutura em camadas que permite que o cloreto de lítio em solução salina para se encaixar entre as camadas, enquanto excluindo o potássio, o magnésio, e outros sais. A solução salina é devolvida para o chão, enquanto que o cloreto de lítio de alta pureza é lavado o sorvente.
Outros métodos incluem tecnologias DLE membrana de separação de osmose inversa, como, onde a salmoura é bombeado a alta pressão através de membranas com poros que mantêm os sais de lítio, ou por extracção de solvente, em que são utilizados solventes orgânicos para extrair o lítio. O tema comum com métodos DLE, no entanto, é o facto de serem processos em circuito fechado – a água usada para criar a solução salina é devolvida para as formações subterrâneas incluindo o lítio. plantas DLE também ocupam uma fração do espaço físico que mesmo uma única lagoa evaporação levaria, e eles não confiam em ambientes extremos como salars ao trabalho.
Best of Both Worlds
Por mais atraente que a tecnologia DLE é, na escala necessária para ser comercialmente viável, plantas DLE ainda exigem uma boa quantidade de energia para funcionar. mas em alguns lugares, uma peculiaridade da geologia deixou depósitos de lítio amplas perto de uma fonte de energia renovável abundante. No Vale Imperial da Califórnia está o Mar Salton, um lago interior salina que mentiras em cima de uma série de falhas geológicas ativas, incluindo o conhecido falha de San Andreas. A área é ideal para a produção de energia eléctrica geotérmica, com onze fábricas actualmente a produzir 2250 MW. algumas destas plantas geotérmicos são co-localizado com plantas DLE, que bombeiam-se quente, salmouras rico-lítio que são purificados usando a energia geotérmica produzido no local. Em termos ambientais, tais plantas são tão baixo impacto como a produção de lítio pode ser, com a planta DLE geotérmica sendo construído pela empresa australiana recursos térmica controlada previsto para produzir 68.000 toneladas de lítio de grau até 2027.
Com a demanda por set de lítio a subir, a capacidade de extrair o que pudermos a partir das fontes limitadas que temos disponível utilizando a menor quantidade de energia possível está se tornando um desafio, de fato. Geotérmica DLE parece ser um bom começo, mas o número de lugares no mundo com tanto a geoquímica apropriado e a tectônica para apoiar tais operações é limitado. IstoIndo levar alguma engenharia inteligente para chegar ao resto do lítio que está disponível, pelo menos com a tecnologia e os recursos energéticos que temos atualmente.
[Banner foto por pablo cozzaglio / afp através de imagens de getty]