معرفی لیتیوم، سبک ترین فلز دنیا – اطلاعات عنصر، خواص و موارد استفاده

لیتیوم یکی از عناصر بسیار استراتژیک مورد استفاده در ذخیره سازی انرژی است. همیشه گزارش‌های انتقادی در مورد استخراج لیتیوم وجود دارد. در برخی مناطق، مردم محلی از افزایش خشکسالی شکایت دارند که برای مثال دامداری را تهدید می‌کند یا منجر به خشک شدن پوشش گیاهی می‌شود. از دیدگاه کارشناسان، هنوز مشخص نیست که خشکسالی تا چه حد به استخراج لیتیوم مرتبط است. از طرف دیگر این فلز تا حد زیادی کاربردی است و صنایع مختلف به آن نیاز مبرم دارند. به خصوص در عصر حاضر که به سمت برقی شدن تجهیزات می‌رویم، و باتری‌ها به عنوان اصلی‌ترین عنصر در برقی شدن تجهیزات، به لیتیوم برای ساخت نیاز دارند. در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا به بررسی این عنصر مهم در طبیعت بپردازیم.

فلز و عنصر لیتیوم چیست و چه کاربردی دارد؟

لیتیوم (Lithium) اولین فلز قلیایی در جدول تناوبی است که از عناصری مانند سدیم (Na) تشکیل شده است. لیتیوم عنصر بسیار واکنش پذیر و قابل اشتعال است که در طبیعت به حالت خالص وجود ندارد، اما می‌توان آن را در مقادیر کم از سنگ، خاک رس و آب نمک استخراج کرد.

لیتیوم در جدول تناوبی: لیتیوم با نشان Li و عدد اتمی ۳ که در جدول تناوبی به همراه فلزات قلیایی در گروه ۱ قرار دارد. این عنصر در حالت خالص، فلزی نرم و به رنگ سفید خاکستری می‌باشد که به‌سرعت در معرض آب و هوا اکسید شده، کدر می‌گردد.

لیتیوم که در سال 1817 توسط شیمیدان سوئدی یوهان آگوست آرفودسون در کانی پتالیت کشف شد کشف شد، یکی از سه عنصری است که در طول انفجار بزرگ به همراه هیدروژن و هلیوم سنتز شده است. لیتیوم در رسوبات آب نمک و به عنوان نمک در چشمه‌های معدنی یافت می‌شود. نام آن برگرفته از یک کلمه یونانی به معنای سنگ است. غلظت آن در آب دریا 0.1 قسمت در میلیون (ppm) است. لیتیوم همچنین در سنگ معدن پگماتیت، مانند اسپودومن (LiAlSi2O6) و لپیدولیت (با ساختارهای مختلف)، یا در سنگ معدن آمبلیگونیت (LiAlFPO4)، با محتوای Li2O بین 4 تا 8.5 درصد یافت می‌شود. حدود 0.002 درصد از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.

لیتیوم که در همه جای زمین وجود دارد، در آمریکای لاتین بیشترین فراوانی را دارد. به دلیل وزن بسیار سبک و خواص برجسته آن که در فن آوری‌های ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی استفاده می‌شود، بسیار مورد درخواست صنایع مختلف است. امروزه بیش از 30 درصد از تولید آن در سراسر جهان برای تولید باتری استفاده می‌شود، اما برای ساخت شیشه و سرامیک مقاوم در برابر حرارت، روان کننده‌ها، فولاد و آلومینیوم، لاستیک و غیره نیز مورد نیاز است. به ویژه با توسعه خودروهای الکتریکی، لیتیوم بیشتر و بیشتر مورد نیاز است و در حال حاضر از رشد ۲۵ درصدی تقاضا در هر سال برخوردار است.

روش و نحوه استخراج و تولید لیتیوم

تا دهه 1990، بازار مواد شیمیایی و فلزی لیتیوم تحت تسلط تولید آمریکا از ذخایر معدنی بود، اما در آغاز قرن بیست و یکم بیشتر تولیدات از منابع غیرآمریکایی مشتق می‌شد. استرالیا، شیلی و پرتغال بزرگترین تامین کنندگان جهان بودند. (بولیوی نیمی از ذخایر لیتیوم جهان را دارد اما تولیدکننده عمده لیتیوم نیست.) شکل تجاری اصلی لیتیوم کربنات، Li2CO3 است که از سنگ معدن یا آب نمک با تعدادی از فرآیندهای مختلف تولید می‌شود. افزودن اسید هیدروکلریک (HCl) کلرید لیتیوم را تولید می‌کند که ترکیبی است که برای تولید فلز لیتیوم از طریق الکترولیز استفاده می‌شود. فلز لیتیوم از الکترولیز مخلوط ذوب شده از کلریدهای لیتیوم و پتاسیم تولید می‌‎شود.

در حال حاضر دو منبع اصلی برای لیتیوم تجاری وجود دارد: معادن اسپودومن و آب شور سالار (SALAR). سنگ‌های سخت و خوشه‌های کریستال معروف به اسپودومن که حاوی لیتیوم هستند در فرآیندهای سنتی از زمین استخراج می‌شوند. به‌طور کلی اسپودومن در سراسر جهان یافت می‌شود و استرالیا بزرگ‌ترین معدن اسپودومن را دارد. این روش استخراج لیتیوم پیچیده و پرهزینه است و خطرات زیست‌محیطی متعددی را به همراه دارد درحالی‌که مقادیر زیادی مواد شیمیایی مصرف و زباله زیادی تولید می‌کند.

منبع دیگر لیتیوم استخراج از آب شور سالار است. بیش از نیمی از لیتیوم شناخته شده جهان در این منبع وجود دارد. بیشتر سالارهای اثبات شده حاوی لیتیوم در آمریکای جنوبی بین کشورهای آرژانتین، بولیوی و شیلی یافت می‌شوند. با این حال، به دلایل سیاسی و زیست‌محیطی، استخراج از این منابع محدود شده که باعث تأخیر در تولید معدن لیتیوم و کمبود برای برآورده کردن تقاضای لیتیوم شده است.

نقطه ذوب پایین مخلوط (400-420 درجه سانتی‌گراد یا 750-790 درجه فارنهایت) در مقایسه با نقطه ذوب خالص لیتیوم (610 درجه سانتی‌گراد یا 1130 درجه فارنهایت) امکان عملیات الکترولیز در دمای پایین‌تر را فراهم می‌کند. از آنجایی که ولتاژ تجزیه لیتیوم کلرید کمتر از ولتاژ کلرید پتاسیم است، لیتیوم در سطح خلوص بیش از 97 درصد رسوب می‌کند. از آندهای گرافیت در تولید الکترولیتی لیتیوم استفاده می‌شود، در حالی که کاتدها از فولاد ساخته می‌شوند. لیتیوم خالص تشکیل شده در کاتد در سطح الکترولیت به هم می‌پیوندد و یک حوضچه مذاب را تشکیل می‌دهد که توسط یک لایه نازک الکترولیت از واکنش با هوا محافظت می‌شود. لیتیوم از سلول خارج می‌شود و با ریختن آن در قالب در دمای کمی بالاتر از نقطه ذوب ریخته می‌شود و الکترولیت جامد شده را پشت سر می‌گذارد. سپس لیتیوم جامد شده دوباره ذوب می‌شود و مواد نامحلول در مذاب یا به سطح شناور می‌شوند یا در ته دیگ مذاب فرو می‌روند. مرحله ذوب مجدد محتوای پتاسیم را به کمتر از 100 قسمت در میلیون کاهش می‌دهد. فلز لیتیوم، که می‌تواند به سیم کشیده شود و به صورت ورقه در بیاید، نرم‌تر از سرب است، اما سخت‌تر از سایر فلزات قلیایی است و دارای ساختار کریستالی مکعبی است.

آیا روش های استخراج لیتیوم متفاوت است؟

بله لیتیوم از روش‌های مختلفی به دست می‌آید. به زبان ساده، لیتیوم استرالیا از استخراج سنگ معدن به دست می‌آید، در حالی که در شیلی و آرژانتین لیتیوم از بیابان‌های نمک به دست می‌آید.

روش‌های استخراج لیتیوم

روش‌های اسپودومن (Spodumene) و آب شور سالار (Brine) دو روش متداول برای استخراج لیتیوم هستند. در زیر، تفاوت‌های اصلی این دو روش را بررسی خواهیم کرد:

1. منبع استخراج: اسپودومن یک سنگ رسوبی است که در معادن بازالتی و سنگ‌های گرانیتی یافت می‌شود. استخراج لیتیوم از اسپودومن با استفاده از فرآیندهایی مانند سنگ شکنی، آسیاب‌کاری، تقسیم‌بندی و فرآوری انجام می‌شود. در حالی که آب شور سالار به آب‌های زیرزمینی یا دریاچه‌های شور اطلاق می‌شود که حاوی غلظت قابل توجهی لیتیوم هستند. استخراج لیتیوم از آب شور سالار شامل فرآیندهایی مانند استخراج آب، تقطیر، تنظیم pH، استخراج لیتیوم و فرآوری نهایی می‌شود.
2. فرآیند استخراج: در روش اسپودومن، برای استخراج لیتیوم، ابتدا سنگ اسپودومن خرد شده و سپس با استفاده از فرآیندهای شیمیایی مختلف، لیتیوم از ماتریس سنگی استخراج می‌شود. این فرآیند شامل قسمت‌های شکستن سنگ، تقسیم بندی، خرد کردن، مخلوط کردن با حلال، انجام راکتورهای شیمیایی و جداسازی نهایی است. در روش آب شور سالار، ابتدا آب شور استخراج می‌شود و سپس از طریق فرآیندهای تقطیر و تنظیم pH، لیتیوم از آب جدا می‌شود. سپس، از طریق فرآیندهای جداسازی و تصفیه، لیتیوم خالص تولید می‌شود.
3. میزان تولید: روش اسپودومن برای تولید لیتیوم در مقیاس بزرگ مناسب است و می‌تواند مقادیر قابل توجهی لیتیوم را استخراج کند. این روش بیشتر در معادن استفاده می‌شود و معمولاً به صورت صنعتی انجام می‌شود. روش آب شور سالار برای تولید لیتیوم به مقیاس کوچک‌تر مناسب است و به عنوان یک روش مستقیم و ساده برای استخراج لیتیوم استفاده می‌شود. این روش معمولاً در مناطقی با ذخایر غنی از آب شور موجود است.

در کل، اسپودومن و آب شور سالار دو روش متفاوت برای استخراج لیتیوم هستند، که هر کدام از آن‌ها مزایا و محدودیت‌های خود را دارند. انتخاب روش مناسب برای استخراج لیتیوم بستگی به شرایط معدنی و منابع موجود در هر منطقه دارد.

بزرگترین تولیدکنندگان لیتیوم در دنیا

معادن و ذخایر لیتیوم جهان و کشورهایی که لیتیوم دارند در جدول زیر لیست شده‌اند. البته معادن لیتیوم تنها محدود به این کشورها نیست ولی سهم عمده استخراج و تولید لیتیوم در بین این 11 کشور است. در ستون دوم “درصد سهم تولید جهانی”، میزان درصدی که هر کدام از این کشورها از مجموع تولید لیتیوم دارند، مشخص شده است. در ستون سوم “درصد سهم دارایی جهانی”، میزان سهم دارایی هر کشور مشخص شده است. کشوری مانند بولیوی در حدود نیمی از ذخایر لیتیوم جهان را در اختیار دارد اما فقط درصد کوچکی از آن را استخراج می‌کند و عملاً بیشتر معادن این کشور دست نخورده باقی مانده است.

طبق این جدول بزرگترین تولیدکننده لیتیوم جهان، کشور شیلی است و بزرگترین دارنده معادن لیتیوم نیز کشور بولیوی، که هر دو کشور در قاره آمریکا قرار گرفته‌اند. ذخایر لیتیوم شیلی 27 درصد و میزان سهم استخراج این کشور 35 درصد است. ذخایر لیتیوم بولیوی 49 درصد و میزان سهم استخراج این کشور کمتر از 1 درصد است.

کاربرد لیتیوم در صنعت

کاربردهای صنعتی اصلی برای فلز لیتیوم در متالورژی است، جایی که عنصر فعال به عنوان یک جاذب (حذف کننده ناخالصی‌ها) در پالایش فلزاتی مانند آهن، نیکل، مس و روی و آلیاژهای آن‌ها استفاده می‌شود. طیف وسیعی از عناصر غیرفلزی از جمله اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، کربن، گوگرد و هالوژن‌ها توسط لیتیوم حذف می‌شوند. لیتیوم به میزان قابل توجهی در سنتز آلی، هم در واکنش‌های آزمایشگاهی و هم در صنعت استفاده می‌شود. یک معرف کلیدی که به صورت تجاری در مقیاس بزرگ تولید می‌شود n-butyllithium، C4H9Li است. استفاده تجاری اصلی آن به عنوان آغازگر پلیمریزاسیون است، به عنوان مثال، در تولید لاستیک مصنوعی. همچنین به‌طور گسترده در تولید سایر مواد شیمیایی آلی، به ویژه مواد دارویی استفاده می‌شود.

باتری‌های لیتیوم-یونی قلب تپنده همه گجت‌ها و ابزارهای فناوری هستند. تقریباً دیگر نمی‌توان وسیله‌ای را بدون این باتری‌ها در جهان دید. از مسواک‌های الکتریکی گرفته تا خودروهای تمام الکتریکی. با گسترده‌تر شدن استفاده از خودروهای الکتریکی و ممنوع شدن تولید خودرو با سوخت فسیلی مشخص است که لیتیوم می‌تواند چه نقش طلایی در جهان داشته باشد. به دلیل وزن سبک و پتانسیل الکتروشیمیایی منفی زیاد، فلز لیتیوم، چه خالص و چه در حضور عناصر دیگر، به عنوان آند (الکترود منفی) در بسیاری از باتری‌های لیتیومی اولیه غیرقابل شارژ عمل می‌کند. از اوایل دهه 1990، کارهای زیادی روی باتری‌های ذخیره‌سازی لیتیومی قابل شارژ با قدرت بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره‌سازی نیرو انجام شده است. موفق‌ترین آن‌ها جداسازی آند و کاتدی مانند LiCoO2 را توسط یک پلیمر رسانای بدون حلال فراهم می‌کند که اجازه مهاجرت کاتیون لیتیوم، Li+ را می‌دهد. باتری‌های لیتیومی قابل شارژ کوچکتر به‌طور گسترده برای تلفن‌های همراه، دوربین‌ها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند.

آلیاژهای لیتیوم-منیزیم سبک و آلیاژهای لیتیوم-آلومینیوم سخت، سخت‌تر از آلومینیوم به تنهایی، کاربردهای ساختاری در صنایع هوا فضا و سایر صنایع دارند. لیتیوم فلزی در تهیه ترکیباتی مانند لیتیوم هیدرید (lithium hydride) استفاده می‌شود.

جهان به چه میزان لیتیوم نیاز دارد؟

بازار جهانی فلز قلیایی لیتیوم به سرعت در حال رشد است. تنها بین سال‌های 2008 و 2018، تولید سالانه در کشورهای عمده تولیدکننده از 25400 تن به 85000 تن افزایش یافت. یک محرک مهم رشد، استفاده از آن در باتری خودروهای الکتریکی است. با این حال، لیتیوم در باتری لپ تاپ‌ها و تلفن‌های همراه و همچنین در صنعت شیشه و سرامیک استفاده می‌شود.

خواص لیتیوم

لیتیوم در بسیاری از خواص خود، همان ویژگی‌های فلزات قلیایی رایج‌تر سدیم و پتاسیم را نشان می‌دهد. بنابراین، لیتیوم که روی آب شناور است، با آن بسیار واکنش نشان می‌دهد و محلول‌های هیدروکسید قوی تشکیل می‌دهد و هیدروکسید لیتیوم (LiOH) و گاز هیدروژن تولید می‌کند. لیتیوم تنها فلز قلیایی است که آنیون Li- را در محلول یا حالت جامد تشکیل نمی‌دهد.

لیتیوم از نظر شیمیایی فعال است و به راحتی یکی از سه الکترون خود را از دست می‌دهد و ترکیباتی حاوی کاتیون Li+ را تشکیل می‌دهد. بسیاری از اینها به‌طور قابل توجهی در حلالیت با ترکیبات مربوط به سایر فلزات قلیایی تفاوت دارند. کربنات لیتیوم (Li2CO3) دارای خاصیت قابل توجه حلالیت رتروگراد (retrograde) است. در آب گرم کمتر از سرد حل می‌شود.

لیتیوم و ترکیبات آن به شعله، رنگ زرشکی می‌بخشد. معمولاً در روغن معدنی نگهداری می‌شود زیرا با رطوبت موجود در هوا واکنش نشان می‌دهد. ترکیبات ارگانولیتیوم، که در آن‌ها اتم لیتیوم به عنوان یون Li+ وجود ندارد، اما مستقیماً به اتم کربن متصل است، در ساخت سایر ترکیبات آلی مفید هستند. بوتیلیتیم (C4H9Li) که در ساخت لاستیک مصنوعی استفاده می‌شود، از واکنش بوتیل بروماید (C4H9Br) با لیتیوم فلزی تهیه می‌شود.

از بسیاری جهات، لیتیوم نیز شباهت‌هایی به عناصر گروه قلیایی-خاکی، به ویژه منیزیم، که دارای شعاع اتمی و یونی مشابهی است، نشان می‌دهد. این شباهت در خواص اکسیداسیون دیده می‌شود، مونوکسید به‌طور معمول در هر مورد تشکیل می‌شود. واکنش‌های ترکیبات ارگانولیتیوم نیز مشابه واکنش‌های گریگنارد ترکیبات آلی منیزیم است که یک روش سنتزی استاندارد در شیمی آلی است.

تعدادی از ترکیبات لیتیوم کاربردهای عملی دارند. لیتیوم هیدرید (LiH)، یک جامد کریستالی خاکستری که از ترکیب مستقیم عناصر تشکیل دهنده آن در دماهای بالا تولید می‌شود، یک منبع آماده هیدروژن است که بلافاصله پس از تصفیه با آب، آن گاز را آزاد می‌کند. همچنین برای تولید لیتیوم آلومینیوم هیدرید (LiAlH4) استفاده می‌شود که به سرعت آلدئیدها، کتون‌ها و استرهای کربوکسیلیک را به الکل تبدیل می‌کند.

هیدروکسید لیتیوم (LiOH) که معمولاً از واکنش کربنات لیتیوم با آهک به دست می‌آید، در ساخت نمک‌های لیتیوم (صابون) استئاریک و سایر اسیدهای چرب استفاده می‌شود. این صابون‌ها به‌طور گسترده‌ای به عنوان غلیظ کننده در گریس‌های روان کننده استفاده می‌شوند. هیدروکسید لیتیوم همچنین به عنوان یک افزودنی در الکترولیت باتری‌های ذخیره قلیایی و به عنوان جاذب دی اکسید کربن استفاده می‌شود. سایر ترکیبات مهم صنعتی عبارتند از لیتیوم کلرید (LiCl) و لیتیوم بروماید (LiBr). آن‌ها آب نمک غلیظی را تشکیل می‌دهند که قادر به جذب رطوبت هوا در طیف وسیعی از دماها هستند. این آب نمک‌ها معمولاً در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع بزرگ استفاده می‌شوند. لیتیوم فلوراید (LiF) عمدتاً به عنوان یک عامل روان کننده در لعاب‌ها و شیشه‌ها استفاده می‌شود.

خواص هسته ای لیتیوم

لیتیوم که هیچ رادیواکتیویته طبیعی از خود نشان نمی‌دهد، دارای دو ایزوتوپ جرمی 6 (92.5 درصد) و 7 (7.5 درصد) است. نسبت لیتیوم-7/لیتیوم-6 بین 12 و 13 است. لیتیوم در سال 1932 به عنوان فلز هدف در کار پیشگام فیزیکدان بریتانیایی جان کاکرافت و فیزیکدان ایرلندی ارنست والتون در تبدیل هسته‌ها توسط ذرات اتمی با شتاب مصنوعی استفاده شد. هر هسته لیتیومی که یک پروتون را جذب می‌کرد به دو هسته هلیوم تبدیل شد. بمباران لیتیوم-6 با نوترون‌های کند هلیوم و تریتیوم (3H) تولید می‌کند. این واکنش منبع اصلی تولید تریتیوم است. تریتیوم تولید شده به این صورت در ساخت بمب‌های هیدروژنی به کار می‌رود، از جمله کاربردهای دیگری مانند تهیه ایزوتوپ هیدروژن رادیواکتیو برای تحقیقات بیولوژیکی.

لیتیوم دارای ارزش بالقوه به عنوان مایع انتقال حرارت برای راکتورهای هسته‌ای با چگالی بالا است. ایزوتوپ لیتیوم-7، ایزوتوپ پایدار رایج‌تر، دارای سطح مقطع هسته‌ای کم است (یعنی نوترون‌ها را بسیار ضعیف جذب می‌کند) و بنابراین پتانسیل خنک‌کننده اولیه برای راکتورهای هسته‌ای را دارد که دمای مایع خنک‌کننده در آن‌ها بالاتر از حدود 800 درجه سانتی‌گراد است. ایزوتوپ‌های لیتیوم-8 (نیمه عمر 0.855 ثانیه) و لیتیوم-9 (نیمه عمر 0.17 ثانیه) توسط بمباران هسته‌ای تولید شده‌اند.

خواص بیولوژیکی لیتیوم

وجود گسترده لیتیوم در گیاهان منجر به توزیع گسترده، اگرچه در سطح پایین، لیتیم در حیوانات می‌شود. نمک‌های لیتیوم وقتی در بدن جذب می‌شوند اثرات پیچیده‌ای دارند. آن‌ها خیلی سمی نیستند، اگرچه سطوح بالا می‌تواند کشنده باشد. استفاده از نمک‌های لیتیوم و آب معدنی حاوی آن‌ها برای درمان نقرس و دفع افسردگی به نیمه آخر قرن نوزدهم برمی‌گردد، اما در اوایل قرن بیستم به بدنامی پزشکی تبدیل شد. استفاده از کربنات لیتیوم برای درمان افسردگی شیدایی (همچنین به عنوان اختلال دوقطبی شناخته می‌شود) از نظر بالینی در سال 1954 نشان داده شد. ترس در مورد سمیت لیتیوم تصویب آن را برای سال‌ها به تعویق انداخت، اما در حال حاضر داروی اصلی برای درمان دوره‌های شیدایی و برای نگهداری است.

لیتیوم یک تثبیت کننده خلق و خو است که برای درمان اختلال دوقطبی، وضعیتی که شامل دوره‌های افسردگی، شیدایی و هیپومانیا است، استفاده می‌شود. لیتیوم به عنوان یک درمان حاد برای دوره‌های خلقی و به عنوان یک درمان طولانی مدت برای جلوگیری از عودهای شیدایی و افسردگی بیشتر استفاده می‌شود. لیتیوم با بازگرداندن تعادل انتقال دهنده‌های عصبی در مغز، اوج شیدایی و افسردگی را در افراد مبتلا به اختلال دوقطبی برطرف می‌کند. با این حال، لیتیوم در سال‌های اخیر کمتر و کمتر تجویز می‌شود. دلایل آن عبارتند از عوارض جانبی آن، در دسترس بودن سایر تثبیت‌کننده‌های خلق و خو، و بار سمیت بالقوه بالای لیتیوم.

مثلث لیتیوم کجاست؟

در حالی که لیتیوم در هر یک از شش قاره مسکونی دنیا یافت شده است، شیلی، آرژانتین و بولیوی، که با هم به عنوان “مثلث لیتیوم” یا Lithium Triangle شناخته می‌شوند – بیش از 75 درصد از عرضه جهان را در زیر نمکزارهای خود نگهداری می‌کنند.

مثلث لیتیوم یکی از خشک‌ترین مکان‌های روی زمین است که فرآیند استخراج لیتیوم را پیچیده می‌کند: معدنچیان مجبورند سوراخ‌هایی را در نمک‌دان‌ها سوراخ کنند تا آب نمک نمکی و غنی از مواد معدنی را به سطح پمپ کنند. سپس اجازه می‌دهند آب برای ماه‌ها در یک زمان تبخیر شود و مخلوطی از پتاسیم، منگنز، بوراکس و نمک‌های لیتیوم را تشکیل می‌دهد که سپس صاف می‌شود و یک بار دیگر می‌گذارند تا تبخیر شود. پس از 12 تا 18 ماه، فرآیند فیلتر کردن کامل می‌شود و می‌توان لیتیوم کربنات را استخراج کرد.

بزرگترین معدن لیتیوم جهان

در کانون توجه برترین و بزرگترین معادن لیتیوم تولیدکننده جهان – که حجم قابل توجهی از تولید جهانی لیتیوم را پوشش می‌دهند – داده‌های کمپانی Mining Intelligence رتبه‌بندی بزرگترین عملیات‌ها را بر اساس لیتیوم در کنسانتره تولید شده در سال 2022 و اندازه‌گیری بر حسب کیلوتن ارائه می‌کند.

بر این اساس بزرگترین معدن لیتیوم جهان عبارت است از Greenbushes در استرالیا.

لیست زیر 10 معدن بزرگ دنیا را به ترتیب نشان می‌دهد:

ذخایر لیتیوم ایران

لیتیوم یک فلز قلیایی به رنگ سفید مایل به نقره‌ای است که یکی از فلزات نرمی است که می‌توان به راحتی آن را با چاقو هم برش داد. درست مانند سایر فلزات قلیایی، لیتیوم یک فلز بسیار واکنش‌پذیر و قابل اشتعال است؛ به این معنی که باید در روغن معدنی، تحت گازهای بی‌اثر یا در خلأ ذخیره شود. از محصولات مصرفی گرفته تا مکمل‌های بهداشتی، لیتیوم در صنایع مختلف استفاده می‌شود و آن را به یکی از فلزات ضروری تبدیل می‌کند. ایلان ماسک در رابطه با لیتیوم می‌گوید: باتری‌های لیتیومی نفت جدید هستند و آینده دنیا لیتیوم است. یکی از عناصر مهم تمام فناوری‌های جدید، لیتیوم و وانادیوم هستند که از عناصر نادر خاکی محسوب می‌شوند.

لیتیوم به عنوان نفت قرن ۲۱ نقشی حیاتی برای کاهش تاثیر تغییرات اقلیمی و پروسه گذار انرژی ایفا خواهد کرد.

باتوجه به اهمیت لیتیوم در دنیا، کشف ذخایر لیتیوم در ایران، می‌تواند یک خبر بسیار امیدوارکننده باشد. همدان شهری است که میزبان این فلز گرانبها است. در اسفند 1401، مدیرکل دفتر امور اکتشافات وزارت صنعت، معدن و تجارت، از کشف ذخیره ۸ میلیون‌ و ۵۰۰ هزار تنی کانسنگ لیتیوم در همدان خبر داد. ایران جزو معدود کشورهایی است که به مقادیر مناسبی از ذخایر عناصر نادرخاکی و فلزات باارزش دسترسی پیدا کرده و کشف نخستین ذخیره لیتیوم در استان همدان نویدبخش کشف ذخایر دیگری در این استان است. کشف این ماده مهم معدنی در یک منطقه رسی در کشور منحصر به فرد است. البته چندی پیش، کانسنگ لیتیوم در یزد نیز کشف شده بود.

در اولین نگاه و بدون توجه به آثار زیست محیطی اکتشاف و استخراج ذخایر لیتیوم کشف شده، این منابع برای آینده صنعت باتری در ایران و شاید توسعه استان همدان مسرت بخش باشد اما از دید اقتصادی و ژئوپلتیک باید به موارد دیگری نیز توجه کرد. با توجه به اعلام رسمی در مورد کشف هشت میلیون و ۵۰۰ هزار تن کانسنگ لیتیوم در همدان می‌توان نتیجه گرفت که عدد ۸ میلیون تن قطعاً وزن کل سنگ است و نه میزان لیتیوم خالص در این معدن. کارشناسان بر این اعتقاد هستند که ارزش مادی این کشف بستگی به گرید و غلظت لیتیوم موجود در این بالک سنگ دارد.

اما آیا ایران دارای فناوری لازم برای استخراج لیتیوم می‌باشد یا خیر؟

اساسا دانش فرآوری لیتیوم در ایران وجود ندارد. هرچند هم کانسنگ لیتیومی کشف و قابل استخراج شود اما امکان فرآوری آن را در ایران نداریم. برای فرآوری آن باید دانش فنی آن را وارد کشور کنیم و دانش فرآوری لیتیوم را کشورهای خاصی دارند اما در حال حاضر به دلیل شرایط تحریمی ایران متاسفانه این امکان وجود ندارد.

بزرگترین معدن لیتیوم ایران

بزرگترین معدن لیتیوم بزرگ ایران در استان همدان قرار گرفته که در سال 1401 کشف شده ولی هنوز به مرحله بهره‌برداری نرسیده است.

چین و آمریکا، رقابتی سنگین در تصاحب ذخایر لیتیوم

در دهه آینده با توجه به تمرکز کشورها روی پروسه گذار انرژی، رقابت روی مواد کانی و تکنولوژی‌های مورد نیاز بین آمریکا و چین افزایش خواهد یافت. تمرکز مواد معدنی و کانی استراتژیک مورد نیاز در تولید برخی مواد از جمله باطری‌ها در برخی در مناطق جهان به مسئله امنیت ملی کشورها نیز تبدیل خواهد شد. در چند سال گذشته ایالات متحده میلیاردها دلار برای ساخت کارخانجات خودروهای الکتریکی – باتری های لیتیومی و تحقیق و توسعه در مورد منابع معدنی و کانی مورد نیاز در پروسه گذار انرژی سرمایه گذاری کرده است. چین نیز عقب نمانده و به دنبال تصاحب ذخایر و معادن آفریقا و افغانستان بوده است.

در سال گذشته میزان ذخایر شناسایی شده لیتیوم در سراسر جهان ۸۹ میلیون تن کانسنگ برآورد شده است. قیمت لیتیوم کربنات از 14 هزار دلار در هر تن در سال ۲۰۲۱ به رقم هشتاد هزار دلار در سال ۲۰۲۲ رسیده و پیش بینی می‌شود که تقاضا برای لیتیوم تا سال ۲۰۳۰ به حدود ۲.۴ میلیون تن می‌رسد. با وجود اینکه منابع لیتیوم در برخی کشورهای جهان هم وجود دارد اما در حال حاضر فقط ۱۰ معدن، توان تولید لیتیوم مورد نیاز برای تولید باطری را دارند.

پرسش و پاسخ

ایران چقدر لیتیوم دارد؟

تاکنون و طبق اعلام رسمی، هشت میلیون و ۵۰۰ هزار تن کانسنگ لیتیوم در همدان کشف شده است اما مطمئناً میزان لیتیوم خالص آن بسیار کمتر از این میزان است.

لیتیوم در کجای همدان کشف شده است؟

قهاوند همدان محلی است که لیتیوم در آنجا کشف شده است.

لیتیوم در کجا یافت میشود؟

بیش از نیمی از منابع تخمینی لیتیوم جهانی در نمک‌زارهای بولیوی، شیلی و آرژانتین و بیشتر آن در بولیوی قرار دارد. تخمین زده می‌شود که 89 میلیون تن منابع لیتیوم در جهان وجود دارد. شرایط سیاسی-اجتماعی بر دسترسی به منابع بولیوی تأثیر گذاشته است، در حالی که شیلی و آرژانتین که سرمایه‌گذارتر هستند، به ترتیب در رتبه‌های اول و سوم از نظر ذخایر اثبات شده قرار دارند. استرالیا با 5.7 میلیون تن در رتبه دوم جهان از نظر ذخایر اثبات شده و رتبه اول تولید با 55000 تن تولید در سال 2021 است. شیلی در سال 2021، 41 درصد از ذخایر لیتیوم جهانی را به خود اختصاص داده است، در حالی که کانادا با 3 درصد ذخایر با 681000 تن در رتبه ششم جهان قرار دارد.

سنگ لیتیوم چیست؟

سنگ لیتیوم (Li) نوعی سنگ یا کانی است که حاوی غلظت قابل توجهی از لیتیوم، یک فلز قلیایی نرم و سفید نقره‌ای با عدد اتمی 3 و نماد Li در جدول تناوبی است.

خرید رستوران در دبی

باتری لیتیومی چیست؟

باتری لیتیومی (Lithium-ion battery) یک نوع باتری قابل شارژ است که از تکنولوژی لیتیوم برای ذخیره‌سازی و انتقال انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. این باتری‌ها به دلیل وزن سبک، ظرفیت بالا و عمر طولانی، در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن همراه، لپ‌تاپ، دوربین‌های دیجیتال و خودروهای الکتریکی استفاده می‌شوند. مزایای باتری لیتیومی عبارتند از:

1. وزن سبک: باتری لیتیومی به دلیل استفاده از فلز لیتیوم، وزن سبکی دارد که از آن برای دستگاه‌هایی که از باتری‌های قدیمی‌تر استفاده می‌کنند، به عنوان جایگزین مناسب استفاده می‌شود.

2. ظرفیت بالا: باتری لیتیومی دارای ظرفیت بالایی است، به این معنی که می‌تواند مقدار زیادی انرژی را در داخل خود ذخیره کند. این امر به کاربران این باتری‌ها امکان می‌دهد تا دستگاه خود را برای مدت طولانی بدون نیاز به شارژ مجدد استفاده کنند.

3. عمر طولانی: باتری لیتیومی عمر طولانی‌تری نسبت به باتری‌های دیگر دارد. این باتری‌ها توانایی حفظ ظرفیت خود را در طول زمان بیشتری دارند و با دوره‌های شارژ و دشارژ مکرر، کاهش قابل توجهی در عملکرد ندارند.

4. برقراری ولتاژ پایدار: باتری لیتیومی در طول عمر خود، ولتاژ پایداری را حفظ می‌کند. این ویژگی به این معنی است که باتری، توانایی تأمین ولتاژ ثابت و قابل اعتماد را در طول زمان دارد.

5. نداشتن اثر حافظه: باتری لیتیومی از اثر حافظه (memory effect) رنج نمی‌برد. به این معنی که می‌توان آن را در هر مرحله‌ای از شارژ و دشارژ قرار داد و به طور مستمر می‌توان از ظرفیت کامل آن استفاده کرد، بدون اینکه عملکرد آن تحت تأثیر قرار گیرد.

به عنوان یکی از تکنولوژی‌های پیشرفته در زمینه ذخیره انرژی، باتری لیتیومی نقاط ضعف خاص خود را نیز دارد، از جمله قیمت بالا و حساسیت بیشتر به شرایط دما. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی و تحقیقات بیشتر، امیدواریم که این محدودیت‌ها نیز بتواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و کاربرد باتری‌های لیتیومی در زمینه‌های مختلف بیشتر شود.

فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 21 بهمن 1402