ЛитийДобыча полезных ископаемых и оценка воздействия на окружающую среду, от добычи до переработки

Привет, я ищу последний Том.1 Проблемы вторичных сточных вод аккумуляторовВ продолжение моего первоначального интереса к водной индустрии я хотел бы поделиться информацией о вторичных батареях и тенденциях в водной отрасли.

В предыдущей статье я говорил о том, что вместо того, чтобы обвинять компании в чрезмерном усилении охраны окружающей среды, лучше подождать и понаблюдать за общим управлением с правительством.

Тем временем Корейское агентство по охране окружающей среды создало ‘государственно-частную группу технической поддержки" для помощи компаниям, а крупные компании сосредоточились на восстановлении, разрабатывая новые технологии очистки сточных вод.

Экологические технологии решаются методом проб и ошибок при разработке и применении технологий.

Мы продолжим следить за работой отечественных компаний и за тем, как правительство управляет вторичной аккумуляторной отраслью.

Том 2 может показаться немного далеким от водной промышленности, обезвоживания и сточных вод, но если вы прочитаете дальше, то поймете, почему литий имеет отношение к водной промышленности.

Том 3 будет посвящен использованию центробежных дегидраторов в шахтном обогащении, которые применяются для вторичных батарей, и системам нулевого разряда, используемым для переработки отработанных батарей. Декантерная центрифуга, и процессы, используемые для производства соленых сточных вод, и компании в Корее.

Но сначала - краткий глобальный обзор отрасли вторичных батарей?

1. глобальная картина вторичных батарей - NCM против LFP

Глобальный спад на рынке электромобилей и гонка аккумуляторных технологий

Вторичные батареи в настоящее время находятся в состоянии некоторого затишья в индустрии электромобилей по целому ряду политических причин, которые осложняются международным правом.

Причин тому много: субсидии США и права на добычу лития, санкции США против Китая, энергетические проблемы военного времени, возобновление дебатов о сером водороде, голубом водороде и зеленом водороде, экологические опасения по поводу литиевого рассола и техническая зрелость технологий переработки.

Также существует противостояние между тройными батареями NCM (LNCMO - оксид кобальта лития + никель + марганец) и LFP (Li- FePO4 - фосфат железа лития).

NCM с Ni, основным материалом для катодных материалов аккумуляторов, обладает преимуществом более высокой плотности энергии при более высокой доле Ni и большей дальностью действия на заряд, но имеет более высокую удельную стоимость, чем LFP.

С другой стороны, в LFP не используется дорогостоящий кобальт, который применяется в NCM, поэтому они дешевле в производстве, более стабильны и имеют более высокую устойчивость благодаря гексаэдрической структуре оливина.

Поэтому многие компании пытаются решить, использовать ли для производства лития NCM или LFP, так как структура отрасли такова, что все, от добычи до переработки и распределения, может быть установлено по самой низкой цене.

ЛФП VS НКМ

В настоящее время ведущая марка электромобилей Tesla использует LFP, который является дешевым, надежным и малоопасным, но имеет недостаток в дальности хода.

‘С точки зрения "безопасности", LFP, вероятно, являются наиболее предпочтительными батареями для автопроизводителей, поэтому производители батарей для Tesla, CATL (45 ГВтч) и BYD (10 ГВтч), наметили производство 55 ГВтч в следующем году.

С другой стороны, три крупные отечественные аккумуляторные компании, занимающие доминирующее положение в NCM, также стремятся к изменениям.

Это связано с тем, что не только Tesla, но и Toyota и Volkswagen являются LFP и находятся на перепутье в глобальном движении.

В связи с этим компания LG Chem строит завод по производству LFP-анодов в Марокко и поставила перед собой цель выпускать 50 000 тонн в год к 2026 году. Компания POSCO FutureM разработала план по производству 20 000 тонн LFP-анодов в 2025 году и 150 000 тонн в 2030 году.

Тем временем компания Sungil High Tech, известная переработкой вторичных аккумуляторов, исследует и разрабатывает технологию, позволяющую извлекать весь литий, фосфат и железо, учитывая сложность переработки существующих LFP, и намерена вывести ее на рынок в 2026 году, проведя пилотные испытания в 2024 году.

Благодаря этой двойственности технологий компании стремятся устранить самые серьезные препятствия на пути к переработке отходов, заботясь при этом об окружающей среде.

Различия между двумя технологиями описаны ниже, и в основном речь идет о трех корейских компаниях и Китае.

Разделение	Фосфат лития и железа (LFP)	NCM (никель, кобальт, марганец)
Опасность пожара	Низкий	Нормальный
Пробег	Короткие	Длинный
Срок службы	Длинный	Нормальный
Ценообразование	Низкий	Высокий
Плотность энергии	Низкий	Высокий
Продюсер	Китай CATL, BYD	LG, SK, Samsung (в некоторых моделях представлены линейки LFP)
Плюсы	Низкая стоимость, низкая сложность разработки	Короткое время зарядки и малый радиус действия
Cons	Сильная и слабая производительность	Более низкая надежность по сравнению с LFP и более высокая стоимость единицы продукции
Буфер	До 70%	До90%
Цена за 1 кВт/ч	50$	63$
Срок службы цикла	Тысячи раз	Недолговечные
Переработанный/перерабатываемый	Недоступно или низкий уровень	В зависимости от уровня мастерства можно восстановить 95% или больше. 300 тысяч куплено, 1000 тысяч продано, переработано как новое.

Кроме того, Джон Гуденаф, отец аккумуляторов

Американец Джон Гуденаф, которому в 2019 году в возрасте 97 лет была присуждена Нобелевская премия по химии, сыграл важную роль в разработке нынешней схемы батареи.

К сожалению, доктор Гуденаф, которому было 100 лет, скончался в июне этого года, но разработанная им концепция аккумуляторов в сочетании с практичностью технологии вторичной переработки делает большие успехи в создании батарей для автомобилей.

Джон Гуденоу 24 года занимался разработкой памяти с произвольным доступом для компьютеров и аккумуляторов и считается отцом современной магнитной теории.

Человечеству была подарена технологическая революция в области легких и мощных накопителей энергии, проложившая путь к созданию современной портативной электроники, такой как ноутбуки и мобильные телефоны.

С тех пор команда Гуденоу из Техасского университета также участвует в разработке стеклянных батарей, и по мере развития мирового рынка электромобилей производители сталкиваются с выбором между NCM и LFP.

---

2. актуальность и экологическое воздействие вторичных батарей на водную промышленность

Государственная политика и бюджеты в области производства вторичных батарей и воды

Вторичные батареи входят в четыре основные отрасли промышленности - полупроводники, дисплеи, аккумуляторные батареи и биоэнергетика - и в следующем году получат 14,7 триллиона KRW в виде государственного финансирования.

Специализированный комплекс вторичных батарей Чхонджу-Пхохан-Ульсан-Саемангеум, на который в следующем году будет выделено 39,2 миллиарда вон.

Автомобильный сектор, в который входят аккумуляторные батареи, в этом году получит поддержку в виде увеличения бюджета на 101 TP3T, с 32,26 млрд до 354,9 млрд, а НИОКР в области аккумуляторных батарей вырастут на 13,41 TP3T, с 46,3 млрд до 52,5 млрд.

Как показано выше, местные власти увеличили инвестиции в специализированные комплексы и бюджеты на НИОКР, признавая, что вторичные батареи - это высокотехнологичная отрасль будущего. Компания LG объявила о своем намерении создать глобальный производственный центр, инвестировав 15,1 триллиона KRW к 2030 году, а SK Energy решила инвестировать 1,5 триллиона KRW в создание внутреннего рынка батарей.

---

Усилия правительства по очистке сточных вод от вторичных батарей

В дополнение к государственным канализационным трубопроводам в Пхохане и промышленном комплексе Сэмангеум Министерство охраны окружающей среды создало государственно-частную операционную группу для помощи компаниям-арендаторам в решении незнакомых административных и технических вопросов, связанных с очисткой сточных вод.

Совместная государственно-частная группа технической поддержки, в которую входят представители Национального института экологии и Корейского агентства по охране окружающей среды, а также частные эксперты, помогает арендаторам очищать сточные воды, чтобы обеспечить спокойствие местных жителей и общественности.

NCM и LFP - передовые отрасли, которые будут развиваться параллельно с экологической политикой, признающей ‘преодоление трудностей" и устанавливающей нормативные стандарты сброса сточных вод, по мере того как компании и правительства будут совместно разрабатывать технологии и технологии очистки воды, отвечающие требованиям оценки воздействия на окружающую среду.

---

3. методы добычи лития и анализ воздействия на воду

Источник: https://www.visualcapitalist.com/sp/lithium-battery-value-chain/

Основным источником лития для вторичных батарей являются Австралия и Южная Америка, как показано выше. Важно отметить, что литий - это ограниченный ресурс, поэтому производители аккумуляторов по всему миру продолжают искать новые месторождения путем геологической разведки.

Ниже представлена карта литиевых рудников мира по состоянию на 2021 год.

Карта мировых запасов лития | Источник: https://www2.bgs.ac.uk/

Литий, основной материал для полноценных вторичных батарей, добывается и перерабатывается различными способами.

Добыча лития уже ведется компаниями-производителями аккумуляторов в Южной Америке, причем основная добыча ведется в соляных озерах Чили, Перу и Аргентины. Кроме того, в Неваде, США, обнаружен крупнейший в мире высококонцентрированный литиевый рудник.

Однако для добычи тонны лития требуется огромное количество местных подземных вод, на что может уйти до 2 миллионов тонн воды, что может привести к конфликтам с местным коренным населением и потере биоразнообразия.

Так, в Южной Америке правительства преследуют добытчиков лития, а Мексика даже предложила ‘закон о национализации лития" в попытке развязать войну с литием.

Современные методы извлечения лития

Источник : Литий, ключевой минерал для электромобилей, за ‘зеленой индустрией" (KBS_318th_2023.07.15.broadcast)

В настоящее время добыча ведется одним из двух основных методов: горными работами и поверхностной добычей рассола.

Сподуменовая руда (добыча твердых пород) : Добыча твердых пород > Обогащение (сортировка) сподуменового концентрата (хорошего качества) > Рафинирование/рафинирование

Добыча руды - дорогостоящий и трудоемкий процесс, требующий проведения геологоразведочных работ и геологических изысканий до начала добычи. Затем литий можно отделить с помощью центрифуги, которая также предполагает использование большого количества тепла (более 1000 градусов) для превращения сподумена в β-сподумен, который затем охлаждается. Поскольку при этом используется ископаемое топливо, этот процесс подвергается критике при оценке воздействия на окружающую среду из-за высокого уровня выделения углекислого газа и большого количества побочных продуктов.
Этот метод используется в США, Китае и Австралии.

Метод выпаривания рассольных озер: поверхностная добыча рассола (более 2 миллионов литров вылито в испарительные пруды и высушено на солнце)

Этот метод применяется преимущественно в регионе Боливия-Аргентина-Чили, известном как Литиевый треугольник, где в 2021 году было произведено 331 тп3т мирового предложения.

Добыча путем естественной сушки с использованием солнечного света менее затратна с геологической и экологической точек зрения, однако для добычи рассола требуется огромное количество воды. Литиевый рассол закачивается в поверхностные бассейны, где смешивается с химическими веществами и выпаривается, а соли лития, которые отделяются и концентрируются, собираются и перерабатываются в полезные материалы.

При выпаривании рассола химический процесс осаждения является основным методом извлечения лития из рассола. Он относительно прост и недорог и требует регулировки pH. Растворимость ионов лития снижается за счет использования ионов с противоположной склонностью, а твердый осадок отделяется путем фильтрации или преципитации. Процесс выпаривания воды и добавления карбоната натрия для получения карбоната лития имеет то ограничение, что он нерастворим в воде, что является слишком водоемким для концентрирования из рассола, пока содержание лития не превысит 0,51 TP3T.

Установка для концентрирования и кристаллизации оксида лития: уникальная технология Welchron Hantec

Основным недостатком наиболее популярного метода выпаривания рассола является 12-18-месячный период сушки, что приводит к медленному производству лития и высокому расходу подземных вод.

Welchron Hantec, средняя корейская компания, поставляет оборудование для POSCO. В отличие от обычного выпаривания соли, процесс может быть завершен всего за восемь часов или один месяц.

Высокая чистота (>99,91 TP3T) и степень извлечения (>801 TP3T, по сравнению с 30-401 TP3T) позволяет параллельно производить не только литий, но и продукт с добавленной стоимостью - гидроксид лития-гидроксид калия.

Welchron Hantec - это строительная компания, которая превратилась в экологическую компанию, как уже говорилось в предыдущей колонке, и в то же время это компания среднего размера, которая ведет различные производства, связанные с вторичными батареями, нулевым разрядом и производством лития, и котируется на KOSDAQ, являясь лидером в области технологий на рынке.

Для производства никеля, еще одного материала для вторичных батарей, WelchronHantec имеет установку по концентрации и кристаллизации сульфата никеля.

В случае с никелем, в отличие от упомянутого ранее лития, основным производителем является Индонезия, а не Южная Америка или Австралия.

Для получения сульфата никеля высокой чистоты необходимо получать качественные кристаллы без примесей, а существующая рафинировочная установка (периодического действия) неэффективна: кристаллизация водного раствора > центрифугирование и сушка, многократный > > запуск и остановка установки.

Кристаллическая установка Welchron Hantec по производству никель-сульфатного концентрата работает непрерывно и имеет низкие технологические потери, что улучшает энергопотребление.

Метод SMER: электрохимический реактор со спиральной микроструктурой

Журнал химической инженерии В исследовании, опубликованном в Journal of the American Chemical Society, предлагается масштабируемый спиральный микроструктурный электрохимический реактор (SMER) для извлечения лития в условиях низкосортного рассола. Метод предлагает способ преодоления предыдущих проблем извлечения лития в технологиях низкосортного рассола и предлагает новый способ устойчивого и коммерческого масштабирования.
Исследование показало, что SMER работает со скоростью извлечения лития в 5,6 раза выше, чем современные устройства.
Новый метод позволил извлечь литий из озера Тайджинар. Его добыча сложнее, чем добыча большинства литиевых ресурсов, из-за низкой концентрации лития и высокого соотношения магния и лития.

SMER на солнечных батареях надежно работал при скорости извлечения Li 21,96 мг г-1 ч-1. Исследователи предположили, что метод может быть эффективно масштабирован для коммерческого производства гидроксида лития для батарей.

Технические проблемы добычи лития

Эффективность метода выпаривания рассола сильно зависит от присутствия других ионов и примесей, которые могут соосаждаться и усложнять процесс извлечения. Например, магний имеет схожие ионные свойства с литием, и оба они имеют схожие радиусы.

Получение высокочистого лития из рассолов с высоким соотношением Mg/Li - серьезная техническая задача для ученых и инженеров, работающих в индустрии добычи лития.

Одним из наиболее распространенных методов промышленного извлечения является осаждение карбонатов, однако для правильной работы этого метода требуется относительно высокая концентрация лития.

Карбонатное осаждение не подходит для недавно открытых источников рассола с низкой концентрацией лития, поэтому необходимо разработать более эффективные методы, чтобы испарение рассола стало надежным методом добычи лития в будущем.

Какие экологические проблемы возникают при добыче лития?

Сокращение популяции фламинго в пустыне Атакама в Чили | Источник: VOX

Литий встречается в природе в виде растворенного минерала в рассольных водоносных горизонтах, глинистых отложениях, магматических породах и морской воде. Основными экономическими источниками лития являются горные породы и рассолы, причем на рассолы приходится около 601 тп3т мировой добычи.

В основном это Боливия (21 миллион тонн), Аргентина (19 миллионов тонн) и Чили (980 тонн), а самый большой в мире рудник недавно был обнаружен в американском штате Невада.

Помимо прочих экологических проблем, добыча лития требует двух миллионов литров воды на добычу одной тонны, что приводит к истощению местных грунтовых вод. Это привело к нехватке питьевой воды для коренного населения и сокращению популяции видов, обитающих в пустынных и соленых озерах.

Добыча и использование лития связаны с рядом экологических проблем. Добыча наносит вред окружающей среде, а выпаривание рассола требует огромного количества воды и химикатов для отделения ценного металла лития от жидкости.

Кроме того, литий - это ограниченный природный ресурс, поэтому, если запасы трех южноамериканских производителей лития - Боливии, Аргентины и Чили - истощатся, придется искать новый источник, и возникнет та же проблема.

Из-за экологических, технических и социально-экономических проблем, связанных с существующими методами добычи лития, ученым, промышленникам и правительственным организациям по всему миру важно найти альтернативные методы.

Изменения в землепользовании, узкие места в ресурсах и даже выбросы ископаемого топлива сдерживают "зеленый" потенциал добычи лития, поэтому независимо от того, NCM или LFP, альтернативные технологии должны разрабатываться с учетом того, что ресурсы конечны.

Разрушение среды обитания в результате добычи полезных ископаемых и загрязнения окружающей среды приводит к потере биоразнообразия. Это влияет на местные продовольственные цепочки и безопасность уязвимых групп населения, для которых местная среда является источником продовольствия и экономического дохода.

Химическое загрязнение местных водоносных горизонтов и рек имеет серьезные последствия для будущих поколений коренного населения.

Решение этих экологических проблем и технических задач необходимо для обеспечения устойчивости добычи лития и связанных с ней технологий, поэтому обеспечение максимально возможной экологичности методов добычи лития является важной миссией "зеленой революции" нашего поколения.

---

Новые технологии в добыче лития

По мере того как растет спрос на литий и повышается осведомленность о влиянии методов добычи на окружающую среду, многие ученые и компании разрабатывают новые технологии.

Например, компания Lilac Solutions разрабатывает инновационный модульный метод ионного обмена, который повышает эффективность добычи и снижает ущерб окружающей среде и потребление воды.

Компания EnergyX предлагает прямое извлечение лития с помощью наночастиц с металлоорганическим каркасом.

В других исследованиях ионообменные смолы становятся жизнеспособной альтернативой существующим методам, а ученые из Германии и Великобритании изучили возможность извлечения лития из богатого литием гранита на геотермальных электростанциях.

В последнее время также изучаются новые методы осаждения. Исследователи изучили возможность использования солей фосфата натрия для повышения извлечения лития, что необходимо для добычи ресурсов из истощающихся месторождений.

В других исследованиях фосфорная кислота использовалась для извлечения лития из щелочных растворов выщелачивания.

Однако, несмотря на многообещающие перспективы, остается ряд серьезных проблем. Например, алюминатное осаждение стало подходящим методом для рассолов с высокой концентрацией Mg/Li, но оно дорого и требует большого количества щелочных соединений. Необходимы дополнительные исследования для уточнения новых достижений в области извлечения лития.

---

Серия публикаций о промышленности вторичных аккумуляторов

Том 1 Информационный обзор по сточным водам вторичной батареи Саемангеума, том 1 : Посмотреть

Том 2 Что такое вторичные сточные воды от батарейного рассола? ARK Environment : Посмотреть

Том 3 Добыча лития и оценка воздействия на окружающую среду - Вторичные батареи Insightsvol.3 : Посмотреть

Vol.4 Нулевой сброс жидкости (ZLD) и сточные воды вторичных батарей - предпосылки, плюсы и минусы : Посмотреть

Vol.5 Список отечественных компаний, связанных с очисткой сточных вод вторичных батарей : Посмотреть