máy khai thác lithium

máy khai thác lithium: Tổng quan về công nghệ khai thác

Sự gia tăng nhu cầu toàn cầu về lithium, được thúc đẩy chủ yếu bởi xe điện và các cuộc cách mạng lưu trữ năng lượng tái tạo, đã tập trung cao độ vào các công nghệ và máy móc được sử dụng để khai thác kim loại pin quan trọng này. Liti không được tìm thấy ở dạng kim loại nguyên chất trong tự nhiên mà được lấy từ hai nguồn chính: khoáng sản lithium đá cứng (đặc biệt là spodumene) và nước muối giàu lithium. Các máy và quy trình khai thác được sử dụng về cơ bản khác nhau giữa hai nguồn này, liên quan đến thiết bị chuyên dụng để nghiền, mài, tuyển nổi, bay hơi, và chiết xuất lithium trực tiếp (DLE). Bài viết này phác thảo các máy móc chính được sử dụng trong lĩnh vực khai thác lithium, so sánh ứng dụng của chúng, và kiểm tra việc triển khai trong thế giới thực.

1. Khai thác lithium Hard Rock (Spodumen) Máy móc
Phương pháp khai thác thông thường này liên quan đến việc khai thác quặng chứa lithium (điển hình là spodumene, LiAlSi₂O₆) từ trầm tích pegmatit. Quá trình này sử dụng nhiều thiết bị và tuân theo quy trình xử lý khoáng sản tiêu chuẩn.

• khai thác: Thiết bị di chuyển trái đất quy mô lớn được sử dụng, bao gồm cả xẻng thủy lực, bộ tải phía trước, và xe tải chở hàng (VÍ DỤ., sâu bướm 794 AC hoặc Komatsu HD785).
• lễ rước lễ: Quặng được giảm kích thước thông qua hàng loạt máy móc.
  • Máy nghiền sơ cấp: Máy nghiền con quay hoặc máy nghiền hàm xử lý quặng lớn.
  • sơ trung & nghiền cấp ba: máy nghiền hình nón tiếp tục giảm kích thước quặng.
  • máy nghiền: Cuộn mài áp suất cao (HPGR) và máy nghiền bi nghiền quặng thành bột mịn để giải phóng tinh thể spodumene.
• Sự tập trung: Quặng bột trải qua quá trình tuyển nổi bọt. Máy móc chính bao gồm bể khuấy trộn, Tế bào tuyển nổi (tế bào bể outotec là phổ biến), và thuốc thử để tách chất cô đặc spodumene khỏi chất thải khoáng gangue.
• Xử lý thêm: Chất cô đặc (~6% Li₂O) sau đó thường được sấy khô trong máy sấy quay trước khi vận chuyển hoặc chuyển đổi tại chỗ thành lithium hydroxit hoặc cacbonat bằng lò quay nhiệt độ cao và nhà máy xử lý hóa học.

2. Máy chiết xuất nước muối lithium & Giải pháp
Chiết xuất nước muối, phổ biến ở người lương Nam Mỹ như Atacama, liên quan đến việc bơm nước muối giàu lithium dưới bề mặt vào các ao bốc hơi rộng lớn. Máy móc ít truyền thống hơn "Khai thác mỏ" và nhiều thông tin khác về xử lý chất lỏng và xử lý hóa chất.

• Chiết xuất nước muối: Máy bơm chìm nâng nước muối từ giếng lên mặt nước.
• Sự tập trung: Một loạt các bể bốc hơi có lót hàng sử dụng năng lượng mặt trời và gió để tập trung lithium vào 12-24 tháng. Thiết bị bao gồm lót ao (HDPE), hệ thống giám sát, và máy thu hoạch (VÍ DỤ., máy kéo có máy cạp) để thu thập muối đậm đặc.
• nhà máy chế biến: Nước muối đậm đặc được vận chuyển đến nhà máy chế biến có tính năng:
  • Đơn vị thanh lọc: Thiết bị trao đổi ion hoặc chiết dung môi loại bỏ các tạp chất như magie và boron.
  • Lò phản ứng/bể chứa lượng mưa: Natri cacbonat được thêm vào để kết tủa liti cacbonat thô.
  • Máy ly tâm & Máy sấy: Chúng tách và làm khô sản phẩm lithium cacbonat cuối cùng.

3. Công nghệ mới nổi: Khai thác lithium trực tiếp (DLE)
Công nghệ DLE nhằm mục đích chiết xuất có chọn lọc lithium từ nước muối bằng chất hấp thụ, màng, hoặc vật liệu trao đổi ion, mang lại lợi thế tiềm năng về tốc độ, Tỷ lệ phục hồi, và dấu chân môi trường. Máy móc cốt lõi thay đổi tùy theo công nghệ nhưng thường liên quan đến:

• Cột hấp phụ/đơn vị trao đổi ion: Nơi nước muối chảy qua vật liệu chọn lọc thu giữ các ion lithium.
• Hệ thống tách màng: Bao gồm các thiết bị lọc nano hoặc điện phân.
• rửa giải & Thiết bị đánh bóng: Tách lithium khỏi chất hấp phụ và tinh chế nó thành dung dịch clorua đậm đặc sẵn sàng để chuyển đổi.

So sánh các phương pháp khai thác lithium sơ cấp

Tính năng	Khai thác đá cứng (Spodumen)	Ao bay hơi nước muối	Khai thác lithium trực tiếp (DLE)
Máy sơ cấp	máy nghiền, máy nghiền, Tế bào tuyển nổi	Máy bơm, Ao bay hơi, Bể chứa mưa	Cột hấp phụ/Mô-đun màng, Đơn vị trao đổi ion
Thời gian dẫn	Xây dựng lâu hơn; tăng tốc sản xuất nhanh hơn (~1-2 năm)	Thời gian bay hơi rất dài (>18 tháng)	Thời gian tạo ra sản phẩm nhanh hơn; nhà máy mô-đun có thể
Địa lý tài nguyên	Úc, Canada, Châu phi	Chilê, Argentina, Bôlivia (Sala Andes)	Có thể áp dụng cho nhiều loại nước muối khác nhau (bao gồm cả địa nhiệt)
Cân nhắc về môi trường	Sử dụng năng lượng cao để nghiền nhỏ; Quản lý chất thải	Sử dụng đất/nước lớn; tiềm năng tác động của tầng chứa nước	Giảm sử dụng đất/nước; cần quản lý hóa chất
Sản phẩm tiêu biểu	Spodumen cô đặc (~6% Li₂O)	Liti cacbonat	Dung dịch Lithium Clorua có độ tinh khiết cao

Nghiên cứu trường hợp thực tế: Mỏ Greenbushe & Thí điểm giải pháp Lilac

• Ví dụ về Hard Rock – Mỏ Greenbushes (Úc): Được vận hành bởi Talison Lithium, đây là mỏ spodumene đang hoạt động lớn nhất thế giới. Nó sử dụng một nhà máy chế biến lớn có các mạch nghiền hiện đại với máy nghiền hàm và hình nón, sau đó là máy nghiền mịn. Các mạch phân tách và tuyển nổi môi trường dày đặc của nó được tự động hóa cao để sản xuất hiệu quả cả chất cô đặc spodumene cấp kỹ thuật và cấp hóa học. Quy mô ở đây xác định việc khai thác lithium bằng đá cứng hiện đại.

• Ví dụ về giải pháp DLE – Lilac Solutions & Dự án Kachi tài nguyên hồ (Argentina): Lilac Solutions đã phát triển công nghệ DLE trao đổi ion bằng vật liệu hạt độc quyền. Trong một mô-đun thí điểm tại khu vực dự án Kachi,những cỗ máy quan trọng là các bình hấp phụ trong đó nước muối được chảy qua các hạt trao đổi ion. Sau khi thu giữ các ion lithium,các hạt được xử lý bằng axit để giải phóng chất tinh khiết,giải pháp giàu lithium trong khi đưa phần lớn nước muối ban đầu xuống lòng đất. Thí điểm này đã chứng minh một quy trình có tỷ lệ thu hồi cao hơn đáng kể (>80%) hơn ao,và không có thời gian bay hơi kéo dài nhiều năm. Bước tiếp theo liên quan đến việc mở rộng quy mô nhà máy dựa trên máy mô-đun này sang sản xuất thương mại.

Câu hỏi thường gặp

1. Loại máy nào đắt nhất trong mỏ lithium đá cứng??
   Thiết bị sử dụng nhiều vốn nhất thường được tìm thấy trong mạch chuyển mạch—đặc biệt là,máy nghiền công suất cao(như máy nghiền SAG hoặc máy nghiền bi)và cuộn mài áp suất cao(HPGR).Những cỗ máy này tiêu thụ một lượng năng lượng khổng lồ(cấu thành lên tới 50% chi phí vận hành trang web)và yêu cầu đầu tư ban đầu đáng kể do quy mô của chúng,yêu cầu về sức mạnh vật chất,và hệ thống truyền động phức tạp.

2. Tại sao chúng ta không thể sử dụng thiết bị di chuyển trái đất tiêu chuẩn từ các mỏ than để khai thác nước muối lithium?
   Chiết xuất nước muối không liên quan đến việc di chuyển chất rắn khối lượng lớn. Lithium từ salar được hòa tan trong nước dưới lòng đất. Quá trình này đòi hỏi thiết bị xử lý chất lỏng chuyên dụng—máy bơm chống ăn mòn,đường ống,và hệ thống quản lý ao nuôi—chứ không phải xẻng,xe tải,và máy nghiền. The "Khai thác mỏ"thực chất là một quá trình thủy luyện kim hóa học trên mặt đất sau khi bơm.

3. Công nghệ DLE hiện đang thay thế ao bốc hơi truyền thống?
   Chưa ở quy mô lớn. Tính đến năm 2024, DLE vẫn là một công nghệ mới nổi đang được thử nghiệm và mở rộng quy mô tại một số dự án(ví dụ:Tài nguyên Lilac/Hồ,Dự án Centenario của Eramet).Mặc dù nó hứa hẹn những lợi ích to lớn(giảm dấu chân,sản xuất nhanh hơn),Các ao bốc hơi vẫn là công nghệ thương mại chủ yếu để sản xuất nước muối do tính hiệu quả đã được chứng minh của chúng.,tính đơn giản trong vận hành dựa vào ánh nắng mặt trời.DLE vẫn phải chứng minh được độ tin cậy lâu dài,hiệu quả chi phí,và khả năng mở rộng ở cấp độ sản xuất thương mại đầy đủ trên các loại hóa chất nước muối khác nhau.

4. Điều gì xảy ra với tất cả đá thải từ khai thác lithium đá cứng?
   Đá không chứa lithium(băng nhóm)được quản lý dưới dạng chất thải. Sau khi nghiền và khai thác khoáng sản,chất thải bùn mịn được bơm đến cơ sở lưu trữ chất thải(TSF),các đập được thiết kế để lưu trữ an toàn lâu dài. Tái chế nước bền vững từ các cơ sở này và xếp khô chất thải đang là lĩnh vực trọng tâm ngày càng quan trọng để giảm tác động môi trường và sử dụng nước,một thách thức chính được các nhóm ngành như IRMA nhấn mạnh(Sáng kiến ​​đảm bảo khai thác có trách nhiệm).

5.Có mỏ khai thác lithium/robot nào hoàn toàn tự động không??
Mặc dù chưa hoàn toàn bằng robot,các mỏ đá cứng lớn như Greenbushes và Wodgina ở Úc sử dụng mức độ tự động hóa cao. Điều này bao gồm cả xe tải chở hàng tự hành(dẫn đường bằng GPS),giàn khoan điều khiển từ xa,và các nhà máy xử lý tự động hóa cao với các phòng điều khiển tập trung. Tự động hóa cải thiện sự an toàn,hiệu quả,và độ chính xác trong xử lý và xử lý vật liệu,nhưng sự giám sát của con người vẫn rất quan trọng đối với việc bảo trì và ra quyết định phức tạp