رشد پرشتاب بازار باتری-های لیتیوم-یون، رقابت شدیدی برای دستیابی به منابع جدید و کارآمد استخراج لیتیوم ایجاد کرده است. امروزه شورابه‌های شورابَر (نمک‌زارها، حوضچه‌های تبخیری و حتی آب‌های زمین‌گرمایی) به‌عنوان غنی‌ترین منابع لیتیوم توجه را به خود جلب کرده‌اند. در تمام این مخازن، سیلیس کلوئیدی و یون‌های دوظرفیتی مثل منیزیم و کلسیم، مانع جدی در مسیر بازیابی انتخابی لیتیوم هستند. همین‌جا نقش «فلوکولاسیون» پررنگ می‌شود و سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم به‌دلیل قیمت پایین، دسترسی آسان و زیست‌سازگاری، جایگاهی ویژه یافته است.
چرا سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم؟
ساختار شیمیایی و قابلیت‌های فلوکولاسیون
سیلیکات سدیم با فرمول کلی Na₂O·nSiO₂ شامل زنجیره‌هایی از تتراهدراهای SiO₄ است که در محیط‌های قلیایی پایدار می‌‌شوند. افزودن آن به شورابه دو اثر هم‌زمان دارد: (۱) افزایش pH تا محدوده ۹-۱۰ و ایجاد بار منفی شدید روی سطح ذرات سیلیس، (۲) آزادسازی یون‌های سدیم که با سیلیس واکنش داده و ژل سیلیکا تولید می‌کنند. تجمع این ژل روی ذرات، پلیمرهای درشت تشکیل می‌دهد و ذرات ریز معلق را به فلوکول‌های بزرگ قابل ته‌نشینی تبدیل می‌کند. نتیجه، کاهش سریع کدورت و آماده‌سازی خوراک برای مراحل بعدی است؛ مانعی که بدون سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم به‌سختی رفع می‌شود.
مزایای رقابتی در برابر فلوکولانت‌های رایج
| شاخص | سیلیکات سدیم | پلی‌اکریل‌آمید | کلرید آهن/آلومینیوم |
|---|---|---|---|
| هزینه بر حسب $/t | کم | متوسط | متوسط |
| خطر خورندگی تجهیزات | پایین | ناچیز | بالا |
| حذف هم‌زمان Si و Mg | بله | خیر | محدود |
| سازگاری زیست‌محیطی | بالا | متوسط | پایین |
همان‌طور که می‌بینید، سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم نه‌تنها مشکل سیلیس، بلکه منیزیم مزاحم را نیز تا حد قابل توجهی رسوب می‌دهد؛ موضوعی که در پلیمرهای مصنوعی یا نمک‌های فلزی کمتر دیده می‌شود.
مکانیزم عملکرد در شورابه‌های لیتیومی
-
خنثیسازی بار کلوئیدها: در pH قلیاییِ ایجادشده، بار منفی سیلیس افزایش می‌یابد، اما حضور یون‌های سدیم، ضخامت لایه دوبل را کاهش داده و برخورد مؤثر ذرات را ممکن می‌سازد.
-
پلیمریزاسیون سیلیکات: SiO₃²⁻ و SiO₂(OH)₂ به سرعت تراکم یافته و پلیسیلیکاتهایی با وزن مولکولی بالا میسازند. این شبکه، ذرات معلق را در پیوندهای فیزیکی خود به دام می‌اندازد.
-
کوپرسپی‌تاسیون منیزیم: یون‌های Mg²⁺ با افزایش pH به Mg(OH)₂ تبدیل و بر روی فلوکول‌ها می‌نشینند؛ حذف Mg نسبت Ca/Li را بهبود می‌دهد و انحلال‌پذیری لیتیوم را حفظ می‌کند.
گام‌به‌گام فرآیند عملی استفاده از سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم
پیش‌تصفیه شورابه
-
فیلتراسیون زمخت برای حذف شن و مواد آلی.
-
تنظیم pH اولیه (≈6.5) تا از شوک ناگهانی کربناتی جلوگیری شود.
دوزینگ سیلیکات سدیم
| منبع شورابه | Li (mg L⁻¹) | SiO₂ (mg L⁻¹) | Mg/Li (جرمی) | دوز پیشنهادی سیلیکات (mg L⁻¹) |
|---|---|---|---|---|
| سالار د آتاکاما | 900 | 110 | 0.25 | 250-400 |
| شورابه زمین‌گرمایی اندونزی | 63 | 630 | 10.3 | 600-900 |
| شورابه دریاچه امبا | 200 | 220 | 1.5 | 300-500 |
نکته کاربردی: تزریق باید به‌صورت محلول ۱۰-۱۵٪ وزنی و با میکسر دور کند (g ≈ 200 s⁻¹) انجام شود؛ میکروتوربولانس زیاد باعث شکستن فلوکول‌ها می‌شود. ResearchGate
زمان تماس و ته‌نشینی
-
حوضچه آرامش ۵-۱۰ دقیقه کافی است تا فلوکول‌ها رشد کرده و ته‌نشین شوند.
-
سرعت ته‌نشینی observed ≈ 3 cm min⁻¹؛ تهیۀ Overflow شفاف با TSS < 50 ppm برای واحد استخراج حلال یا جذب انتخابی.
مدیریت لجن سیلیکاتی
لجن حاوی SiO₂، Mg(OH)₂ و ردپای فلزات است. با فیلترپرس و شست‌وشو می‌توان لیتیوم باقی‌مانده را < 0.5 % w/w رساند و آن را به جریان اصلی بازگرداند. باقی‌مانده، به‌عنوان افزودنی مصالح یا پوشش مقاوم شیمیایی قابل بازیافت است.
پارامترهای کلیدی طراحی در استفاده از سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم
| پارامتر | بازه بهینه | دلیل |
|---|---|---|
| pH نهایی | 9.0 ± 0.2 | حداکثر حذف Si و Mg بدون رسوب Li |
| نسبت SiO₂/Na₂O سیلیکات | 3.2-3.6 | قلیائیت کافی، حداقل سدیم اضافی |
| دما | 25-45 °C | ویسکوزیته قابل قبول و جنبش یونی مناسب |
| زمان برش (G·t) | 20,000-30,000 | تعادل بین رشد فلوکول و شکست آن |
کنترل کیفیت و پایش فرآیند
-
جار تست روزانه برای تنظیم دوز.
-
ICP-OES آنلاین؛ هدف، SiO₂ < 100 ppm و Mg < 30 ppm در خوراک واحد استخراج.
-
پارامتر NTU بعد از فلوکولاسیون ≤ 5.
-
اندازه فلوکول با لیزرولایت 500-1000 µm؛ هر چه یکنواخت‌تر، جداسازی راحت‌تر.
اثرات جانبی و راهکارهای حداقل‌سازی اتلاف لیتیوم
برخلاف پلیآلومینیوم کلراید، سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم تمایل کمی به همرسوبی لیتیوم دارد؛ با این حال در دوزهای > 1000 mg L⁻¹ ممکن است تا 5 % لیتیوم به دام پلیسیلیکات بیفتد. استفاده از شست‌وشوی قلیایی ضعیف (1 % NaOH) روی لجن،Li را بازیابی و به مدار برمی‌گرداند.
مطالعات موردی
شورابه زمین‌گرمایی دینگ، اندونزی
استفاده از فلوکولانت سیلیکاتی، غلظت سیلیس را از 630 ppm به 90 ppm کاهش داد (کاهش 86 %) و بازده استخراج لیتیوم در مرحله حلالی را به 90 % رساند. ResearchGate
شورابه نمکی چین
مطالعه MDPI نشان داد افزودن نسبت مولی 1.25 سیلیکات سدیم، منیزیم تقریباً به‌طور کامل و تنها 22 % لیتیوم را رسوب داد؛ جداسازی Mg/Li بهبود یافت و هزینه تبادل یونی مرحله بعد 35 % کاهش یافت. MDPI
ارزیابی اقتصادی استفاده از سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم
-
سیلیکات سدیم مایع ریشیو 3.3 با قیمت متوسط 290 $/t در بازار FOB شناخته می‌شود؛ در مقایسه کلرید آهن 380 $/t و پلیآکریلآمید آنیونی 2,200 $/t است.
-
مصرف ویژه 0.35 t سیلیکات/kt شورابه، هزینه فلوکولاسیون را به 0.10 $/kg Li₂CO₃ کاهش می‌دهد.
-
با حذف Mg و Si، مصرف اسید/باز در استخراج حلالی 18 % کمتر و هزینه تصفیه پساب 12 % پایین‌تر گزارش شده است. MDPI
ملاحظات زیست‌محیطی و ایمنی
سیلیکات سدیم در طبقه‌بندی GHS فاقد سمیت حاد است؛ تنها خاصیت قلیایی آن می‌تواند پوست را تحریک کند. لجن سیلیکاتی، غیرخطرناک طبقه‌بندی می‌شود و پس از تثبیت در بتن سازگار است. با مدیریت ساده، سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم همسو با استانداردهای ISO 14001 خواهد بود.
خطرات سیلیکات سدیم برای انسان و محیط زیست
آینده فناوری
-
فلوکولانت‌های هیبریدی پلیسیلیکات-بیوپلیمر برای کاهش اتلاف لیتیوم.
-
نانو-سیلیکات‌های فعال سطحی جهت کوتاه‌کردن زمان ته‌نشینی به < 2 min.
-
پیوند فرآیند فلوکولاسیون با الکترودیالیز تک‌مرحله‌ای برای جداسازی هم‌زمان Na⁺ و K⁺. RSC Publishing
قیمت و خرید سیلیکات سدیم مایع
اگر به‌دنبال یک ماده آماده برای پیاده‌سازی موارد بالا هستید، سیلیکات سدیم مایع ریشیو 3.3 – گرید فلوکولاسیون شرکت سیلیکات گستر اصفهان را توصیه می‌کنیم. این محصول با بومه 41°،%Na₂O آزاد < 0.8 و ویسکوزیته مهندسی‌شده برای دوزینگ پیوسته دقیقاً برای کاربرد سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم طراحی شده است. برای دریافت آنالیز، SDS و قیمت روز، همین حالا با بخش فنی تماس بگیرید.
یک تماس کوتاه، نقطه شروع بهینه‌سازی خط استخراج لیتیوم شماست!
جمع‌بندی
در این مقاله، با نگاهی جامع و البته صمیمی، نشان دادیم چگونه سیلیکات سدیم به‌عنوان فلوکولانت استخراج لیتیوم می‌تواند مزاحمت‌های سیلیس و منیزیم را مهار کرده و مسیر بازیابی لیتیوم را اقتصادی‌تر سازد. انتخاب دوز و شرایط عملیاتی مناسب، اتلاف لیتیوم را به حداقل می‌رساند و کیفیت خوراک واحدهای بعدی را بالا می‌برد. با بهره‌گیری از گرید صنعتی پیشنهادشده، می‌توانید ضمن کاهش هزینه‌های شیمیایی و انرژی، استانداردهای زیست‌محیطی را نیز پاس کنید.
پرسش‌های متداول
| سؤال | پاسخ کوتاه |
|---|---|
| آیا سیلیکات سدیم باعث رسوب لیتیوم نمی‌شود؟ | در دوزهای بهینه (< 1 g L⁻¹) اتلاف لیتیوم معمولاً < 5 ٪ است و با شست‌وشوی لجن قابل بازیابی است. |
| چگونه دوز بهینه را پیدا کنیم؟ | اجرای جار تست با سه سطح 0.3، 0.6 و 0.9 g L⁻¹ بهترین راه برای تعیین نقطه عملکردی است. |
| آیا فلوکولانت‌های پلیمر مصنوعی جایگزین بهتری‌اند؟ | پلیمرها در حذف سیلیس ضعیف‌اند و منیزیم را اصلاً ته‌نشین نمی‌کنند؛ هزینه بالاتری هم دارند. |
| آیا می‌توان سیلیکات سدیم جامد استفاده کرد؟ | بله؛ اما باید پیش از تزریق حل شود تا از شوک pH و گرفتگی خطوط جلوگیری شود. |
| پساب ناشی از فلوکولاسیون چگونه مدیریت می‌شود؟ | لجن سیلیکاتی پس از آب‌گیری غیرخطرناک است و در مصالح سیمانی قابل استفاده مجدد است. |
برای مشاوره تخصصی و خرید سریع، همین امروز با کارشناسان سیلیکات گستر تماس بگیرید و اولین گام در بهینه‌سازی فرآیند استخراج لیتیوم خود را بردارید!
