چالش‌های استحصال لیتیوم در کشور

اقتصاد معاصر-مجتبی بابائی، پژوهشگر حوزه صنعت: لیتیوم یک عنصر حیاتی و از نظر فناوری مهم است که در سرامیک، شیشه، روان‌کننده‌ها، آلیاژهای سبک، دارو و باتری‌ها استفاده می‌شود.

استفاده از باتری‌های لیتیوم یون در خودروهای الکتریکی و دستگاه‌های الکترونیکی تقاضای جهانی برای لیتیوم را افزایش داده است، روندی که احتمالا ادامه خواهد داشت. لیتیوم را می‌توان به‌ صورت ترکیبی در سنگ‌های آذرین، آبخوان‌های شورابه، ذخایر خاک رس، کانه‌ها، صخره‌ها و آب دریا یافت.

به‌ طور کلی، منابع فعلی و بالقوه لیتیوم در سراسر جهان بر اساس نوع ذخایر به صورت شورابه حوضچه‌های بسته، ۵۸ درصد، پگماتیت‌ها (از جمله گرانیت های غنی از لیتیوم)، ۲۶ درصد، رس‌های لیتیوم (هکتوریت)، ۷ درصد و سایر منابع شامل شورابه‌های میدان‌های نفتی، شورابه‌های زمین گرمایی و زئولیت‌های لیتیوم (جداریت) نیز هر کدام ۳ درصد، تقسیم‌بندی می‌شوند. 

وزارت صنعت، معدن و تجارت (صمت) ایران در تاریخ ۲۳ اسفند ۱۴۰۳، در گزارشی رسمی با جزئیات بی‌سابقه خبر از کشف لیتیوم در سه استان قم (دریاچه نمک قم)، اصفهان (خور) و سمنان (طرود) داده است.

طبق این گزارش، میزان لیتیوم موجود در دریاچه نمک قم ppm ۸۱.۴، شورابه‌های ورودی به کارخانه پتاس خور ppm ۴۱.۷۴ و طرود ppm ۱۸.۲۵ است. 

غلظت لیتیوم و نسبت منیزیم به لیتیوم از پارامترهای مهم برای اقتصادی‌ بودن تولید لیتیوم از شورابه‌ها هستند. بدین صورت که هر چه میزان نسبت منیزیم به لیتیوم کمتر باشد، فرایند استحصال لیتیوم اقتصادی‌تر خواهد بود. همچنین تبخیر سطحی نیز عامل بسیار مهمی در زمینه استحصال لیتیوم است که به موقعیت مکانی و جغرافیایی منبع شورابه بستگی دارد. در واقع هر چقدر میزان تبخیر سطحی بیشتر باشد، مقدار تولید بیشتر و زمان لازم برای استحصال لیتیوم از شورابه، کمتر خواهد بود. به‌ طور کلی سه عامل غلظت بالا لیتیوم، نسبت پایین منیزیم به لیتیوم (Mg/Li <۱۰) و تبخیر سطحی بالا برای اقتصادی بودن استحصال لیتیوم از شورابه اهمیت دارد. 

در مقایسه با استخراج لیتیوم از سنگ معدن، استخراج لیتیوم از شورابه دریاچه نمک با نسبت منیزیم به لیتیوم پایین (نسبت جرمی منیزیم به لیتیوم کمتر از ۶) به دلیل مزایای ذاتی مصرف انرژی کم، هزینه کم و...، به طور گسترده‌ای در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است.

اگرچه محتوای غلظت لیتیوم در شورابه بین ppm ۵ تا ppm ۵۰۰۰ متغیر است اما بازیابی اقتصادی لیتیوم (cut-off grade) برای اکثر دریاچه‌های نمک حداقل ۶۰۰-۷۰۰ ppm است. با این حال، رسوبات چینی دارای عیارهایی پایین‌تر در حدود ۱۰۰-۴۰۰ ppm هستند؛ مشابه رسوب دره کلیتون در ایالات متحده که عیار آن حدود ۲۰۰ ppm است. استخراج رسوبات با محتوای لیتیوم به طور قابل توجهی پایین‌تر از ppm ۶۰۰، اگر محصولات جانبی اضافی از شورابه قابل دستیابی باشد یا اگر عناصر مضر بسیار کمی وجود داشته باشد، ممکن است از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد. با این حال، هم زیرساخت‌ها و هم آب و هوا نقش مهمی در استخراج اقتصادی لیتیوم از دریاچه‌های نمک ایفا می‌کنند. 

متاسفانه، اکثریت شورابه‌های ایران با نسبت منیزیم به لیتیوم بالا مشخص می‌شوند. نسبت جرمی منیزیم به لیتیوم به ۲۵۰:۱ می‌رسد و در برخی موارد ممکن است بیشتر از ۱۸۰۰:۱ باشد. بنابراین، مقدار زیادی یون منیزیم و مقدار کمی یون لیتیوم در شورابه دریاچه نمک همزیستی دارند.

خواص شیمیایی یون منیزیم بسیار شبیه به خواص لیتیوم است، به طوری که جداسازی لیتیوم از منیزیم بسیار دشوار است که در حال حاضر استخراج و کاربرد لیتیوم را محدود می‌کند. در دنیا محققان مطالعات زیادی را برای حل مشکل جهانی استخراج لیتیوم از شورابه با نسبت منیزیم به لیتیوم بالا انجام داده‌اند؛ با این حال، تاکنون هیچ روشی در تولید صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است. 

شورابه‌های غنی از لیتیوم که از نظر اقتصادی قابل بهره‌برداری هستند، حاوی مقادیر متفاوتی از کاتیون‌ها و آنیون‌های اصلی (سدیم، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، کلر، سولفات و کربنات) هستند که می‌توانند طیف وسیعی از نمک‌های یونی را تشکیل دهند. این شورابه‌ها همچنین می‌توانند حاوی مقادیر قابل توجهی لیتیوم، بور، باریم، استرانسیم، برم، ید و فلوئور باشند و در مواردی که لیتیوم در مرتبه صدها میلی‌گرم در لیتر تغلیظ می‌شود. این رسوبات می‌توانند به عنوان رسوباتی با ظرفیت اقتصادی قابل توجه در استخراج لیتیوم طبقه‌بندی شوند. در جدول زیر مقایسه‌ای بین ترکیبات شورابه‌های مختلف با ارزش تجاری در سراسر جهان با شورابه‌های گزارش وزارت صمت مشاهده می‌شود. 

به طور کلی، میزان لیتیوم موجود در شورابه‌های ایران بسیار کمتر از حد اقتصادی است و همچنین نسبت منیزیم به لیتیوم آن نیز بسیار بالا بوده که این موضوعات باعث می‌شوند که استحصال لیتیوم از شورابه‌های ایران مقرون به صرفه نباشد. در شورابه‌های ایران، محصولات جانبی مانند پتاسیم، سدیم، کلسیم و منیزیم نیز همراه با لیتیوم وجود دارند که می‌توانند به اقتصادی بودن فرایند استحصال کمک کنند اما با این حال، پیش از ورود به منظور استحصال لیتیوم و محصولات جانبی از شورابه‌های ایران نیاز است که مشورت با صاحبان دانش و فناوری خارجی، مطالعات علمی، تکنولوژیکی و اقتصادی دقیقی انجام شود.

لازم به ذکر است که در سال ۱۴۰۱ اطلاعات نادرستی از میزان ذخایر سنگ معدنی لیتیوم در ایران ارائه شد که در آن ادعا شد که حدود ۸.۵ میلیون تن لیتیوم در کشور وجود دارد و ایران دومین کشور از نظر ذخایر لیتیوم در دنیاست. در حالی که ۸.۵ میلیون تن سنگ معدن با عیار ppm ۶۰-۸۰ لیتیوم وجود دارد که در واقع میزان لیتیوم معدنی ایران حدود ۵۱۰-۶۸۰ تن است. عیار حدی (cut-off grade) لیتیوم به منظور استحصال اقتصادی آن از معادن سنگی حدود ۰.۱۸ درصد لیتیوم (۰.۴ درصد اکسید لیتیوم) است که بسیار بیشتر از عیار لیتیوم معادن سنگی ایران است.

به طور کلی، ایران دارای منابع سنگی و شورابه‌ای لیتیوم با عیار کم است و به نظر می‌رسد که با قیمت فعلی لیتیوم استحصال آن اقتصادی نباشد. از طرفی، با توجه به رقابت انرژی در جهان ایران در آینده به فلز استراتژیک لیتیوم نیاز دارد که باید به هر نحو ممکن آن را تامین کند.

یکی از راهکارهای پیشنهادی، ورود به بازار معدن کشورهایی مانند بولیوی، افعانستان، لیبی، نیجریه و... است که دارای منابع قابل توجه لیتیوم با عیار بالا هستند و تکنولوژی لازم برای بهره‌برداری لیتیوم را ندارند و همچنین روابط سیاسی نسبتا مناسبی با ایران دارند.