فرمولاسیون گریس لیتیم
در این مطلب فرمولاسیون گریس لیتیم از سری مطلب دکتر فرمول، ما به تحلیل و تفسیر جزئیات آن فرآیند پرداختهایم.
گریس لیتیم چیست؟
هیدروکسید لیتیم یک ترکیب شناختهشده است که برای تهیه لیتیوم استارت، بهطور اصلی لیتیوم هیدروکسید، استفاده میشود. این ترکیب در فرآیند ساخت گریس بهعنوان ضخیمکننده نقش داشته و باعث ضخامت دهندگی نهایی گریس میشود. گریسهای لیتیومی دارای خاصیت ضدآب بوده و علاوه بر این، مقاومت خوبی در برابر دماهای بالا و پایین دارند. این محصولات توانایی کار در محدودهی وسیعی از دماها را دارا هستند. بهطور خلاصه، گریس لیتیومی بهعنوان یک ضخامتدهنده برای روغنها عمل میکند. وقتی به آن مخلوط میشود، تبدیل به یک ماده چسبنده میشود و دیگر بهصورت مایع روغنی عمل نمیکند.
گریس لیتیومی بهعنوان یک نوع رایج از گریس، در سراسر جهان بهعنوان روانکنندهای معمولی مورد استفاده قرار میگیرد. در صنعت خودروسازی بهخصوص، این نوع گریس بهعنوان روانکننده در بلبرینگها و قطعات شاسی مورد استفاده قرار میگیرد. مقاومت بالا در برابر آب و دماهای بالا، بهعنوان نمونهای از ویژگیهای عالی این گریس نشاندهنده کیفیت بالای آن است. این ویژگیها به این معناست که میتوان از گریس لیتیومی در شرایط مختلف استفاده کرد، در حالیکه گریسهای سنتی با پایهی سدیم یا کلسیم قادر به این کار نیستند.
در نتیجه، گریس لیتیومی بهعنوان یک ضخامتدهنده کاربردی و یک روانکنندهی پرکاربرد در صنایع مختلف شناخته میشود که بهواسطهی خواص منحصربهفردش، جایگزینی مناسب برای گریسهای سنتی از جنس سدیم و کلسیم محسوب میشود.
مؤلفههای تشکیلدهنده گریسها:
گریسها از سه جزء اصلی تشکیل شدهاند که باعث تولید خواص روانکننده در آنها میشوند. این مؤلفهها به شرح زیر هستند:
- روغن (Oil): روغن، بخش اصلی فرمول گریسهاست و کیفیت آن تأثیر مستقیمی بر کارایی گریسها دارد. این ماده به عنوان پایهی مایع عمل میکند و وظیفه حمل و انتقال حرارت و روانی را داراست. کیفیت و نوع روغن مورد استفاده در گریس، بر توانایی انجام وظایف ضدسایشی، ضداکسیداسیونی و دیگر خصوصیات مهم گریس تأثیر میگذارد.
- افزودنیها (Additives): افزودنیها برای بهبود خصوصیات و عملکرد گریسها به روغن اضافه میشوند. این مؤلفهها میتوانند بهصورت مختلفی عمل کنند، از جمله افزایش مقاومت به خوردگی، کاهش اکسیداسیون روغن، افزایش پایداری حرارتی و ضدآب بودن گریس.
- ضخیمکننده (Thickener): ضخیمکننده در گریس وظیفه نگهداری روغن و افزودنیها را انجام میدهد. این مؤلفه بهطور معمول بهصورت یک ساختار سهبعدی یا شبکهای درون مایع روغنی تشکیل میشود و از تراکم بالای آن برای نگهداشتن دیگر مؤلفهها استفاده میشود.
بهطور خلاصه، گریسها از این سه مؤلفه اصلی تشکیل شدهاند. روغن بهعنوان بخش مایع و پایه، افزودنیها بهعنوان اجزاء اصلاحکننده خصوصیات و ضخیمکننده بهعنوان ساختاردهنده درونی میباشند. این ترکیبها باعث مشخصهی روانکنندگی و ویژگیهای خاص گریسها میشوند.
ویژگیهای گریس لیتیم را بهبود دهیم:
گریس لیتیم به عنوان یک ماده پیشرفته دارای ویژگیهای فراوانی است که آن را به ابزاری بسیار کارآمد در حفاظت و بهینهسازی عملکرد قطعات صنعتی و مکانیکی تبدیل کردهاند:
- ضد خوردگی بالا: گریس لیتیم با فرمولاسیون مناسب، به عنوان یک لایه محافظ بر روی سطوح فلزی عمل میکند و از آنها در برابر خوردگی و اکسیداسیون محافظت میکند.
- روانکاری مطلوب: ویژگی روانکاری گریس لیتیم باعث انتقال آسان این ماده به نقاط مورد نیاز در تجهیزات میشود. این ویژگی باعث کاهش سایش و اصطکاک میان سطوح فلزی میشود.
- جلوگیری از نفوذ گرد و غبار: فرمولاسیون گریس لیتیم باعث ایجاد پوشش محافظ بر روی سطوح داخلی تجهیزات میشود و از نفوذ ذرات گرد و غبار به داخل تجهیزات جلوگیری میکند که از خرابی زودرس آنها جلوگیری میکند.
- مقاومت بالا در برابر آب و ضد اکسایش قوی: گریس لیتیم به دلیل ویژگیهای ضد آب و مقاومت در برابر اکسیداسیون، در شرایط مرطوب و محیطهایی که اکسیژن بالاست، به عنوان یک حاجز موثر عمل میکند و از تخریب و زنگ زدگی قطعات جلوگیری میکند.
- مقاومت در برابر درجه حرارت زیاد: گریس لیتیم با مقاومت بالا در برابر درجه حرارت تا ۱۴۰ درجه سانتیگراد، میتواند در شرایط داغ و محیطهای با دمای بالا به کار گرفته شود و از کاهش کارایی ناشی از حرارت جلوگیری کند.
این ویژگیها به همراه توانایی گریس لیتیم در حفظ عمر مفید و بهبود عملکرد قطعات صنعتی، آن را به یک انتخاب برجسته در صنایع گوناگون انسانی تبدیل کردهاند.
لیتیوم
لیتیوم (از یونانی باستان λίθος ( líthos ) «سنگ») یک عنصر شیمیایی است . دارای نماد Li و عدد اتمی 3 است. این یک فلز قلیایی نرم و سفید نقره ای است . در شرایط استاندارد ، کمترین چگالی فلز و کم چگالی ترین عنصر جامد است. مانند تمام فلزات قلیایی، لیتیوم بسیار واکنش پذیر و قابل اشتعال است و باید در خلاء، اتمسفر بی اثر یا مایع بی اثر مانند نفت سفید خالص یا روغن معدنی ذخیره شود. درخشندگی فلزی از خود نشان می دهد . به سرعت در هوا خورده می شود و به رنگ خاکستری مایل به نقره ای تبدیل می شود و سپس سیاه می شود. در طبیعت آزادانه وجود ندارد، اما عمدتاً به صورت کانی های پگماتیتی که زمانی منبع اصلی لیتیوم بودند، وجود دارد. به دلیل حلالیت آن به صورت یون، در آب اقیانوس ها وجود دارد و معمولاً از آب نمک به دست می آید . فلز لیتیوم به صورت الکترولیتی از مخلوطی از کلرید لیتیوم و کلرید پتاسیم جدا می شود .
لیتیوم، 3 لی |
اتمی و فیزیکی
شمش های لیتیوم با لایه نازکی از نیترید سیاه رنگ کدر می شود
به فلزات قلیایی ، خانواده لیتیوم نیز گفته می شود که عنصر اصلی آن است. مانند سایر فلزات قلیایی (که سدیم (Na)، پتاسیم (K)، روبیدیم (Rb)، سزیم (Cs) و فرانسیوم (Fr) هستند)، لیتیوم دارای یک الکترون ظرفیتی واحد است که در حضور حلالها به راحتی آزاد شد و Li + را تشکیل داد . [7] به همین دلیل، لیتیوم رسانای خوبی برای گرما و الکتریسیته و همچنین یک عنصر بسیار واکنش پذیر است، اگرچه کمترین واکنش را در بین فلزات قلیایی دارد. واکنش پذیری کمتر لیتیوم به دلیل نزدیکی الکترون ظرفیت آن به هسته آن است ( دو الکترون باقی مانده در مدار 1s هستند ، انرژی بسیار کمتری دارند و در پیوندهای شیمیایی شرکت نمی کنند). [7] لیتیوم مذاب به طور قابل توجهی واکنش پذیرتر از شکل جامد آن است. [8] [9]
فلز لیتیوم به اندازه ای نرم است که بتوان با چاقو برش داد. نقره ای-سفید است. در هوا اکسید می شود و به اکسید لیتیوم تبدیل می شود . [7] نقطه ذوب آن 180.50 درجه سانتیگراد (453.65 K؛ 356.90 درجه فارنهایت) [10] و نقطه جوش آن 1342 درجه سانتیگراد (1615 K؛ 2448 درجه فارنهایت) [10] هر کدام بالاترین همه فلزات قلیایی هستند. چگالی آن 0.534 g/cm3 کمترین است.
لیتیوم دارای چگالی بسیار کم (0.534 گرم بر سانتی متر مکعب ) است که با چوب کاج قابل مقایسه است . [11] این کمترین چگالی در بین تمام عناصری است که در دمای اتاق جامد هستند. سبکترین عنصر جامد بعدی (پتاسیم با 0.862 گرم بر سانتیمتر مکعب ) بیش از 60 درصد چگالتر است. جدا از هلیوم و هیدروژن ، به عنوان یک جامد، چگالی آن کمتر از هر عنصر دیگری به عنوان مایع است، و چگالی آن تنها دو سوم از نیتروژن مایع است (0.808 گرم بر سانتی متر مکعب ). [12] لیتیوم میتواند روی سبکترین روغنهای هیدروکربنی شناور باشد و یکی از سه فلزی است که میتواند روی آب شناور باشد، دو فلز دیگر سدیم و پتاسیم هستند .
لیتیوم شناور در روغن
ضریب انبساط حرارتی لیتیوم دو برابر آلومینیوم و تقریباً چهار برابر آهن است . [13] لیتیوم در فشار استاندارد [14] زیر 400 μK و در دماهای بالاتر (بیش از 9 کلوین) در فشارهای بسیار بالا (> 20 گیگا پاسکال) ابررسانا است. [15] در دماهای کمتر از 70 کلوین، لیتیوم، مانند سدیم، دستخوش تغییرات تغییر فاز بدون انتشار می شود . در 4.2 K دارای یک سیستم کریستالی لوزی شکل (با فاصله تکرار نه لایه) است. در دماهای بالاتر به مکعب صورت محور و سپس به مکعب بدن محور تبدیل می شود . در دمای مایع-هلیوم (4 K) ساختار لوزی وجهی رایج است. [16] اشکال آلوتروپیک متعددی برای لیتیوم در فشارهای بالا شناسایی شده است. [17]
لیتیوم دارای ظرفیت گرمایی ویژه جرمی 3.58 کیلوژول بر کیلوگرم کلوین است که بالاترین میزان در بین تمام جامدات است. [18] [19] به همین دلیل، فلز لیتیوم اغلب در خنک کننده ها برای کاربردهای انتقال حرارت استفاده می شود. [18]
ایزوتوپ ها
مقاله اصلی: ایزوتوپ های لیتیوم
لیتیوم طبیعی از دو ایزوتوپ پایدار 6 Li و 7 Li تشکیل شده است که دومی فراوان تر است (95.15 درصد فراوانی طبیعی ). [20] [21] هر دو ایزوتوپ طبیعی انرژی اتصال هسته ای غیرعادی پایینی در هر نوکلئون دارند (در مقایسه با عناصر همسایه در جدول تناوبی ، هلیم و بریلیم ). لیتیوم تنها عنصر کم شماره است که می تواند انرژی خالص را از طریق شکافت هسته ای تولید کند . دو هسته لیتیوم انرژی اتصال کمتری در هر نوکلئون نسبت به سایر هسته های پایدار به جز هیدروژن-1 ، دوتریوم و هلیوم-3 دارند . [22] در نتیجه این، اگرچه وزن اتمی بسیار سبک است، لیتیوم در منظومه شمسی کمتر از 25 عنصر از 32 عنصر شیمیایی اول رایج است. [5] هفت رادیو ایزوتوپ مشخص شده است که پایدارترین آنها 8 Li با نیمه عمر 838 میلی ثانیه و 9 لی با نیمه عمر 178 میلی ثانیه است. تمام ایزوتوپ های رادیواکتیو باقی مانده نیمه عمری دارند که کمتر از 8.6 میلی ثانیه است. کوتاهترین ایزوتوپ لیتیوم 4 Li است که از طریق گسیل پروتون تجزیه میشود و نیمهعمر آن 7.6×10-23 ثانیه است . [23] ایزوتوپ Li 6 یکی از تنها پنج هسته پایدار است که دارای تعداد فرد پروتون و تعداد فرد نوترون است ، چهار هسته پایدار فرد و فرد دیگر هیدروژن-2 ، بور-10 ، نیتروژن-14 ، و تانتالیوم 180 متر . [24]
7 Li یکی از عناصر اولیه (یا به عبارت بهتر، هستههای اولیه ) است که در سنتز هستهای بیگ بنگ تولید میشود . مقدار کمی از 6 Li و 7 Li در ستارگان در طول سنتز هسته ستاره ای تولید می شود ، اما بیشتر به همان سرعتی که تولید می شود ” سوخته ” می شود. [25] 7 لی می تواند در ستاره های کربنی نیز تولید شود . [26] مقادیر کمی اضافی از 6 لی و 7 لی ممکن است از باد خورشیدی، برخورد پرتوهای کیهانی به اتمهای سنگینتر، و از فروپاشی رادیواکتیو منظومه شمسی اولیه تولید شود . [27]
ایزوتوپ های لیتیوم به طور قابل توجهی در طول طیف گسترده ای از فرآیندهای طبیعی، [28] از جمله تشکیل مواد معدنی (رسوب شیمیایی)، متابولیسم ، و تبادل یونی تقسیم می شوند . یونهای لیتیوم جایگزین منیزیم و آهن در مکانهای هشتوجهی در کانیهای رسی میشوند ، جایی که 6 لی به 7 لی ترجیح داده میشود و در نتیجه ایزوتوپ نور در فرآیندهایپرفیلتراسیون و دگرسانی سنگ غنیتر میشود. شناخته شده است که 11 Li عجیب و غریب دارای هاله نوترونی است که 2 نوترون به دور هسته آن متشکل از 3 پروتون و 6 نوترون می چرخند. فرآیندی که به عنوان جداسازی ایزوتوپ لیزری شناخته میشود ، میتواند برای جداسازی ایزوتوپهای لیتیوم، به ویژه ۷ لی از ۶ لی، استفاده شود. [29]
ساخت سلاحهای هستهای و سایر کاربردهای فیزیک هستهای منبع اصلی تقسیم لیتیوم مصنوعی هستند، به طوری که ایزوتوپ سبک 6 لی توسط صنایع و انبارهای نظامی به حدی حفظ میشود که باعث تغییر جزئی اما قابل اندازهگیری در نسبتهای 6 لی به 7 لیتیوم شده است. در منابع طبیعی مانند رودخانه ها این منجر به عدم قطعیت غیرمعمول در وزن اتمی استاندارد لیتیوم شده است، زیرا این مقدار به نسبت فراوانی طبیعی این ایزوتوپهای لیتیوم پایدار طبیعی بستگی دارد، زیرا در منابع معدنی لیتیوم تجاری موجود هستند. [30]
هر دو ایزوتوپ پایدار لیتیوم را می توان با لیزر خنک کرد و برای تولید اولین مخلوط کوانتومی دژنراتیو Bose – Fermi استفاده شد . [31]
وقوع
لیتیوم تقریباً به اندازه کلر در پوسته قاره بالایی زمین ، بر اساس هر اتم رایج است.
نجومی
مقالات اصلی: نوکلئوسنتز ، نوکلئوسنتز ستارهای ، و سوزاندن لیتیوم
اگرچه لیتیوم در بیگ بنگ سنتز شد ، لیتیوم (همراه با بریلیم و بور) به طور قابل توجهی کمتر از سایر عناصر در جهان هستی فراوان است. این نتیجه دمای نسبتاً پایین ستاره ای است که برای از بین بردن لیتیوم لازم است، همراه با فقدان فرآیندهای رایج برای تولید آن. [32]
بر اساس نظریه کیهان شناسی مدرن، لیتیوم – در هر دو ایزوتوپ پایدار (لیتیوم-6 و لیتیوم-7)- یکی از سه عنصری بود که در انفجار بزرگ سنتز شد. [33] اگرچه مقدار لیتیوم تولید شده در بیگ بنگ به تعداد فوتون در باریون بستگی دارد، اما برای مقادیر پذیرفته شده می توان فراوانی لیتیوم را محاسبه کرد و یک ” اختلاف لیتیوم کیهانی ” در جهان وجود دارد : به نظر می رسد ستارگان قدیمی تر لیتیوم کمتری نسبت به آنچه باید دارند، و برخی از ستارههای جوانتر بسیار بیشتر دارند. [34] فقدان لیتیوم در ستارگان مسنتر ظاهراً ناشی از “اختلاط” لیتیوم در داخل ستارگان است، جایی که از بین میرود، [35] در حالی که لیتیوم در ستارگان جوانتر تولید میشود. اگرچه به دلیل برخورد با یک پروتون در دمای بالاتر از 2.4 میلیون درجه سانتیگراد به دو اتم هلیوم تبدیل می شود (اکثر ستارگان به راحتی این دما را در درون خود به دست می آورند)، لیتیوم بیشتر از آن چیزی است که محاسبات در ستارگان نسل بعدی پیش بینی می کند. [36]
Nova Centauri 2013 اولین موردی است که شواهدی از لیتیوم در آن یافت شده است. [37]
لیتیوم همچنین در اجرام زیر ستارهای کوتوله قهوهای و برخی از ستارههای نارنجی غیرعادی یافت میشود. از آنجایی که لیتیوم در کوتولههای قهوهای سردتر و کمجرمتر وجود دارد، اما در ستارگان کوتوله قرمز داغتر از بین میرود، میتوان از حضور آن در طیفهای ستارهها در «آزمایش لیتیوم» برای افتراق این دو استفاده کرد، زیرا هر دو از خورشید کوچکتر هستند. . [36] [38] [39] برخی از ستارههای نارنجی نیز میتوانند حاوی غلظت بالایی از لیتیوم باشند. ستارگان نارنجی رنگی که غلظت لیتیوم بالاتر از حد معمول دارند (مانند قنطورس X-4 ) به دور اجسام عظیم – ستارههای نوترونی یا سیاهچالهها – میچرخند که ظاهراً گرانش آنها لیتیوم سنگینتر را به سطح یک ستاره هیدروژن-هلیوم میکشد و باعث تولید لیتیوم بیشتر میشود. مشاهده شدن. [36]
در 27 مه 2020، اخترشناسان گزارش دادند که انفجارهای نوآور کلاسیک تولیدکننده های کهکشانی لیتیوم-7 هستند. [40] [41]
زمینی
همچنین ببینید: ترکیبات لیتیوم و مواد معدنی لیتیوم
اگرچه لیتیوم به طور گسترده در زمین توزیع شده است، اما به دلیل واکنش پذیری بالا به طور طبیعی به شکل عنصری وجود ندارد. [7] محتوای کل لیتیوم آب دریا بسیار زیاد است و 230 میلیارد تن تخمین زده میشود، جایی که این عنصر در غلظت نسبتاً ثابت 0.14 تا 0.25 قسمت در میلیون (ppm)، [42] [43] یا 25 میکرومولار وجود دارد . [44] غلظت های بالاتر نزدیک به 7 ppm در نزدیکی دریچه های هیدروترمال یافت می شود . [43]
تخمین ها برای محتوای پوسته زمین از 20 تا 70 ppm وزنی است. [45] لیتیوم حدود 0.002 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. [46] مطابق با نام خود، لیتیوم بخش کوچکی از سنگ های آذرین را تشکیل می دهد که بیشترین غلظت آن در گرانیت ها است . پگماتیت های گرانیتی همچنین بیشترین فراوانی مواد معدنی حاوی لیتیوم را فراهم می کنند که اسپودومن و پتالیت از نظر تجاری مناسب ترین منابع هستند. [45] یکی دیگر از کانی های مهم لیتیوم لپیدولیت است که اکنون نامی منسوخ برای مجموعه ای است که توسط پلی لیتیونیت و تری لیتیونیت تشکیل شده است. [47] [48] منبع دیگر برای لیتیوم خاک رس هکتوریت است که تنها توسعه فعال آن از طریق شرکت لیتیوم غربی در ایالات متحده است. [49] با 20 میلی گرم لیتیوم در هر کیلوگرم از پوسته زمین، [50] لیتیوم بیست و پنجمین عنصر فراوان است.
بر اساس کتاب راهنمای لیتیوم و کلسیم طبیعی ، “لیتیوم یک عنصر نسبتا کمیاب است، اگرچه در بسیاری از سنگ ها و برخی از آب نمک ها یافت می شود، اما همیشه در غلظت های بسیار پایین. تعداد نسبتاً زیادی از مواد معدنی لیتیوم و ذخایر آب نمک وجود دارد، اما فقط تعداد کمی از آنها ارزش تجاری واقعی یا بالقوه دارند. [51]
تخمین زده می شود که شیلی (2020) دارای بیشترین ذخایر با اختلاف (9.2 میلیون تن)، [52] و استرالیا بالاترین تولید سالانه (40000 تن) باشد. [52] یکی از بزرگترین پایگاه های ذخیره [یادداشت 1] لیتیوم در منطقه سالار د اویونی بولیوی است که 5.4 میلیون تن دارد. سایر تامین کنندگان عمده عبارتند از استرالیا، آرژانتین و چین. [53] [54] از سال 2015، سازمان زمین شناسی چک، کل کوه های سنگ معدن در جمهوری چک را به عنوان استان لیتیوم در نظر گرفت. پنج کانسار ثبت شده است، یکی در نزدیکی Cínovec [ cs ] به عنوان یک کانسار بالقوه اقتصادی در نظر گرفته شده است، با 160000 تن لیتیوم. [55] در دسامبر 2019، شرکت معدنی فنلاندی Keliber Oy گزارش داد که ذخایر لیتیوم Rapasaari ذخایر سنگ معدن اثبات شده و احتمالی آن 5.280 میلیون تن برآورد شده است. [56]
در ژوئن 2010، نیویورک تایمز گزارش داد که زمین شناسان آمریکایی در حال انجام بررسی های زمینی بر روی دریاچه های نمک خشک در غرب افغانستان با این باور بودند که ذخایر بزرگ لیتیوم در آنجا قرار دارد. [57] این تخمین ها “اصولاً بر اساس داده های قدیمی است که عمدتاً توسط شوروی در طول اشغال افغانستان از 1979-1989 جمع آوری شده است”. [58] وزارت دفاع ، ذخایر لیتیوم در افغانستان را به میزان ذخایر لیتیوم در بولیوی تخمین زد و آن را بالقوه “عربستان سعودی از لیتیوم” نامید. [59] در کورنوال ، انگلستان، وجود آب نمک غنی از لیتیوم به دلیل صنعت معدن تاریخی منطقه به خوبی شناخته شده بود ، و سرمایه گذاران خصوصی آزمایش هایی را برای بررسی استخراج بالقوه لیتیوم در این منطقه انجام داده اند. [60] [61]
بیولوژیکی
همچنین ببینید: پتاسیم در زیست شناسی ، سدیم در زیست شناسی ، و شوری خاکلیتیوم در تعداد کمی از گیاهان، پلانکتون ها و بی مهرگان با غلظت های 69 تا 5760 قسمت در میلیارد (ppb) یافت می شود. در مهرهداران غلظت کمی کمتر است و تقریباً تمام بافتها و مایعات بدن مهرهداران حاوی لیتیوم از 21 تا 763 ppb هستند. [43] موجودات دریایی تمایل دارند لیتیوم را بیشتر از موجودات زمینی تجمع کنند. [62] اینکه آیا لیتیوم نقش فیزیولوژیکی در هر یک از این موجودات دارد ناشناخته است. [43] غلظت لیتیوم در بافت انسان به طور متوسط حدود 24 ppb (4 ppb در خون و 1.3 ppm در استخوان ) است. [63]
لیتیوم به راحتی توسط گیاهان جذب می شود [63] و غلظت لیتیوم در بافت گیاه معمولاً حدود 1 پی پی ام است . [64] برخی از خانواده های گیاهی لیتیوم بیشتری نسبت به سایرین تجمع می کنند . [64] غلظت لیتیوم با وزن خشک برای اعضای خانواده Solanaceae (که شامل سیبزمینی و گوجهفرنگی میشود)، به عنوان مثال، میتواند تا 30 ppm بالا باشد در حالی که این مقدار برای دانههای ذرت میتواند تا 0.05 ppb باشد . [63] مطالعات غلظت لیتیوم در خاک غنی از مواد معدنی محدوده ای بین 0.1 تا 50-100 ppm را نشان می دهد که برخی از غلظت های آن به 100-400 ppm می رسد، اگرچه بعید است که همه آن برای جذب توسط گیاهان در دسترس باشد . [64] به نظر نمی رسد تجمع لیتیوم بر ترکیب مواد مغذی ضروری گیاهان تأثیر بگذارد. [64] تحمل لیتیوم بر اساس گونه های گیاهی متفاوت است و معمولاً به موازات تحمل سدیم است . به عنوان مثال، ذرت و علف رودز نسبت به آسیب لیتیوم بسیار مقاوم هستند در حالی که آووکادو و سویا بسیار حساس هستند. [64] به طور مشابه، لیتیوم در غلظت 5 پی پی ام جوانه زنی بذر را در برخی گونه ها (مانند برنج آسیایی و نخود ) کاهش می دهد اما در برخی دیگر (مثلا جو و گندم ) نه. [64]
بسیاری از اثرات بیولوژیکی عمده لیتیوم را می توان با رقابت آن با یون های دیگر توضیح داد. [65] یون لیتیوم تک ظرفیتی Li +
با یون های دیگری مانند سدیم (بلافاصله زیر لیتیوم در جدول تناوبی ) رقابت می کند که مانند لیتیوم یک فلز قلیایی تک ظرفیتی است . لیتیوم همچنین با یونهای دو ظرفیتی منیزیم رقابت میکند که شعاع یونی آن (86 pm ) تقریباً برابر با یون لیتیوم است [65] (90 pm). مکانیسم هایی که سدیم را از طریق غشاهای سلولی انتقال می دهند، لیتیوم را نیز انتقال می دهند. به عنوان مثال، کانال های سدیم (هم با ولتاژ و هم اپیتلیال ) مسیرهای اصلی ورود لیتیوم هستند. [65] یونهای لیتیوم همچنین میتوانند از طریق کانالهای یونی دردار لیگاند نفوذ کنند و همچنین از غشای هستهای و میتوکندریایی عبور کنند . [65] مانند سدیم، لیتیوم میتواند وارد کانالهای پتاسیم و کانالهای کلسیم شود و تا حدی آنها را مسدود کند (اگرچه نفوذ نمیکند ) . [65] اثرات بیولوژیکی لیتیوم بسیار زیاد و متنوع است، اما مکانیسم های عمل آن تا حدی شناخته شده است. [66] به عنوان مثال، مطالعات بیماران تحت درمان با لیتیوم مبتلا به اختلال دوقطبی نشان می دهد که، در میان بسیاری از اثرات دیگر، لیتیوم تا حدی کوتاه شدن تلومر را در این بیماران معکوس می کند و همچنین عملکرد میتوکندری را افزایش می دهد، اگرچه چگونگی ایجاد این اثرات دارویی توسط لیتیوم مشخص نیست. [66] [67] حتی مکانیسم های دقیق درگیر در سمیت لیتیوم به طور کامل شناخته نشده است.
پتالیت (LiAlSi 4 O 10 ) در سال 1800 توسط شیمیدان و دولتمرد برزیلی خوزه بونیفاسیو د آندرادا ای سیلوا در معدنی در جزیره اوتو ، سوئد کشف شد. [68] [69] [70] [71] با این حال، تا سال 1817 بود که یوهان آگوست آرفودسون ، که در آن زمان در آزمایشگاه شیمیدان یونس یاکوب برزلیوس کار می کرد ، حضور عنصر جدیدی را در حین تجزیه و تحلیل سنگ پتالیت تشخیص داد . [72] [73] [74] [75] این عنصر ترکیباتی شبیه به ترکیبات سدیم و پتاسیم ایجاد کرد ، اگرچه کربنات و هیدروکسید آن کمتر در آب حل میشد و کمتر قلیایی بود . [76] برزلیوس نام ماده قلیایی را ” لیتیون / لیتینا ” از کلمه یونانی λιθoς (به معنی “سنگ”) برای بازتاب کشف آن در یک ماده معدنی جامد، در مقابل پتاسیم، که کشف شده بود، داد. در خاکستر گیاهان و سدیم که تا حدی به دلیل فراوانی زیاد در خون حیوانات شناخته شده بود. او نام فلز درون این ماده را «لیتیوم» گذاشت. [7] [70] [75]
آرفودسون بعدها نشان داد که همین عنصر در کانیهای اسپودومن و لپیدولیت وجود دارد . [77] [70] در سال 1818، کریستین گملین اولین کسی بود که مشاهده کرد که نمک های لیتیوم رنگ قرمز روشنی به شعله می دهند. [70] [78] با این حال، هم Arfwedson و هم Gmelin تلاش کردند و نتوانستند عنصر خالص را از نمک های آن جدا کنند. [70] [75] [79] تا سال 1821 جدا نشد، زمانی که ویلیام توماس برند آن را با الکترولیز اکسید لیتیوم به دست آورد ، فرآیندی که قبلاً توسط شیمیدان سر همفری دیوی برای جداسازی فلزات قلیایی پتاسیم و سدیم به کار گرفته شده بود. [36] [79] [80] [81] [82] برند همچنین برخی از نمکهای خالص لیتیوم مانند کلرید را توصیف کرد و با تخمین اینکه لیتیا ( اکسید لیتیوم ) حاوی حدود 55٪ فلز است، وزن اتمی لیتیوم را تخمین زد. حدود 9.8 گرم در مول (مقدار مدرن ~6.94 گرم در مول) باشد. [83] در سال 1855، مقادیر بیشتری لیتیوم از طریق الکترولیز کلرید لیتیوم توسط رابرت بونسن و آگوستوس ماتیسن تولید شد . [70] [84] کشف این روش منجر به تولید تجاری لیتیوم در سال 1923 توسط شرکت آلمانی Metallgesellschaft AG شد که الکترولیز مخلوط مایعی از کلرید لیتیوم و کلرید پتاسیم را انجام داد . [70] [85] [86]
روانپزشک استرالیایی جان کید با معرفی مجدد و رایج کردن استفاده از لیتیوم برای درمان شیدایی در سال 1949 اعتبار دارد. [87] اندکی بعد، در اواسط قرن بیستم، قابلیت تثبیت خلق و خوی لیتیوم برای شیدایی و افسردگی در اروپا و ایالات متحده افزایش یافت.
تولید و استفاده از لیتیوم دستخوش چندین تغییر شدید در تاریخ شد. اولین کاربرد عمده لیتیوم در گریس های لیتیومی با دمای بالا برای موتور هواپیما و کاربردهای مشابه در جنگ جهانی دوم و اندکی پس از آن بود. این استفاده با این واقعیت پشتیبانی می شود که صابون های مبتنی بر لیتیوم دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به سایر صابون های قلیایی هستند و خورندگی کمتری نسبت به صابون های مبتنی بر کلسیم دارند. تقاضای اندک برای صابون های لیتیوم و گریس های روان کننده توسط چندین عملیات معدنی کوچک، عمدتاً در ایالات متحده پشتیبانی می شود.
تقاضا برای لیتیوم در طول جنگ سرد با تولید سلاح های همجوشی هسته ای به طور چشمگیری افزایش یافت . هر دو لیتیوم-6 و لیتیوم-7 در هنگام تابش توسط نوترون ها تریتیوم تولید می کنند و بنابراین برای تولید تریتیوم به خودی خود و همچنین نوعی سوخت جامد همجوشی که در داخل بمب های هیدروژنی به شکل لیتیوم دوترید استفاده می شود مفید هستند . ایالات متحده از اواخر دهه 1950 تا اواسط دهه 1980 به تولید کننده اصلی لیتیوم تبدیل شد. در پایان، ذخیره لیتیوم تقریباً 42000 تن لیتیوم هیدروکسید بود. لیتیوم انباشته شده در لیتیوم 6 به میزان 75 درصد تخلیه شد که برای تأثیرگذاری بر وزن اتمی اندازه گیری شده لیتیوم در بسیاری از مواد شیمیایی استاندارد و حتی وزن اتمی لیتیوم در برخی «منابع طبیعی» یون لیتیوم که «آلوده شده بودند» کافی بود. توسط نمک های لیتیوم تخلیه شده از تأسیسات جداسازی ایزوتوپ که به آب های زیرزمینی راه پیدا کرده بود. [30] [88]
تصاویر ماهوارهای از سالار دل هومبر موئرتو ، آرژانتین (چپ)، و اویونی ، بولیوی (راست)، نمکدانهای غنی از لیتیوم. آب نمک غنی از لیتیوم با پمپاژ آن به حوضچه های تبخیر خورشیدی (در تصویر سمت چپ قابل مشاهده است) متمرکز می شود.
لیتیوم برای کاهش دمای ذوب شیشه و بهبود رفتار ذوب اکسید آلومینیوم در فرآیند هال هرول استفاده می شود . [89] [90] این دو کاربرد تا اواسط دهه 1990 بر بازار تسلط داشتند. پس از پایان مسابقه تسلیحات هسته ای ، تقاضا برای لیتیوم کاهش یافت و فروش بخش ذخیره انرژی در بازار آزاد قیمت ها را بیشتر کاهش داد. [88] در اواسط دهه 1990، چندین شرکت شروع به جداسازی لیتیوم از آب نمک کردند که ثابت شد گزینه ارزانتری نسبت به استخراج زیرزمینی یا روباز است. اکثر معادن بسته شدند یا تمرکز خود را به مواد دیگر معطوف کردند زیرا فقط سنگ معدن پگماتیت های پهنه بندی شده می توانست با قیمت رقابتی استخراج شود. به عنوان مثال، معادن ایالات متحده در نزدیکی کوه کینگز ، کارولینای شمالی، قبل از آغاز قرن بیست و یکم بسته شدند.
توسعه باتریهای لیتیوم یونی تقاضا برای لیتیوم را افزایش داد و در سال 2007 به استفاده غالب تبدیل شد. [91] با افزایش تقاضای لیتیوم در باتریها در دهه 2000، شرکتهای جدید تلاشهای جداسازی آب نمک را برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده گسترش دادند. [92] [93]
استدلال شده است که لیتیوم یکی از اهداف اصلی رقابت ژئوپلیتیکی در جهانی است که به انرژی های تجدیدپذیر و وابسته به باتری ها کار می کند، اما این دیدگاه همچنین به دلیل دست کم گرفتن قدرت انگیزه های اقتصادی برای تولید گسترده مورد انتقاد قرار گرفته است. [94]
از فلز لیتیوم
لیتیوم به راحتی با آب واکنش می دهد، اما با قدرت قابل توجهی کمتر از سایر فلزات قلیایی. این واکنش گاز هیدروژن و هیدروکسید لیتیوم را تشکیل می دهد . [7] هنگامی که ترکیبات لیتیوم روی شعله قرار می گیرند، رنگ زرشکی قابل توجهی از خود می گیرند، اما وقتی فلز به شدت می سوزد، شعله به نقره ای درخشان تبدیل می شود. لیتیوم در معرض آب یا بخار آب مشتعل شده و در اکسیژن می سوزد. در هوای مرطوب، لیتیوم به سرعت کدر می شود و پوشش سیاهی از هیدروکسید لیتیوم (LiOH و LiOH·H 2 O)، نیترید لیتیوم (Li 3 N) و کربنات لیتیوم (Li 2 CO 3 ) ایجاد می کند که نتیجه یک واکنش ثانویه بین LiOH و CO 2 ). [45] لیتیوم یکی از معدود فلزاتی است که با گاز نیتروژن واکنش می دهد . [95] [96]
به دلیل واکنش پذیری آن با آب و به ویژه نیتروژن، فلز لیتیوم معمولاً در یک درزگیر هیدروکربنی، اغلب ژله نفتی، ذخیره می شود . اگرچه فلزات قلیایی سنگینتر را میتوان در زیر روغنهای معدنی ذخیره کرد ، لیتیوم آنقدر متراکم نیست که به طور کامل در این مایعات غوطهور شود. [36]
لیتیوم با منیزیم ، عنصری با شعاع اتمی و یونی مشابه، رابطه مورب دارد . شباهت های شیمیایی بین این دو فلز شامل تشکیل نیترید در اثر واکنش با N 2 ، تشکیل اکسید ( Li
2O ) و پراکسید ( Li
2O
2هنگامی که در O 2 سوزانده می شود ، نمک هایی با حلالیت مشابه ، و ناپایداری حرارتی کربنات ها و نیتریدها. [45] [97] این فلز با گاز هیدروژن در دمای بالا واکنش می دهد تا لیتیوم هیدرید (LiH) تولید کند. [98]
لیتیوم با واکنش مستقیم با عناصر گروه اصلی، انواع مختلفی از مواد دوتایی و سه تایی را تشکیل می دهد. این فازهای Zintl ، اگرچه بسیار کووالانسی هستند، میتوانند به عنوان نمک آنیونهای چند اتمی مانند Si 4 4- , P 7 3- و Te 5 2- مشاهده شوند . با گرافیت، لیتیوم انواع مختلفی از ترکیبات درونی را تشکیل می دهد . [97]
در آمونیاک (و آمین ها) حل می شود و [Li(NH 3 ) 4 ] + و الکترون حل شده را می دهد . [97]
ترکیبات غیر آلی
لیتیوم با همه هالیدها و شبه هالیدها مشتقاتی شبیه نمک می سازد . برخی از نمونه ها عبارتند از هالیدهای LiF ، LiCl ، LiBr ، LiI ، و همچنین شبه هالیدها و آنیونهای مرتبط. کربنات لیتیوم به عنوان مهمترین ترکیب لیتیوم توصیف شده است. [97] این جامد سفید محصول اصلی استخراج سنگ معدن لیتیوم است. این ماده پیش ساز نمک های دیگر از جمله سرامیک ها و مواد برای باتری های لیتیومی است.
ترکیبات LiBH
4و LiAlH
4معرف های مفیدی هستند . این نمکها و بسیاری دیگر از نمکهای لیتیوم، بر خلاف نمکهای فلزات قلیایی سنگینتر، حلالیت بسیار بالایی در اترها نشان میدهند.
در محلول آبی، کمپلکس هماهنگی [Li(H2O ) 4 ] + برای بسیاری از نمک های لیتیوم غالب است. کمپلکس های مرتبط با آمین ها و اترها شناخته می شوند.
شیمی ارگانیک
ساختار هگزامری قطعه n – بوتیلیتیم در یک کریستال
ترکیبات ارگانولیتیوم متعدد و مفید هستند. آنها با وجود پیوند بین کربن و لیتیوم تعریف می شوند. آنها به عنوان کربنیون های تثبیت شده با فلز عمل می کنند ، اگرچه ساختار محلول و حالت جامد آنها از این دیدگاه ساده پیچیده تر است. [99] بنابراین، اینها پایه ها و هسته دوست های بسیار قوی هستند . آنها همچنین در سنتز نامتقارن در صنعت داروسازی استفاده شده اند. برای سنتز آلی آزمایشگاهی، بسیاری از معرفهای ارگانولیتیوم به شکل محلول به صورت تجاری در دسترس هستند. این معرف ها بسیار واکنش پذیر هستند و گاهی اوقات پیروفوریک هستند .
مانند ترکیبات معدنی آن، تقریباً تمام ترکیبات آلی لیتیوم به طور رسمی از قانون دوتایی پیروی می کنند (به عنوان مثال، BuLi ، MeLi ). با این حال، توجه به این نکته مهم است که در غیاب حلال ها یا لیگاندهای هماهنگ کننده، ترکیبات آلی لیتیوم خوشه های دیمری، تترامری و هگزامری را تشکیل می دهند (به عنوان مثال، BuLi در واقع [BuLi] 6 و MeLi در واقع [MeLi] 4 است ) که دارای ویژگی های چندگانه هستند. پیوند مرکزی و افزایش تعداد هماهنگی اطراف لیتیوم. این خوشه ها در حضور حلال هایی مانند دی متوکسی اتان (DME) یا لیگاندهایی مانند تترمتیل اتیلن دی آمین (TMEDA) به واحدهای کوچکتر یا مونومر شکسته می شوند. [100] به عنوان یک استثنا از قانون دوئت، یک کمپلکس لیتات دو مختصات با چهار الکترون در اطراف لیتیوم، تولید لیتیوم از پایان جنگ جهانی دوم تا حد زیادی افزایش یافته است . منابع اصلی لیتیوم آب نمک و سنگ معدن هستند .
فلز لیتیوم از طریق الکترولیز به مخلوطی از 55% کلرید لیتیوم ذوب شده و 45% کلرید پتاسیم در حدود 450 درجه سانتیگراد تولید می شود. [104]
ذخایر و وقوع
قطعات پراکنده از عیار لیتیوم و تناژ برای ذخایر منتخب جهان، از سال 2017
اندازه یونی کوچک گنجاندن لیتیوم در مراحل اولیه تبلور مواد معدنی را دشوار می کند. در نتیجه لیتیوم در فازهای مذاب باقی می ماند و در آنجا غنی می شود تا زمانی که در مراحل نهایی جامد شود. چنین غنی سازی لیتیوم مسئول تمام ذخایر تجاری امیدوارکننده سنگ معدن لیتیوم است . آب نمک (و نمک خشک) یکی دیگر از منابع مهم Li + است . اگرچه تعداد رسوبات و آب نمک های حاوی لیتیوم زیاد است، اما اکثر آنها یا کوچک هستند یا غلظت Li + بسیار پایینی دارند . بنابراین، تنها تعداد کمی از آنها ارزش تجاری دارند. [105]
سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) ذخایر لیتیوم شناسایی شده در سراسر جهان را در سال های 2020 و 2021 به ترتیب 17 میلیون و 21 میلیون تن تخمین زد . [53] [52] برآورد دقیق ذخایر لیتیوم جهان دشوار است. [106] [107] یکی از دلایل این امر این است که اکثر طرحهای طبقهبندی لیتیوم برای ذخایر سنگ جامد توسعه یافتهاند، در حالی که آب نمک سیالی است که به دلیل غلظتهای متفاوت و اثرات پمپاژ، تصفیه آن با همان طرح طبقهبندی مشکلساز است. [108]
در سال 2019، تولید جهانی لیتیوم از اسپودومن حدود 80000 تن در سال بود، عمدتاً از پگماتیت Greenbushes و از برخی منابع چینی و شیلی . معدن تالیسون در گرین بوش بزرگترین و دارای بالاترین عیار سنگ معدن با 2.4 درصد Li 2 O (ارقام 2012) گزارش شده است. [109]
مثلث لیتیوم و سایر منابع آب نمک
طبق گزارش سازمان زمین شناسی آمریکا، چهار کشور برتر تولیدکننده لیتیوم جهان از سال 2019، استرالیا ، شیلی ، چین و آرژانتین هستند . [53]
سه کشور شیلی ، بولیوی و آرژانتین دارای منطقه ای هستند که به عنوان مثلث لیتیوم شناخته می شود . مثلث لیتیوم به خاطر نمک های باکیفیت خود، که شامل سالار د اویونی بولیوی، سالار د آتاکاما شیلی و سالار د آریزارو آرژانتین می شود، معروف است . اعتقاد بر این است که مثلث لیتیوم حاوی بیش از 75 درصد از ذخایر لیتیوم شناخته شده موجود است. [110] ذخایر در آمریکای جنوبی در سراسر رشته کوه آند نیز یافت می شود . شیلی بزرگترین تولید کننده است و پس از آن آرژانتین قرار دارد. هر دو کشور لیتیوم را از استخرهای آب نمک بازیابی می کنند. طبق آمار USGS، صحرای Uyuni بولیوی دارای 5.4 میلیون تن لیتیوم است. [111] [112] نیمی از ذخایر شناخته شده جهان در بولیوی در امتداد دامنه شرقی مرکزی رشته کوه آند واقع شده است. دولت بولیوی 900 میلیون دلار در تولید لیتیوم سرمایه گذاری کرده است و در سال 2021 با موفقیت 540 تن تولید کرد. [113] [111] آب نمک در نمکدان های مثلث لیتیوم از نظر محتوای لیتیوم بسیار متفاوت است. [114] غلظت همچنین می تواند در زمان متفاوت باشد زیرا آب نمک مایعاتی هستند که قابل تغییر و متحرک هستند. [114]
در ایالات متحده، لیتیوم از استخرهای آب نمک در نوادا استخراج می شود . [18]
رسوبات سنگ سخت
از سال 2018 جمهوری دموکراتیک کنگو دارای بزرگترین ذخایر سنگ سخت لیتیوم اسپودومن در جهان است. [115] ذخایر واقع در Manono ، DRC ، ممکن است تا 1.5 میلیارد تن سنگ سخت لیتیوم اسپودومن را در خود جای دهد. دو پگماتیت بزرگ (معروف به پگماتیت Carriere de l’Este و پگماتیت Roche Dure) هر کدام از اندازههای مشابه یا بزرگتر از پگماتیت سبز بوش معروف در استرالیای غربی هستند . بنابراین، انتظار می رود جمهوری دموکراتیک کنگو با عیار بالا و ناخالصی های کم، تامین کننده قابل توجهی از لیتیوم برای جهان باشد.
در 16 جولای 2018، 2.5 میلیون تن منابع لیتیوم با عیار بالا و 124 میلیون پوند منابع اورانیوم در کانسار سنگ سخت فالچانی در منطقه پونو، پرو یافت شد. [116] در سال 2020، استرالیا وضعیت پروژه بزرگ (MPS) را به پروژه لیتیوم Finniss برای یک ذخیره استراتژیک لیتیوم اعطا کرد: حدود 3.45 میلیون تن (Mt) منبع معدنی با 1.4 درصد اکسید لیتیوم . [117] [118] استخراج عملیاتی در سال 2022 آغاز شد. [119]
تخمین زده می شود که ذخایر کشف شده در سال 2013 در راک اسپرینگز بالارفته وایومینگ حاوی 228000 تن باشد. [ توضیحات لازم ] ذخایر اضافی در همین سازند تا 18 میلیون تن برآورد شد. [120] به طور مشابه در نوادا، مک درمیت کالدرا میزبان گلهای آتشفشانی حاوی لیتیوم است که از بزرگترین ذخایر شناخته شده لیتیوم در ایالات متحده تشکیل شده است. [121]
استان پگماتیت پامپین در آرژانتین دارای حداقل 200000 تن اسپودومن با گریدهای اکسید لیتیوم (Li 2 O) است که بین 5 تا 8 درصد وزنی متغیر است. [122]
در روسیه بزرگترین ذخایر لیتیوم Kolmozerskoye در منطقه مورمانسک واقع شده است . در سال 2023، پولار لیتیوم، سرمایه گذاری مشترک بین نورنیکل و روس اتم، حق توسعه این سپرده را دریافت کرد. هدف این پروژه تولید 45000 تن لیتیوم کربنات و هیدروکسید در سال است و قصد دارد تا سال 2030 به ظرفیت کامل طراحی برسد. [123]
منابع
یکی دیگر از منابع بالقوه لیتیوم در سال 2012 ، شیرابه های چاه های زمین گرمایی است که به سطح منتقل می شوند. [124] بازیابی این نوع لیتیوم در این زمینه نشان داده شده است. لیتیوم با فیلتراسیون ساده جدا می شود. [125] [ توضیحات لازم ] ذخایر محدودتر از مخازن آب نمک و سنگ سخت است. [ نیازمند منبع ]
قیمت گذاری
قیمت لیتیوم
در سال 1998، قیمت فلز لیتیوم حدود 95 دلار آمریکا در کیلوگرم (یا 43 دلار آمریکا در هر پوند ) بود. [126] پس از بحران مالی 2007 ، تامین کنندگان عمده، مانند Sociedad Química y Minera (SQM)، قیمت کربنات لیتیوم را 20٪ کاهش دادند. [127] قیمت ها در سال 2012 افزایش یافت. مقاله ای در سال 2012 بیزینس ویک یک انحصارطلبی در فضای لیتیوم را تشریح کرد: “SQM که توسط میلیاردر جولیو پونس کنترل می شود ، دومین کشور بزرگ است و پس از آن راک وود قرار دارد که توسط هنری کراویس KKR & Co حمایت می شود. و FMC مستقر در فیلادلفیا، با Talison به عنوان بزرگترین تولید کننده ذکر شده است. [128] مصرف جهانی ممکن است تا سال 2020 از حدود 150000 تن در سال 2012 به 300000 تن در سال جهش کند [ تأیید ناموفق ] ، تا با تقاضای باتری های لیتیومی مطابقت داشته باشد که حدود 25 درصد در سال رشد داشته است و از 4 درصد به 5 پیشی می گیرد. درصد سود کلی در تولید لیتیوم. [128] [ نیاز به بروز رسانی دارد ]
سرویس اطلاع رسانی قیمت ISE – موسسه عناصر خاکی کمیاب و فلزات استراتژیک – برای مواد مختلف لیتیوم در میانگین مارس تا آگوست 2022 قیمت های کیلویی زیر را در دوره ثابت می دهد: کربنات لیتیوم، خلوص 99.5% دقیقه، از تولیدکنندگان مختلف بین 63 سال و 72 یورو بر کیلوگرم. لیتیوم هیدروکسید مونوهیدرات LiOH 56.5% دقیقه، چین، 66 تا 72 EUR/kg. تحویل کره جنوبی – 73 یورو / کیلوگرم. فلز لیتیوم 99.9% دقیقه، تحویل چین – 42 یورو بر کیلوگرم. [129]
استخراج
تجزیه و تحلیل استخراج لیتیوم از آب دریا، منتشر شده در سال 1975
لیتیوم و ترکیبات آن از لحاظ تاریخی از سنگ سخت جدا و استخراج می شدند، اما در دهه 1990 چشمه های معدنی ، استخرهای آب نمک و ذخایر آب نمک به منبع غالب تبدیل شدند. [ نیاز به منبع ] بیشتر اینها در شیلی، آرژانتین و بولیوی بودند. [52] ذخایر بزرگ لیتیوم رسی در حال توسعه در دهانه مک درمیت (نوادا، ایالات متحده) به اسید سولفوریک غلیظ برای شسته شدن لیتیوم از سنگ معدن خاک رس نیاز دارند. [130]
تا اوایل سال 2021، بیشتر لیتیوم استخراج شده در سطح جهان از ” اسپودومن ، ماده معدنی موجود در سنگ های سخت موجود در مکان هایی مانند استرالیا و کارولینای شمالی” [131] یا از آب نمکی که مستقیماً از زمین پمپ می شود، به دست می آید. در مکان هایی در شیلی [131] [114] در سالار د آتاکامای شیلی ، غلظت لیتیوم در آب نمک با تبخیر خورشیدی در سیستمی از حوضچه ها افزایش می یابد. [114] غنیسازی بوسیله فرآیند تبخیر ممکن است تا یک سال و نیم نیاز داشته باشد، زمانی که آب نمک به محتوای لیتیوم 6 درصد برسد. [114] پردازش نهایی در این مثال در نزدیکی شهر آنتوفاگاستا در ساحل انجام می شود که در آن کربنات لیتیوم خالص ، هیدروکسید لیتیوم و کلرید لیتیوم از آب نمک تولید می شود. [114]
انتظار میرود که کاتدهای کم کبالت برای باتریهای لیتیومی به جای کربنات لیتیوم بهعنوان ماده اولیه به هیدروکسید لیتیوم نیاز داشته باشند و این روند سنگ را به عنوان منبع مورد توجه قرار میدهد. [132] [133] [134]
یکی از روشهای استخراج لیتیوم و همچنین سایر مواد معدنی ارزشمند ، پردازش آب نمک زمینگرمایی از طریق یک سلول الکترولیتی، واقع در یک غشاء است. [135]
استفاده از الکترودیالیز و الکتروشیمیایی برای استخراج ترکیبات لیتیوم از آب دریا (که حاوی لیتیوم 0.2 قسمت در میلیون است ) پیشنهاد شده است. [136] [137] [138] [139] سلولهای انتخابی یونی در یک غشاء اصولاً میتوانند لیتیوم را با استفاده از میدان الکتریکی یا اختلاف غلظت جمعآوری کنند. [139]
مسائل زیست محیطی
اطلاعات بیشتر: اثرات زیست محیطی باتری های لیتیوم یونی
فرآیندهای تولید لیتیوم، از جمله حلال و زباله های معدن ، خطرات زیست محیطی و بهداشتی قابل توجهی را به همراه دارد. [140] [141] [142] استخراج لیتیوم می تواند برای آبزیان به دلیل آلودگی آب کشنده باشد . [143] شناخته شده است که باعث آلودگی آب های سطحی، آلودگی آب آشامیدنی، مشکلات تنفسی، تخریب اکوسیستم و آسیب به چشم انداز می شود. [140] همچنین منجر به مصرف ناپایدار آب در مناطق خشک می شود (1.9 میلیون لیتر در هر تن لیتیوم). [140] تولید محصولات جانبی عظیم استخراج لیتیوم نیز مشکلات حل نشده ای را ایجاد می کند، مانند مقادیر زیادی ضایعات منیزیم و آهک . [144]
در ایالات متحده، استخراج معادن روباز ، استخراج معادن از بالای کوه با استخراج از معادن آب نمک رقابت می کند . [145] نگرانی های زیست محیطی شامل تخریب زیستگاه حیات وحش، آلودگی آب آشامیدنی از جمله آلودگی آرسنیک و آنتیموان ، کاهش ناپایدار سطح آب ، و ضایعات عظیم معدن ، از جمله محصول جانبی اورانیوم رادیواکتیو و تخلیه اسید سولفوریک است .
مسائل حقوق بشر
مطالعه روابط بین شرکتهای استخراج لیتیوم و مردم بومی در آرژانتین نشان داد که دولت ممکن است از حق مردم بومی برای رضایت قبلی و آگاهانه محافظت نکرده باشد و شرکتهای استخراج عموماً دسترسی جامعه به اطلاعات را کنترل کرده و شرایط را برای بحث در مورد پروژه ها و اشتراک منافع [146]
توسعه معدن لیتیوم Thacker Pass در نوادا، ایالات متحده، با اعتراض و شکایت چندین قبیله بومی روبرو شده است که گفته اند رضایت قبلی و آگاهانه رایگان به آنها داده نشده است و این پروژه مکان های فرهنگی و مقدس را تهدید می کند. [147] آنها همچنین ابراز نگرانی کرده اند که توسعه این پروژه خطراتی را برای زنان بومی ایجاد می کند، زیرا استخراج منابع با زنان بومی گم شده و کشته شده مرتبط است . [148] معترضان محل معدن پیشنهادی را از ژانویه 2021 اشغال کرده اند. [149] [145]
برنامه های کاربردی
نمودار دایرهای نشان میدهد که در سال 2020 چقدر از لیتیوم و به چه روشی در سطح جهان استفاده شده است. [150]
باتری ها
در سال 2021، بیشتر لیتیوم برای ساخت باتری های لیتیوم یونی برای ماشین های الکتریکی و دستگاه های تلفن همراه استفاده می شود .
سرامیک و شیشه
اکسید لیتیوم به طور گسترده ای به عنوان یک شار برای پردازش سیلیس استفاده می شود ، نقطه ذوب و ویسکوزیته مواد را کاهش می دهد و منجر به لعاب هایی با خواص فیزیکی بهبود یافته از جمله ضریب انبساط حرارتی پایین می شود. در سراسر جهان، این یکی از بزرگترین کاربردها برای ترکیبات لیتیوم است. [151] [152] لعاب های حاوی اکسید لیتیوم برای اجاق گاز استفاده می شود. کربنات لیتیوم (Li 2 CO 3 ) به طور کلی در این کاربرد استفاده می شود زیرا با گرم شدن به اکسید تبدیل می شود. [153]
برقی و الکترونیکی
بیشتر بدانید
این بخش نیاز به گسترش دارد با: فراتر از نگرانی در مورد کربنات لیتیوم در پاراگراف دوم. کربنات لیتیوم در اواخر دهه 2010 تقریباً به جالب ترین شیمی باتری لیتیوم ++ از نظر اقتصادی نزدیک نیست. می توانید با افزودن به آن کمک کنید . ( مارس 2021 ) |
در اواخر قرن بیستم، لیتیوم به دلیل پتانسیل بالای الکترود آن، به جزء مهم الکترولیتها و الکترودهای باتری تبدیل شد . به دلیل جرم اتمی کم، نسبت بار و توان به وزن بالایی دارد . یک باتری لیتیوم یون معمولی می تواند تقریباً 3 ولت در هر سلول تولید کند، در مقایسه با 2.1 ولت برای سرب اسید و 1.5 ولت برای کربن روی . باتریهای لیتیوم یونی که قابل شارژ هستند و چگالی انرژی بالایی دارند ، با باتریهای لیتیوم فلزی که باتریهای یکبار مصرف ( اولیه ) با لیتیوم یا ترکیبات آن به عنوان آند هستند، تفاوت دارند . [154] [155] باتری های قابل شارژ دیگری که از لیتیوم استفاده می کنند عبارتند از باتری پلیمری لیتیوم یون ، باتری فسفات آهن لیتیوم و باتری نانوسیم .
در طول سال ها نظرات در مورد رشد بالقوه متفاوت بوده است. یک مطالعه در سال 2008 به این نتیجه رسید که “تولید کربنات لیتیوم به طور واقع بینانه فقط برای بخش کوچکی از نیازهای بازار جهانی PHEV و EV در آینده کافی است” و “تقاضا از بخش الکترونیک قابل حمل بسیاری از افزایش تولید برنامه ریزی شده را در دهه آینده جذب خواهد کرد.” و اینکه “تولید انبوه کربنات لیتیوم از نظر زیست محیطی مناسب نیست، آسیب های زیست محیطی جبران ناپذیری به اکوسیستم هایی وارد می کند که باید محافظت شوند و پیشرانه LiIon با مفهوم “خودروی سبز” ناسازگار است. [54]
گریس های روان کننده
مقاله اصلی: گریس لیتیوم
سومین کاربرد رایج لیتیوم در گریس ها است. هیدروکسید لیتیوم یک پایه قوی است و هنگامی که با چربی گرم می شود صابونی مانند لیتیوم استئارات از اسید استئاریک تولید می کند . صابون لیتیوم توانایی غلیظ شدن روغن ها را دارد و از آن برای تولید گریس های روان کننده همه منظوره و با دمای بالا استفاده می شود . [18] [156] [157]
متالورژی
لیتیوم (به عنوان مثال به عنوان کربنات لیتیوم) به عنوان یک افزودنی به سرباره های شار قالب ریخته گری پیوسته استفاده می شود که در آن سیالیت را افزایش می دهد، [158] [159] استفاده ای که 5٪ از مصرف جهانی لیتیوم را به خود اختصاص می دهد (2011). [53] ترکیبات لیتیوم نیز به عنوان مواد افزودنی (شار) به ماسه ریخته گری برای ریخته گری آهن برای کاهش رگ گیری استفاده می شود. [160]
لیتیوم (به عنوان فلوراید لیتیوم ) به عنوان یک افزودنی برای کارخانه های ذوب آلومینیوم ( فرایند هال-هرولت )، کاهش دمای ذوب و افزایش مقاومت الکتریکی استفاده می شود، [161] استفاده ای که 3 درصد از تولید را به خود اختصاص می دهد (2011). [53]
وقتی لیتیوم فلزی به عنوان یک شار برای جوشکاری یا لحیم کاری استفاده می شود ، به همجوشی فلزات در طول فرآیند کمک می کند [162] و با جذب ناخالصی ها، تشکیل اکسیدها را از بین می برد . [163] آلیاژهای فلز با آلومینیوم، کادمیوم ، مس و منگنز برای ساخت قطعات هواپیما با کارایی بالا و چگالی کم استفاده می شود (همچنین به آلیاژهای لیتیوم-آلومینیوم مراجعه کنید ). [164]
نانو جوش سیلیکونی
لیتیوم در کمک به کمال نانو جوش های سیلیکونی در قطعات الکترونیکی باتری های الکتریکی و سایر دستگاه ها موثر است. [165]
استفاده از لیتیوم در شراره ها و مواد آتش نشانی به دلیل شعله رز قرمز آن است. [166]
پیروتکنیک
ترکیبات لیتیوم به عنوان رنگهای پیروتکنیک و اکسیدکننده در آتشبازیهای قرمز و شرارهها استفاده میشوند . [18] [167]
تصفیه هوا
لیتیوم کلرید و لیتیوم بروماید رطوبت سنجی هستند و به عنوان خشک کننده برای جریان گاز استفاده می شوند. [18] هیدروکسید لیتیوم و پراکسید لیتیوم نمک هایی هستند که بیشتر در مناطق محدود مانند فضاپیماها و زیردریایی ها برای حذف دی اکسید کربن و تصفیه هوا استفاده می شوند. لیتیوم هیدروکسید با تشکیل کربنات لیتیوم دی اکسید کربن هوا را جذب می کند و به دلیل وزن کم آن نسبت به سایر هیدروکسیدهای قلیایی ترجیح داده می شود.
پراکسید لیتیوم (Li 2 O 2 ) در حضور رطوبت نه تنها با دی اکسید کربن واکنش داده و کربنات لیتیوم را تشکیل می دهد، بلکه اکسیژن آزاد می کند. [168] [169] واکنش به شرح زیر است:
2 Li 2 O 2 + 2 CO 2 → 2 Li 2 CO 3 + O 2
برخی از ترکیبات فوق الذکر و همچنین پرکلرات لیتیوم در شمع های اکسیژنی استفاده می شود که زیردریایی ها را با اکسیژن تامین می کنند . اینها همچنین می توانند شامل مقادیر کمی بور ، منیزیم ، آلومینیوم ، سیلیکون ، تیتانیوم ، منگنز و آهن باشند . [170]
اپتیک
لیتیوم فلوراید ، که به صورت مصنوعی به صورت کریستال رشد می کند ، شفاف و شفاف است و اغلب در اپتیک های تخصصی برای کاربردهای IR ، UV و VUV ( UV خلاء ) استفاده می شود. این یکی از کمترین ضریب شکست و دورترین محدوده انتقال در اشعه ماوراء بنفش عمیق اکثر مواد رایج است. [171] پودر لیتیوم فلوراید ریز تقسیم شده برای دزیمتری تشعشعات ترمولومینسانس (TLD) استفاده شده است : هنگامی که نمونه ای از آن در معرض تابش قرار می گیرد، عیوب کریستالی را جمع می کند که وقتی گرم می شود، از طریق انتشار نور آبی که شدت آن متناسب با تابش است، برطرف می شود. دوز جذب شده ، بنابراین اجازه می دهد تا این مقدار کمی شود. [172] لیتیوم فلوراید گاهی اوقات در لنزهای کانونی تلسکوپ ها استفاده می شود . [18] [173]
غیر خطی بودن بالای لیتیوم نیوبات نیز آن را در کاربردهای اپتیک غیر خطی مفید می کند . این به طور گسترده در محصولات مخابراتی مانند تلفن های همراه و مدولاتورهای نوری برای قطعاتی مانند کریستال های تشدید استفاده می شود . کاربردهای لیتیوم در بیش از 60 درصد از تلفن های همراه استفاده می شود. [174]
شیمی آلی و پلیمری
ترکیبات ارگانولیتیوم به طور گسترده در تولید پلیمرها و مواد شیمیایی ریز استفاده می شود. در صنعت پلیمر، که مصرفکننده غالب این معرفها است، ترکیبات آلکیل لیتیوم کاتالیزور / آغازگر [175] در پلیمریزاسیون آنیونی الفینهای فاقد عملکرد هستند . [176] [177] [178] برای تولید مواد شیمیایی خوب، ترکیبات آلی لیتیوم به عنوان پایه های قوی و به عنوان معرف برای تشکیل پیوندهای کربن-کربن عمل می کنند . ترکیبات ارگانولیتیوم از فلز لیتیوم و آلکیل هالیدها تهیه می شود . [179]
بسیاری دیگر از ترکیبات لیتیوم به عنوان معرف برای تهیه ترکیبات آلی استفاده می شوند. برخی از ترکیبات محبوب عبارتند از لیتیوم آلومینیوم هیدرید (LiAlH 4 )، لیتیوم تری اتیل بوروهیدرید ، n -butyllithium و tert -butyllithium .
پرتاب یک اژدر با استفاده از لیتیوم به عنوان سوخت
نظامی
لیتیوم فلزی و هیدریدهای پیچیده آن ، مانند هیدرید آلومینیوم لیتیوم (LiAlH 4 )، به عنوان افزودنی های پرانرژی برای پیشران موشک استفاده می شود . [36] LiAlH 4 همچنین می تواند به تنهایی به عنوان سوخت جامد استفاده شود . [180]
سیستم نیروی محرکه انرژی شیمیایی ذخیره شده اژدر Mark 50 (SCEPS) از مخزن کوچکی از هگزافلوورید گوگرد استفاده می کند که روی یک بلوک لیتیوم جامد پاشیده می شود. این واکنش گرما تولید می کند و بخار ایجاد می کند تا اژدر را در یک چرخه بسته رانکین به حرکت درآورد . [181]
لیتیوم هیدرید حاوی لیتیوم-6 در سلاح های هسته ای استفاده می شود ، جایی که به عنوان سوخت برای مرحله همجوشی بمب عمل می کند. [182]
اتمی
لیتیوم-6 به عنوان یک ماده منبع برای تولید تریتیوم و به عنوان یک جاذب نوترون در همجوشی هسته ای ارزشمند است . لیتیوم طبیعی حاوی حدود 7.5 درصد لیتیوم-6 است که از آن مقادیر زیادی لیتیوم-6 با جداسازی ایزوتوپی برای استفاده در سلاح های هسته ای تولید شده است . [183] لیتیوم-7 برای استفاده در خنک کننده های راکتور هسته ای مورد توجه قرار گرفت . [184]
لیتیوم دوترید به عنوان سوخت در دستگاه هسته ای Castle Bravo استفاده شد .
لیتیوم دوترید سوخت همجوشی انتخابی در نسخه های اولیه بمب هیدروژنی بود . هنگامی که توسط نوترون ها بمباران شد ، هر دو 6 لی و 7 لیتیوم تریتیوم تولید می کنند – این واکنش، که در اولین آزمایش بمب های هیدروژنی به طور کامل درک نشد ، مسئول بازده فرار آزمایش هسته ای Castle Bravo بود . تریتیوم در یک واکنش همجوشی با دوتریوم ترکیب می شود که دستیابی به آن نسبتاً آسان است. اگرچه جزئیات محرمانه باقی مانده است، لیتیوم-6 دوترید ظاهرا هنوز نقشی در سلاح های هسته ای مدرن به عنوان یک ماده همجوشی ایفا می کند. [185]
لیتیوم فلوراید ، زمانی که در ایزوتوپ لیتیوم-7 بسیار غنی شود، ماده اصلی مخلوط نمک فلوراید LiF- BeF 2 را تشکیل می دهد که در راکتورهای هسته ای فلوراید مایع استفاده می شود . لیتیوم فلوراید از نظر شیمیایی بسیار پایدار است و مخلوطهای LiF-BeF 2 نقطه ذوب پایینی دارند. علاوه بر این، 7 Li، Be و F از جمله معدود هستههایی هستند که سطح مقطع جذب نوترون حرارتی آنقدر کم است که واکنشهای شکافت را در یک راکتور شکافت هستهای مسموم نمیکند. [یادداشت 3] [186]
در نیروگاه های همجوشی هسته ای مفهومی (فرضی) ، لیتیوم برای تولید تریتیوم در راکتورهای محصور مغناطیسی با استفاده از دوتریوم و تریتیوم به عنوان سوخت استفاده خواهد شد . تریتیوم طبیعی بسیار نادر است، و باید با احاطه کردن پلاسمای واکنش دهنده با یک “پتو” حاوی لیتیوم که در آن نوترون های حاصل از واکنش دوتریوم-تریتیوم در پلاسما، لیتیوم را برای تولید تریتیوم بیشتر شکافت می کنند، به طور مصنوعی تولید شود:
6 Li + n → 4 He + 3 H.
لیتیوم همچنین به عنوان منبعی برای ذرات آلفا یا هسته هلیوم استفاده می شود . هنگامی که 7 Li توسط پروتون های شتاب دار بمباران می شود، 8 Be تشکیل می شود که تقریباً بلافاصله تحت شکافت قرار می گیرد و دو ذره آلفا را تشکیل می دهد. این شاهکار که در آن زمان «شکاف اتم» نام داشت، اولین واکنش هستهای کاملاً ساخت بشر بود . در سال 1932 توسط Cockroft و Walton تولید شد . [187] [188] تزریق پودرهای لیتیوم در راکتورهای همجوشی برای دستکاری فعل و انفعالات پلاسما-مواد و اتلاف انرژی در مرز پلاسمای همجوشی گرما-هسته ای داغ استفاده می شود. [189] [190]
در سال 2013، دفتر پاسخگویی دولت ایالات متحده اعلام کرد که کمبود لیتیوم 7 برای عملکرد 65 راکتور از 100 راکتور هسته ای آمریکا حیاتی است “توانایی آنها برای ادامه تامین برق را در معرض خطر قرار می دهد”. Castle Bravo برای اولین بار از لیتیوم-7 در میگو استفاده کرد ، اولین دستگاه خود، که تنها 10 تن وزن داشت، و آلودگی هسته ای عظیم بیکینی آتول را ایجاد کرد . این شاید دلیل زوال زیرساخت های هسته ای ایالات متحده باشد. [191] تجهیزات مورد نیاز برای جداسازی لیتیوم-6 از لیتیوم-7 عمدتاً باقیمانده جنگ سرد است. ایالات متحده اکثر این ماشین آلات را در سال 1963 تعطیل کرد، زمانی که مازاد زیادی لیتیوم جدا شده داشت که بیشتر در طول قرن بیستم مصرف می شد. در این گزارش آمده است که برای بازیابی توانایی جداسازی لیتیوم-6 از لیتیوم-7، پنج سال و 10 تا 12 میلیون دلار هزینه نیاز است. [192]
راکتورهایی که از لیتیوم-7 استفاده می کنند آب را تحت فشار بالا گرم می کنند و گرما را از طریق مبدل های حرارتی که مستعد خوردگی هستند منتقل می کنند. راکتورها از لیتیوم برای مقابله با اثرات خورنده اسید بوریک استفاده می کنند که برای جذب نوترون های اضافی به آب اضافه می شود. [192]
دارو
مقاله اصلی: لیتیوم (دارو)
لیتیوم در درمان اختلال دوقطبی مفید است . [193] نمک های لیتیوم نیز ممکن است برای تشخیص های مرتبط، مانند اختلال اسکیزوافکتیو و افسردگی عمده چرخه ای مفید باشند . بخش فعال این نمک ها یون لیتیوم Li + است . [193] لیتیوم ممکن است خطر ابتلا به ناهنجاری قلبی ابشتاین را در نوزادان متولد شده از زنانی که در سه ماهه اول بارداری لیتیوم مصرف میکنند، افزایش دهد. [194]
موارد احتیاط
فلز لیتیوم خورنده است و برای جلوگیری از تماس با پوست نیاز به جابجایی خاصی دارد. تنفس غبار لیتیوم یا ترکیبات لیتیوم (که اغلب قلیایی هستند ) در ابتدا بینی و گلو را تحریک می کند ، در حالی که قرار گرفتن در معرض بیشتر می تواند باعث تجمع مایع در ریه ها شود که منجر به ادم ریوی شود . این فلز به خودی خود یک خطر حمل و نقل است زیرا تماس با رطوبت باعث تولید هیدروکسید لیتیوم سوزاننده می شود . لیتیوم به طور ایمن در ترکیبات غیر واکنشی مانند نفتا ذخیره می شود . [197]
سخن پایانی:
در پایان، میتوانیم به این نتیجه برسیم که فرمولاسیون گریس لیتیم، به عنوان یکی از پیشرفتهترین و مؤثرترین ترکیبات در زمینه گریسها، نقش بسیار مهمی در حفاظت، روانکاری و کاهش سایش قطعات صنعتی و خودروها ایفا میکند. ویژگیهای برجسته این ترکیب مانند مقاومت بالا در برابر دما، پایداری شیمیایی، و ضریب اصطکاک مناسب، آن را به ابزاری بیقابلیت برای بهبود عملکرد و طول عمر قطعات صنعتی تبدیل کرده است.
آدرس : مشهد، فکوری17، نبش لاله2، شرکت ویلاتوس
شماره های تماس :
دکتر مقدم 09171205271
مهندس نظری 09155604003
پشتیبان آنلاین 09151154934
مقالات: