في السنوات الأخيرة، أصبحت معادن البطاريات تجارة كبيرة في العالم ، خاصة بالنسبة للكونغو وروسيا وأستراليا والولايات المتحدة والبرازيل ودول أخرى. وذلك لأن هذه "المعادن الخضراء" مهمة جدًا لبطاريات الليثيوم أيون المستخدمة في السيارات الكهربائية.
وقال آلان، مهندس التعدين بشركة Ftmmachinery: "يشعر المستهلكون الآن بقلق بالغ بشأن الحلول التكنولوجية الجديدة لمعادن البطاريات مثل خام الليثيوم وخام الكوبالت والجرافيت، لذلك يجب أن تستجيب صناعة التعدين بسرعة لهذا الطلب المتزايد".
إقرأ هذه المدونة وستعرف:
ما هي معادن البطارية؟
معادن البطاريات هي معادن تُستخدم لإنتاج بطاريات قابلة لإعادة الشحن للسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة.
اعتمادًا على مكونات البطارية، قد تشمل معادن البطارية خام الليثيوم والنيكل والكوبالت والجرافيت والمنغنيز والألومنيوم والقصدير والتنتالوم والفاناديوم والمغنيسيوم والمعادن الأرضية النادرة.
ومع ذلك، يشير مصطلح "معادن البطارية" عادةً بشكل أكثر دقة إلى الليثيوم والكوبالت والنيكل والمنغنيز والجرافيت. "معدن البطارية" هو أيضًا مصطلح شائع الاستخدام، ولكنه لا يشمل الجرافيت المعدني غير المعدني. سوف تركز هذه المقالة على هذه المعادن الخمسة المهمة للبطارية.
ازدهار سوق معادن البطاريات
مع اكتساب التحول إلى الطاقة النظيفة زخمًا، أصبحت السيارات الكهربائية (مثل تسلا) تحظى بشعبية متزايدة. يتم قيادة أكثر من 10 ملايين مركبة كهربائية على الطريق. تعتمد هذه البطاريات (بطاريات السيارات الكهربائية) على المعادن الأساسية التي تساعد في تشغيلها ، والتي عززت التطور النشط لسوق معادن البطاريات.
تشير الإحصاءات إلى أنه بحلول عام 2028، سينمو الطلب على النيكل والكوبالت والليثيوم والجرافيت لإنتاج البطاريات بعامل يتراوح بين 2.5 إلى 12.4. بلغت قيمة السوق العالمية لمعادن البطاريات 25.66 مليار دولار، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 8.5٪ خلال الفترة المتوقعة (2022-2028).
وفيما يلي إنتاج وسعر معادن البطاريات في جميع أنحاء العالم في عام 2022:| معادن البطارية | المنتجين | الإنتاج العالمي في عام 2022 | السعر (قد يختلف) |
| الليثيوم | أستراليا، زيمبابوي، دول أمريكا اللاتينية | 1.3 مليون طن | كربونات الليثيوم : 17.000 دولار للطن |
| الكوبالت | الكونغو، كوبا، روسيا، الفلبين، أستراليا | 190.000 طن | 33,000 دولار/طن |
| النيكل | إندونيسيا، الفلبين، جنوب أفريقيا، روسيا، أستراليا، كندا | 3.3 مليون طن | 18,000 دولار/طن |
| المنغنيز | جنوب أفريقيا، أستراليا، الجابون، البرازيل، نيجيريا | 20 مليون طن | 7.16 دولار للطن |
| الجرافيت | الصين، موزمبيق، البرازيل، روسيا، كندا، الهند، كوريا | 1.3 مليون طن | رقائق الجرافيت الطبيعي: 1600 دولار للطن |
التعدين ومعالجة معادن البطارية
من خلال الحفاظ على ثقتها في مبدأ "التخفيض وإعادة الاستخدام وإعادة التدوير"، تلتزم Ftmmachinery بمعالجة معادن البطاريات من رواسب مجدية اقتصاديًا وتنقيتها من أشكالها الخام إلى منتجات عالية الجودة.
1. تعدين وتجهيز الليثيوم
الليثيوم هو الخيار الأول لإنتاج بطاريات الليثيوم أيون (خصوصًا الكاثود )، لكونه أخف المعادن وموصلًا ممتازًا للكهرباء والحرارة.
وفي عام 2022، بلغ إنتاج الليثيوم العالمي 130 ألف طن متري. أستراليا هي أكبر مصدر لليثيوم في العالم. يولد الليثيوم الآن أكثر من 30% من إيرادات سوق معادن البطاريات العالمية. إذن، كيف يمكن الحصول على الليثيوم؟
يتم استخراج الليثيوم من مصدرين: الإنتاج من المحاليل الملحية وإنتاج الليثيوم من الصخور الصلبة.
يعد الإنتاج من المحاليل الملحية أكثر اقتصادا، حيث توجد أكبر الودائع في الأمريكتين والصين. وتعد تشيلي والأرجنتين وبوليفيا ودول أمريكا اللاتينية الأخرى من منتجيها. وتقوم هذه الطريقة على ضخ محلول ملحي غني بالليثيوم إلى السطح، ثم يتم تبخيره وتركيزه في حوض التبخير الشمسي.
تعد خامات الليثيوم ذات الصخور الصلبة (البجماتيت الجرانيت مع السبودومين) أكثر صعوبة في المعالجة، خاصة عند إثراءها. أستراليا وكندا وزيمبابوي والبرتغال هم منتجوها.
يوجد أدناه مصنع لمعالجة خام الليثيوم المخصص للبطارية في أستراليا (باستخدام خام الليثيوم الصخري الصلب):-
سحق:بعد التعدين، يتم سحق خام الليثيوم الخام من خلال كسارة فكية وكسارة مخروطية لسحق على مرحلتين.
-
تحري:ثم استخدم شاشة تهتز للغربلة. يدخل خام الليثيوم المؤهل في عملية الطحن التالية.
-
طحن / طحن:يتم طحن الخام بواسطة مطحنة كروية إلى حجم جسيم يصل إلى 0.15 مم.
-
التعويم والفصل المغناطيسي:بعد الطحن، يدخل مسحوق خام الليثيوم أولاً إلى فاصل التعويم لإزالة النقاء، مثل الكوارتز، الفلسبار، والميكا. ثم يدخل في فاصل مغناطيسي لإزالة نقاء الحديد ويتم الحصول على تركيز الليثيوم.
-
التكليس:يتم تحميص المركز في فرن دوار عند درجة حرارة 1050-1100 درجة مئوية.
-
المعالجة الكيميائية:وأخيرًا، تتم المعالجة الكيميائية لتركيز الليثيوم لإنتاج كربونات الليثيوم أو هيدروكسيد الليثيوم اللازم للبطاريات.
2. تعدين وتجهيز الكوبالت
الكوبالت هو مادة الكاثود الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في بطاريات الليثيوم أيون.
الكوبالت هو منتج ثانوي لاستخراج النيكل والنحاس، مما يجعل الحصول عليه أكثر صعوبة.
علاوة على ذلك، تستخدم الكونغو، أكبر منتج للكوبالت، عمالة الأطفال دائمًا، مما يجعل سعرها باهظًا، حيث يصل إلى 33 ألف دولار للطن - أي أكثر من ضعف سعر النيكل.
وفي عام 2022، بلغ إنتاج الكوبالت العالمي 190 ألف طن متري. وتمثل الكونغو 70%، تليها كوبا وروسيا والفلبين وأستراليا.
يأتي استخراج الكوبالت في الكونغو من رواسب النحاس ذات الطبقات الرسوبية في كينشاسا. معالجة خام الكوبالت في الكونغو هي كما يلي:
- سحق:
استخدم الكسارة الفكية والكسارة المخروطية للتكسير.
- طحن / طحن:
يتم طحن خام النحاس والكوبالت في مطحنة الكرة .
- فصل التعويم:
تتم هذه العملية في آلة التعويم . أولاً، استخدم تعويم الكبريتيد للحصول على مركزات كبريتيد النحاس والكوبالت، ثم استخدم تعويم الأكسيد للحصول على مركزات أكسيد النحاس والكوبالت.
- الفصل المغناطيسي:
استخدم فاصلًا مغناطيسيًا رطبًا لإزالة المعادن المغناطيسية، وأخيرًا احصل على تركيز النحاس والكوبالت.
- تحضير الكوبالت المستخدم في البطاريات:
يتم إنتاج Co (OH) 2 وCoCO 3 بطرق الترسيب في الطور السائل، أو حرارة الماء، أو التحكم في التبلور، أو المذيبات الحرارية. تعرف على تحضير الكوبالت المستخدم في البطاريات .
3. تعدين النيكل ومعالجته
النيكل معدن أبيض فضي. يتم استخدامه في إنتاج الكاثود للبطاريات بسبب كثافة الطاقة العالية وسعة التخزين.
تتمتع الزيادة في النيكل بميزة رئيسية أخرى لصانعي البطاريات: فهي تسمح بتقليل كمية الكوبالت المستخدمة في البطارية.
خامات النيكل المناسبة لاستخدام البطاريات تأتي في نوعين من خامات النيكل:- الفئة الأولى (كبريتيدات النيكل) : درجة أعلى ولكن رواسب نادرة وتشكل 37.5% من الإنتاج الحالي. المعدن الرئيسي هو النيكل - البيريت.
- الفئة الثانية (لاتريت النيكل) : احتياطيات منخفضة الجودة وغنية، وتشكل 62.4% من الإنتاج الحالي. المعادن الرئيسية هي خام السابروليتيك وخام الليمونيت. التعدين لها أهمية متزايدة.
في الوقت الحاضر، يجب أن يكون النيكل المستخدم في البطاريات من الدرجة الأولى، لكن نصف الإنتاج العالمي من النيكل ينتمي إلى الدرجة الثانية. تعد إندونيسيا ثاني أكبر منتج للنيكل من الفئة 2 (نقاوة 99٪). الفلبين وجنوب أفريقيا وروسيا وأستراليا وكندا هي أيضًا منتجة للنيكل. وفي عام 2022، سيبلغ الإنتاج العالمي للنيكل 3,300,000 طن متري.
لإنتاج النيكل المستخدم في البطاريات، تتم معالجة كبريتيد النيكل من خلال التكسير - الغربلة - الطحن - فصل التعويم - إعادة تدوير المخلفات. ومع ذلك، يتم استنفاد المنجم بسرعة.
نظرًا للاحتياطيات الوفيرة من لاتريت النيكل، بدأ صانعو البطاريات في التركيز على تعدين لاتريت النيكل. فيما يلي مصنع معالجة لاتريت النيكل في الفلبين :
- غسل:
اغسل خام النيكل الخام بغسالة حلزونية .
- سحق:
استخدم الكسارة الفكية والكسارة المخروطية للتكسير.
- طحن / طحن:
بعد التكسير، يتم طحن الخام إلى -100 شبكة في مطحنة الكرات .
- الفصل المغناطيسي:
استخدم فاصلًا مغناطيسيًا رطبًا لفصل البيروتيت. بعد تلك العملية، لا يلبي البيروتيت ذو الشبكة -100 متطلبات فصل التعويم الرغوي. لذلك، يتم تقليلها إلى -200 شبكة في طاحونة الكرات، وبعد ذلك يتم غربلتها باستخدام غربال اهتزازي.
- فصل التعويم:
استخدم فاصل التعويم للفصل والحصول على تركيز النيكل 3% وتركيز النحاس 31%. ثم قم باسترداد النيكل في المخلفات، وأخيرًا قم بإنتاج إجمالي 12% من تركيز النيكل.
- تجفيف:
يتم إرسال التركيز إلى مجفف الأسطوانة الدوارة .
-
استعادة الفرن الدوار-الفرن الكهربائي:بعد التجفيف، يدخل خام النيكل إلى فرن دوار عند 770 درجة مئوية، ثم يدخل إلى فرن كهربائي ليتم اختزاله وصهره بشكل أكبر.
-
تبريد:يتم تبريد المادة مباشرة في المبرد . يتم الحصول على منتج النيكل النهائي.
4. تعدين ومعالجة المنغنيز
بالإضافة إلى استخدامه كمادة مضافة للسبائك في صناعة الحديد والصلب، تشمل استخدامات المنغنيز أيضًا إنتاج كاثودات البطاريات .
المنغنيز المستخدم في البطاريات هو MnSO 4 ، والذي يتم تحضيره كيميائيًا من MnO 2 . قبل التحضير، عليك الحصول على تركيز أكسيد المنغنيز عالي الجودة.
يصل إنتاج المنغنيز العالمي في عام 2022 إلى 20,000,000 طن متري. جنوب أفريقيا هي أكبر منتج، تليها الجابون وأستراليا والبرازيل.
فيما يلي مصنع معالجة خام أكسيد المنغنيز في نيجيريا:بعد اختبار المعادن ، يحتوي الخام على مادة طينية. معادنها الشوائب هي معادن السيليكات والكربونات، المرتبطة بالحديد والفوسفور والنيكل والكوبالت وغيرها. لذلك، يتم اعتماد عملية غسل الخام – الفصل بالجاذبية – الفصل المغناطيسي.
- سحق:
أرسل خام أكسيد المنغنيز الخام إلى الكسارة الفكية والكسارة المخروطية ليتم سحقهما في نطاق 70 مم.
- غسل:
استخدام شاشة طبلة لغسل الخام.
- فصل الجاذبية:
الاختيار اليدوي للمواد الأكبر من 30 مم، والفصل بالجاذبية للمواد من 4.5 إلى 30 مم.
- الفصل المغناطيسي:
استخدم فاصل مغناطيسي قوي لاختيار أجود خام المنغنيز في حدود 4.5 ملم. وأخيرًا، تم الحصول على درجة تركيز المنغنيز بنسبة 41.23%، ووصلت نسبة الاسترداد إلى 93.6%.
5. تعدين ومعالجة الجرافيت
الجرافيت معدن ناعم ذو لون أسود رمادي. لقد كانت المادة المفضلة لأنودات البطارية نظرًا لتكلفتها المنخفضة واحتياطياتها الوفيرة ودورة حياتها الطويلة.
يستخدم الجرافيت المتقشر في الجرافيت المستخدم في البطاريات . وهو عبارة عن جرافيت طبيعي يبلغ قطره البلوري أكبر من 1 ميكرومتر، ويتم استخراجه من الصخور المتحولة الكربونية. يحتوي الجرافيت المتقشر على درجة عالية ويحتوي على 60-80% من الكربون، ولكن غالبًا ما تكون جزيئات الجرافيت مدمجة في الطين.
الطلب على الجرافيت عالي الجودة قوي. في عام 2022، سيبلغ إجمالي إنتاج الجرافيت العالمي 1,300,000 طن متري. وتعد الصين أكبر منتج لها (تمثل 63%)، تليها موزمبيق والبرازيل وروسيا وكندا والهند وكوريا الجنوبية.
تتم معالجة رقائق الجرافيت على النحو التالي:- سحق:
يتم سحق خام الجرافيت الخام باستخدام الكسارة الفكية والكسارة المخروطية ، ويتم ضبط الغربال الاهتزازي للغربلة. سيتم تقليل حجم الجسيمات إلى 10-20 ملم.
- طحن:
استخدم مطحنة قضيبية للطحن الخشن، ثم أدخل مطحنة الكرات الفائضة لإعادة الطحن.
- تصنيف:
يقوم المصنف الحلزوني بتصفية رقائق كبيرة من الجرافيت.
- فصل التعويم:
استخدم آلة التعويم لإزالة الشوائب عديمة الفائدة للحصول على تركيز جرافيت عالي الجودة.
- طهارة:
إذا كان الجرافيت عالي النقاء مطلوبًا، فيمكن تنقيته بشكل أكبر عن طريق المعالجة الكيميائية، ويمكن أن تصل درجة نقاء الجرافيت إلى 97-99٪.
خاتمة
يمكن لشركة Ftmmachinery توفير معدات تكسير وطحن وإثراء المعادن الأكثر تقدمًا لسلسلة إنتاج الليثيوم والكوبالت والنيكل والمنغنيز والجرافيت بأكملها بدءًا من المناجم وحتى مواد البطاريات في نطاق المشروع.
تلعب العديد من المعادن الأخرى أيضًا دورًا مهمًا في سلسلة تصنيع البطاريات. يمكن لمعداتنا أن تمكن من استعادة هذه المعادن، سواء كانت المنتج الرئيسي من المواد الخام أو التدفقات الجانبية من الإنتاج.
مراجع
المعادن الهامة في بطاريات المركبات الكهربائية
معادن البطاريات في جميع أنحاء العالم
