Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Má se Česká republika stát producentem lithia?

Možnost využít odpadní materiály
 |  11. 6. 2009
 |  Vesmír 88, 400, 2009/6

Lithium, z chemického hlediska řazené mezi alkalické kovy, je nejlehčím kovem periodické soustavy prvků. Kvůli své velké afinitě ke kyslíku se ve važitelném množství nevyskytuje volně, ale vždy jen ve formě sloučeniny.

 Nevyskytuje se volně

Identifikované světové zásoby lithia v ložiskách nerostných surovin se blíží hodnotě 14 milionů tun. K tomu je nutno připočítat obrovské zásoby tohoto kovu v minerálních vodách, solankách (obsahy až 200 ppm) 1) a světových mořích (0,1–0,2 ppm).

Mezi nejvýznamnější odvětví spotřeby lithia patří výroba lehkých slitin pro automobilový a letecký průmysl i některé kosmické technologie. Lithium a jeho sloučeniny se mohou uplatnit při výrobě zdrojů elektrické energie (lithio vých baterií, akumulátorů) a „inteligentních“ elektrických i elektronických součástek. Dosti lithia a jeho sloučenin se spotřebuje také při výrobě sklářských a keramických materiálů se zvýšenou odolností vůči tepelným šokům a s minimální tepelnou roztažností. Nezanedbatelnými spotřebiteli lithia jsou rovněž farmaceutický průmysl (antidepresiva) a chemická výroba (mazadla, polymerní materiály). Perspektivně se může tento kov využívat rovněž při termojaderné fúzi a piezofúzi pro výrobu elektrické energie. Poslední publikované údaje o světové spotřebě lithia uvádějí hodnotu 21 280 tun v roce 2008 a předpokládají její neustálý růst (5 až 8 % ročně) zejména kvůli výrobě lithiových zdrojů energie a superlehkých slitin.

Gravitační a flotační metody

Při získávání lithia se (v závislosti na typu zdroje) používají různé postupy. Pro separaci lithia z mořské vody se jako nejvhodnější jeví jeho adsorpce na selektivních sorbentech na bázi MnO2. Z minerálních vod a solanek, které mají podstatně vyšší obsahy lithia, je možno tento kov získat koncentrováním (částečným odpařením vody) a vysrážením. V nerostných surovinách (rudách) se lithium vyskytuje přibližně ve 110 minerálech. Nejvýznamnější nerosty pro průmyslové získávání lithia jsou amblygonit, eukryptit, lepidolit, petalit či spodumen, cinvaldit. Průmyslová výroba lithia z rudních surovin spočívá v několika základních krocích. Po vytěžení rudy hlubinným nebo povrchovým způsobem je nutno z takto získané suroviny odstranit hlušinu, a tím zvýšit obsah minerálu obsahujícího lithium. Vytěžená rudnina se musí nejprve podrtit a pomlít na vhodnou velikost. Lithné minerály se oddělují gravitačními nebo flotačními metodami. Gravitační metody využívají rozdíly v hustotách jednotlivých minerálů, které se tak rozdělí na několik produktů lišících se hustotou. Metody flotační separace jsou založeny na rozdílných fyzikálně-chemických vlastnostech minerálních povrchů, jež se projevují odlišnou smáčitelností minerálů lithia a ostatních složek suroviny vodou. Nesmáčitelné minerály lithia jsou zachycovány na bublinkách vzduchu, a tím oddělovány od ostatních nerostů. Produkty těchto separačních procesů se označují jako koncentráty a jsou buď používány v tomto stavu (ve sklářském a keramickém průmyslu), nebo dále chemicky zpracovávány na požadovanou sloučeninu, nejčastěji uhličitan či chlorid lithný.

Chemické přepracování se provádí buď kyselým, nebo zásaditým způsobem. Kyselý způsob spočívá v pražení koncentrátu při teplotě zhruba 1100 °C a vyluhování za tepla v kyselině sírové. Poté je lithium extrahováno vodou do roztoku ve formě síranu lithného. Uhličitan lithný se získá přidáním uhličitanu sodného, úpravou kyselosti (pH), dočištěním a odpařením. Poté se uhličitan převede na chlorid lithný reakcí s chlorovodíkem. Bazický způsob spočívá v pražení lithiového koncentrátu s vápencem při 900 °C; výsledná směs je rozmělněna a vodou je z ní extrahován hydroxid lithný, ze kterého je chlorid lithný získán opět reakcí s chlorovodíkem.

Mezi největší světové producenty lithia patří Chile s přibližně 8200 t roční produkce (r. 2006), dále pak Austrálie (5500 t), Argentina (2900 t), Čína (2820 t) a Rusko (2200 t). Téměř polovina světových zásob lithia se nachází v Bolívii.

Zdroje v České republice

I v České republice se můžeme setkat se zdroji lithia. Kromě minerálních vod se lithium vyskytuje na ložiskách cínowolframových rud v Krušných horách v oblasti Cínovce, Krupky a Horního Slavkova. Převážně jde o ložiska pneumatolyticko-hydrotermálního původu, složená jednak z rudních žil, jednak z greisenových těles. Rudnou výplň představují převážně křemen, cinvaldit, topas a fluo rit, užitkovou složku wolframit, kasiterit, popřípadě scheelit. Krušnohorské greiseny mají poměrně značné příměsi disperzních prvků – niobu, tantalu, selenu a india – a vysoké obsahy lithia, rubidia i cesia. Ložiska cínowolframových rud v Krušnohoří byla v minulosti dosti intenzivně těžena. Vytěžená ruda se gravitačními a flotačními metodami zpracovávala na cínowolframový koncentrát a odpady po úpravě rudy byly skládkovány na příslušných odkalištích. Po útlumu rudného hornictví v České republice počátkem devadesátých let minulého století se ložiska přestala těžit a nevyužité zůstávají rovněž odpady uložené na odvalech.

První práce zaměřené na možnosti získání lithia z českých nerostných zdrojů byly zahájeny v šedesátých letech minulého století a pokračovaly s přestávkami až do osmdesátých let. V nedávné době se v rámci několika projektů vědy a výzkumu na českých univerzitách (VŠCHT Praha a VŠB-Technická univerzita Ostrava) řešila problematika získávání lithia z nejrůznějších typů odpadních surovin. Jeden z projektů byl zaměřen na možnosti využití dosavadních úložišť odpadů po úpravě cínowolframových rud pro získání tohoto zajímavého kovu, a navázal tak na výzkumy prováděné v dřívější době. Poměrně podrobným způsobem byla pomocí vrtů zmapována hlavní úložiště těchto odpadů v oblasti Cínovce a Horního Slavkova, na nichž je uloženo přibližně 3 350 000 m3 odpadního materiálu s průměrným obsahem 0,27 % lithia a 0,20 % rubidia. Z toho je zřejmé, že by tento odpad mohl sloužit v první fázi jako významný zdroj strategických kovů. Přihlédneme-li k zásobám nevytěžené rudy na ložiskách Cínovec a Krásno (přibližně 67 Mt rudy), představují tyto materiály pro výrobu lithia a rubidia poměrně mohutný potenciál.

Lithium se v českých nerostných zdrojích, na rozdíl od zdrojů zahraničních, vyskytuje ve formě lithné slídy cinvalditu (obrázek 1). Pro separaci tohoto užitkového minerálu byly v rámci zmíněného projektu v rozsáhlých experimentech odzkoušeny tři různé technologie pro dosažení tohoto cíle (flotační, gravitační a magnetické metody rozdružování). S přihlédnutím k zvýšenému obsahu železa v cinvalditu oproti ostatním lithným slídám se jako technologicky nejvhodnější a provozně nejschůdnější jevila v průběhu zkoušek metoda magnetického rozdružování za sucha, i když z technologického hlediska bylo obdobných výsledků dosaženo i pomocí flotačního rozdružování. Za reálný výsledek technologie magnetické úpravy se dá považovat výroba lithiového koncentrátu s obsahem 1,1–1,2 % lithia, které je doprovázeno rubidiem (0,1–0,2 %). Ve svém důsledku se tato skutečnost odrazí jednak v jednoduchosti celého procesu, jednak v příznivé ekonomické bilanci.

Stojí to za to?

V současnosti se ve světě pro výrobu lithia z minerálních surovin používají především spodumenové či lepidolitové koncentráty s obsahy 5–8 % oxidu lithného. Konečný produkt technologické linky magnetické separace (cinvalditový koncentrát s obsahem 2,2–2,6 % oxidu lithného) nedosahuje takové kvality, přesto je – díky neustále rostoucímu zájmu o sloučeniny lithia i rostoucím cenám – potenciálním zdrojem vhodné suroviny pro další chemickou výrobu solí lithia. Může být použit rovněž v surovém stavu (po odželeznění) v keramické a sklářské výrobě. K výhodnosti celého procesu by přispěl jistě rovněž charakter zpracovávané suroviny – odpad uložený na odkališti.

Na základě úvah o využití odpadních materiálů na dosavadních odkalištích se nabízí i myšlenka na možné získávání lithia z krušnohorských ložisek cínowolframových rud. To by však samozřejmě vyžadovalo jejich novou otvírku a komplexní využití všech složek suroviny.

Po zvážení všech podstatných okolností ekonomických a geopolitických je nutno položit otázku uvedenou v titulku článku: Může a má se Česká republika stát významným producentem lithia?

Literatura

Botula J. a kol: Výzkum možností využití odpadních materiálů pro získávání lithia, rubidia a cesia. Závěrečná zpráva projektu GA ČR 105/05/0329, VŠB – Technická univerzita Ostrava, 2007
Holba M. a kol.: Získávání energeticky významných prvků z oceánů: Lithium, CheMagazín, 4/2005
Brožek V. a kol.: Vytvořme u nás Lithium Valley, CheMagazín, 2/2002
www.ioes.saga-u.ac.jp
www.diamo.cz

Poznámky

1) Ppm – partes per milion (dílů či částic na jeden milion).

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Mineralogie

O autorech

Jiří Botula

Radmila Samková

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné