ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЛИТИЯ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ РАССОЛОВ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ: ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

LITHIUM EXTRACTION FROM INDUSTRIAL BRINES OF THE SIBERIAN PLATFORM: TECHNOLOGIES AND PROSPECTS

Renat Motigullin

student, Department of Oil and Gas Well Drilling, St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается такое перспективное направление рационального использования пластовых флюидов, как извлечение лития, приуроченного к месторождениям Сибирской платформы. Особое внимание удалено технологиям переработки литиеносных рассолов. В сравнении с традиционным способом добычи лития была отмечена экономическая и экологическая целесообразность данного метода получения ценного компонента.

ABSTRACT

The article considers such a promising direction of the rational use of reservoir fluids as the extraction of lithium confined to the deposits of the Siberian platform. Special attention is paid to technologies for processing lithium-bearing brines. In comparison with the traditional method of lithium extraction, the economic and environmental feasibility of this method of obtaining a valuable component was noted.

Ключевые слова: литий, гидроминеральные ресурсы, осаждение, концентрирование, сорбционный метод.

Keywords: lithium, hydromineral resources, precipitation, concentration, sorption method.

Современные технологии освоения газоконденсатных месторождений требуют не только высокой эффективности добычи, но и рационального использования пластовых флюидов. В условиях снижения рентабельности традиционных методов добычи и нестабильного спроса на сырье возникает потребность в диверсификации источников дохода. Поэтому в последнее время компании все чаще рассматривают возможность добычи и переработки высококонцентрированных рассолов, с целью извлечения таких полезных компонентов, как литий и бром.

Литий - это самый легкий и реакционный металл на нашей планете. Его трудно встретить в свободной форме, так как он легко вступает в соединения с другими элементами.

Традиционные способы извлечения лития, основанные на переработке руды, добываемой карьерным способом, предполагают использование открытых горных выработок, а также сопряжены с определенными экологическими последствиями. При этом качество рудного лития благодаря сопутствующим примесям значительно уступает по частоте соединениям, полученным из природных рассолов.

Литий является стратегическим металлом, значение которого стремительно растет в условиях энергетического перехода. В России основными секторами, которые используют литий, являются производство аккумуляторов, керамики, смазочных материалов, а также металлургия. В связи с расширением рынка электромобилей и электроники есть предпосылки, что к 2030 возникнет сильный дефицит сырья, что приведет к увеличению его стоимости. Литиевое сырье продается в двух формах: карбонат лития и гидроксид лития. Последнее преимущественно добывается из твердых полезных ископаемых.

Россия входит в десятку стран с наибольшими запасами лития в пластовых водах. По результатам лабораторного анализа на Ковыктинском месторождении выявлены уникально высокая концентрация лития - свыше 700 мг/л (рисунок 1). Это несомненно превосходит показатели других известных месторождений в мире и является рекордом.

Рисунок 1. Содержание лития на месторождениях Сибирской платформы

Сорбционный метод получения лития

В последнее время широкое распространение получили сорбента на основе гидроксида алюминия. Они обладают относительно низкой стоимостью и легко регенерируются.

ДГАЛ-Cl - это соединение на основе гидроксида алюминия, которое обладает универсальным поглотительным свойством по отношению к литию. При этом ДГАЛ-Cl должен находится в дефектном состоянии с плохо упорядоченной кристаллической решеткой. Только в таком случае его динамическая обменная емкость может достигать 4 мг/г за 3 часа сорбции.

Стадия сорбции протекает по реакции:

Отличительной особенностью данной реакции является то, что место лития в этом соединении не может занимать никакой другой элемент.

Технологическая схема рассолопромысла показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Технологическая схема извлечения лития

На первом этапе исходный раствор нагревается в теплообменном оборудовании до температуры порядка 45 °C. На следующем этапе осуществляется контакт рассола с сорбентом. После сорбции насыщенный литием сорбент смешивается с пресной водой. Полученный раствор лития концентрируют выпариванием и затем отправляют в блок осаждения. Здесь в присутствии карбоната натрия происходит осаждения лития в форме малорастворимого карбоната лития. Финальной стадией является сушка, полученного осадка.

Мембранные технологии

Наиболее энергоэффективным способом извлечения лития является использование наноструктурированных мембран. Такие материалы при пропускании через них раствора селективно пропускают определенные ионы. В последние годы ведутся исследования по использованию полиамидных мембран для извлечения лития. Мембраны позволяют извлекать литий из растворов богатых магнием. Ионы магния из-за сильного электростатического воздействия отталкиваются от положительно заряженных мембран.

Для извлечения лития из рассолов все большую популярность обретает электродиализ. Суть данного процесса основана на электролитической диссоциации и переносе ионов через мембрану. На рисунке 3 представлена типичная схема установки по электродиализу.

Рисунок 3. Селективный электродиализ

Установка имеет две камеры концентрирования и одну камеру с очищенным раствором. Полученный раствор лития в камере концентрирования осаждается и высушивается. Для повышения селективности процесса могут использоваться специальные мембраны пропускающие только одновалентные катионы и анионы.

Выводы

Необходимо комплексно подходить к разработке месторождений, содержащих промышленный рассол. При стремительном росте рынка это может стать дополнительным источником дохода для компаний. Также следует тщательно подходить к выбору технологий по его извлечению и смотреть на энергоэффективность процессов.

Список литературы:

1. Алексеев, С. В., Вахромеев, А. Г., Коцупало, Н. П., Рябцев, А. Д. Промышленные рассолы Сибирской платформы: гидрогеология, бурение и добыча, переработка, утилизация / С. В. Алексеев, А. Г. Вахромеев, Н. П. Коцупало, А. Д. Рябцев. - Иркутск: Географ, 2014 - 161 c.
2. Бандалетова А. А. Извлечение лития из попутных вод на примере оренбургского НГКМ // PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. - 2021. - № 6. - с. 29-32.
3. Бутыльский Д. Ю. Селективное извлечение катионов лития из смеси хлоридов щелочных металлов с использованием электробаромембранного процесса // мембраны и мембранные технологии. - 2024. - № 3. - с. 190-199.
4. Цепляев И. И. Извлечение лития из попутно добываемых вод при подготовке нефти на месторождениях восточной Сибири // Нефтяное хозяйство. -2023. - № 8. - С. 114-117.
5. Цивадзе А. Ю. Селективное извлечение лития из минерального, гидроминерального и вторичного сырья // Вестник российской академии наук. - 2023. -№ 7. - с. 623-630.