લિથિયમ કાર્બોનેટ: તેના ગુણધર્મો, ઉત્પાદન અને વિવિધ ઉપયોગો
#GS-3 #વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી #ઊર્જા #અર્થતંત્ર #ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર #વર્તમાન ઘટનાઓ #આંતરરાષ્ટ્રીય #લિથિયમ કાર્બોનેટ #એનર્જી સ્ટોરેજ #ક્રિટિકલ મિનરલ્સ
મુખ્ય મુદ્દા
- બેટરી-ગ્રેડ લિથિયમ કાર્બોનેટના ભાવ માસિક ધોરણે 10.3% ઘટીને પ્રતિ ટન RMB 140,000 થતાં Lithium Iron Phosphate (LFP) એનર્જી સ્ટોરેજ સેલનો ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટી ગયો છે.
- બેટરી બનાવવા માટે લિથિયમ કાર્બોનેટ (Li₂CO₃) ની શુદ્ધતા ≥99.5% હોવી જરૂરી છે, જે દક્ષિણ અમેરિકાના લિથિયમ ટ્રાયંગલ (ચિલી, આર્જેન્ટિના, અને બોલિવિયા) અને ખડકોમાંથી મેળવવામાં આવે છે.
- ઇલેક્ટ્રિક વાહનો અને BESS એનર્જી સ્ટોરેજ ઉપરાંત, લિથિયમ કાર્બોનેટનો ઉપયોગ બાયપોલર ડિસઓર્ડર ની દવાઓમાં મૂડ સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે અને એલ્યુમિનિયમ ગાળવાની પ્રક્રિયામાં થાય છે.
શા માટે ચર્ચામાં છે?
- બેટરી બનાવવા માટે વપરાતા લિથિયમ કાર્બોનેટના ભાવ એક જ મહિનામાં 10.3% ઘટીને પ્રતિ ટન સરેરાશ RMB 140,000 થઈ ગયા છે. આ ભાવઘટાડાને કારણે હાઇ-કેપેસિટી લિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ (LFP) એનર્જી સ્ટોરેજ સેલ બનાવવાનો ખર્ચ નોંધપાત્ર રીતે ઘટી ગયો છે.
લિથિયમ કાર્બોનેટ શું છે?
- લિથિયમ કાર્બોનેટ (Li₂CO₃) એ સફેદ રંગનું અને ગંધ વગરનું અકાર્બનિક રસાયણ છે. લિથિયમ-આયન બેટરી ક્ષેત્રે તે ખૂબ મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે. તેનો મુખ્ય ઉપયોગ Lithium Iron Phosphate (LFP) અને Lithium Cobalt Oxide (LCO) બેટરીના કેથોડ બનાવવામાં તેમજ વિશિષ્ટ કાચ અને સિરામિક્સ ઉદ્યોગમાં થાય છે.
કુદરતી સંસાધનો અને ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય સ્ત્રોતો
- ઊંચા પર્વતીય વિસ્તારોમાં આવેલી ક્ષારયુક્ત જમીનમાંથી ભૂગર્ભજળના પાણી દ્વારા લિથિયમ મેળવાય છે. દક્ષિણ અમેરિકાના લિથિયમ ટ્રાયંગલ તરીકે ઓળખાતા દેશો ચિલી, આર્જેન્ટિના અને બોલિવિયા ઉપરાંત ચીન અને અમેરિકા માં આનો મોટો જથ્થો આવેલો છે.
- આ સિવાય સખત ખડકોમાંથી પણ લિથિયમ કાઢવામાં આવે છે. આ માટે સ્પુડ્યુમિન, લેપિડોલાઇટ અને પેટાલાઇટ જેવા ખનિજોનું ખનન થાય છે. આ સ્ત્રોતો મુખ્યત્વે ઓસ્ટ્રેલિયા, ચીન, કેનેડા અને આફ્રિકા માં આવેલા છે.
- માટી અને કાંપ ધરાવતા ખનિજ ભંડારોમાંથી પણ લિથિયમ મળે છે. આ માટે જડારાઇટ અને હેક્ટોરાઇટ જેવી ક્લે ડિપોઝિટ ઉપયોગી છે. અમેરિકા માં આવેલી ઠોકર પાસ (Thacker Pass) ડિપોઝિટ આનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે.
ઉત્પાદન અને બેટરી પ્રક્રિયા
- ઉત્પાદન શરૂ કરવા માટે ભૂગર્ભીય પાણીને બાષ્પીભવન તળાવોમાં પંપ કરવામાં આવે છે અથવા સખત ખડકોને પીસીને એસિડ વડે પ્રોસેસ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાથી લિથિયમ ક્લોરાઇડ અથવા લિથિયમ સલ્ફેટ નું ઘાટું સોલ્યુશન તૈયાર થાય છે.
- ત્યારબાદ આ ઘટ્ટ સોલ્યુશનમાં ઊંચા તાપમાને સોડિયમ કાર્બોનેટ (Na₂CO₃) ઉમેરવામાં આવે છે. લિથિયમ કાર્બોનેટ પાણીમાં ઓછું ઓગળતું હોવાથી ઘન Li₂CO₃ તળિયે બેસી જાય છે અને તેને અલગ પાડી લેવાય છે.
- શુદ્ધ કરેલા Li₂CO₃ ને આયર્ન, ફોસ્ફેટ કે કોબાલ્ટ સાથે મિશ્ર કરીને ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે. આનાથી બેટરીમાં વપરાતો LiFePO₄ જેવા પાવડર સ્વરૂપનો કેથોડ બને છે.
- જ્યારે બેટરી ચાર્જ થાય છે, ત્યારે લિથિયમ આયનો (Li⁺) કેથોડમાંથી નીકળીને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા ગ્રેફાઇટ એનોડમાં જમા થાય છે. જ્યારે બેટરીનો ઉપયોગ થાય છે, ત્યારે આ પ્રક્રિયા ઉલટી થાય છે અને વીજળી મુક્ત થાય છે.
લિથિયમ કાર્બોનેટના મુખ્ય લક્ષણો
- બેટરી બનાવવા માટે લિથિયમ કાર્બોનેટની શુદ્ધતા ઓછામાં ઓછી ≥99.5% હોવી જરૂરી છે. બેટરી ખરાબ ન થાય અને શોર્ટ સરકિટથી આગ ન લાગે તે માટે તેમાં કેલ્શિયમ, સોડિયમ અને ચુંબકીય કચરો ખૂબ જ ઓછો રખાય છે.
- સામાન્ય ક્ષાર કરતાં અલગ, લિથિયમ કાર્બોનેટ ગરમ પાણીમાં ઓછું ઓગળે છે. આ ખાસ ગુણધર્મને કારણે ગરમ મિશ્રણમાંથી આ રસાયણને ક્રિસ્ટલ સ્વરૂપે અલગ પાડવું ખૂબ સરળ બને છે.
- Lithium Iron Phosphate (LFP) બેટરી બનાવવા માટે આ કેમિકલ સૌથી કરકસરયુક્ત કાચું મટીરિયલ છે. મોટા પાયે ઊર્જાનો સંગ્રહ કરતી સિરામિક સિસ્ટમ્સ અને ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં LFP બેટરીઓનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે.
- લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડની સરખામણીમાં લિથિયમ કાર્બોનેટ ઓછા તાપમાને પીગળી જાય છે. આ ગુણધર્મને લીધે સોલિડ-સ્ટેટ પદ્ધતિથી કેથોડના ક્રિસ્ટલ બનાવવામાં તે ખૂબ ઉપયોગી રહે છે.
લિથિયમ કાર્બોનેટના ઉપયોગો
- આ રસાયણ LFP અને LCO કેથોડ બનાવવાનો મુખ્ય ઘટક છે. મોટા પાયે રિન્યુએબલ એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ (BESS), સોલાર પ્રોજેક્ટ્સ અને ઇલેક્ટ્રિક વાહનોમાં આ બેટરીઓ વપરાય છે.
- કાચ અને સિરામિક ઉદ્યોગમાં આ રસાયણ ઉમેરવાથી મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટે છે. આનાથી રસોઈના વાસણો, સિરામિક સ્ટોવટોપ અને ટેલિસ્કોપના અરીસા વધુ મજબૂત અને ગરમી-રેસિસ્ટન્ટ બને છે.
- તબીબી ક્ષેત્રે ડૉક્ટરની સલાહ મુજબ માનસિક સ્વાસ્થ્યની દવાઓમાં તેનો ઉપયોગ થાય છે. બાયપોલર ડિસઓર્ડર (bipolar disorder) અને ગંભીર ડિપ્રેશનની સારવારમાં આ કેમિકલ મૂડ સ્ટેબિલાઇઝર તરીકે કામ કરે છે.
- એલ્યુમિનિયમ ગાળવાની ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયામાં આ કેમિકલ ઉમેરવામાં આવે છે. તેનાથી કામકાજનું તાપમાન ઘટે છે, વીજ વાહકતા વધે છે અને ઝેરી ફ્લોરિન વાયુનું ઉત્સર્જન ઘટે છે.