Công nghệ khai khoáng mới của MIT bổ sung nguồn phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng phát thải thấp

Công nghệ khai khoáng đang đứng trước yêu cầu chuyển đổi mạnh mẽ nhằm tối ưu hóa tài nguyên và giảm phát thải carbon trong bối cảnh nhu cầu vật liệu cho chuyển dịch năng lượng và xây dựng bền vững ngày càng gia tăng. Một hướng tiếp cận mới từ MIT cho thấy khả năng xử lý quặng đá cứng chứa lithium theo phương pháp nhiệt độ thấp, không chỉ thu hồi lithium phục vụ sản xuất pin mà còn tận dụng toàn bộ thành phần khoáng trong quặng để tạo ra các vật liệu công nghiệp có giá trị, bao gồm cả phụ gia khoáng cho sản xuất xi măng.

Quy trình được phát triển tập trung vào khoáng spodumene, một trong những nguồn lithium phổ biến nhất trong quặng đá cứng. Thay vì phương pháp truyền thống phải nung quặng ở nhiệt độ trên 1.000°C rồi tiến hành hòa tách hóa học, quy trình mới sử dụng dung dịch phản ứng đặc biệt để phá vỡ cấu trúc khoáng ở nhiệt độ thấp, thậm chí gần nhiệt độ phòng. Cách tiếp cận này giúp giảm mạnh nhu cầu năng lượng và hạn chế phát sinh chất thải rắn so với công nghệ hiện hành.

Trong quá trình xử lý, spodumene được tách thành 3 thành phần chính gồm lithium, nhôm và silica. Điểm nổi bật của công nghệ là cả 3 thành phần này đều được thu hồi và chuyển hóa thành sản phẩm có thể sử dụng trong công nghiệp, thay vì bị loại bỏ như trong quy trình truyền thống.

Phần lithium thu hồi được chuyển hóa thành các hợp chất đạt tiêu chuẩn công nghiệp như lithium fluoride, lithium hydroxide và lithium carbonate. Đây là những nguyên liệu cốt lõi trong sản xuất pin lithium ion, lĩnh vực đang tăng trưởng mạnh nhờ nhu cầu xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.

Silica thu được từ quá trình này có ý nghĩa đặc biệt đối với ngành vật liệu xây dựng. Sau khi được xử lý, silica có thể đóng vai trò như một loại phụ gia khoáng hoạt tính, có khả năng tham gia vào quá trình đóng rắn của xi măng. Việc sử dụng nguồn silica này có tiềm năng thay thế một phần nguyên liệu clinker trong sản xuất xi măng, qua đó góp phần giảm phát thải carbon của ngành công nghiệp vốn được xem là một trong những nguồn phát thải lớn nhất toàn cầu. Trong bối cảnh nguồn phụ gia khoáng truyền thống như tro bay và xỉ lò cao đang ngày càng khan hiếm, việc mở rộng thêm nguồn silica hoạt tính từ khai khoáng mở ra một hướng bổ sung đáng chú ý cho ngành xi măng.

Nhôm tách ra từ quặng cũng được xử lý để đạt tiêu chuẩn sử dụng trong luyện kim, tạo thêm một dòng sản phẩm có giá trị thương mại. Điều này cho thấy mô hình khai thác mới không chỉ tập trung vào một sản phẩm chính mà hướng đến khai thác tối đa giá trị của toàn bộ quặng đầu vào.

Một điểm then chốt của công nghệ là khả năng vận hành theo chu trình tuần hoàn. Dung môi phản ứng sau khi tham gia quá trình hòa tách có thể được tái sinh và sử dụng lại, giúp giảm đáng kể nhu cầu hóa chất đầu vào và hạn chế phát sinh chất thải. Mô hình này góp phần định hình cách tiếp cận khai khoáng theo hướng khép kín, thay thế dần mô hình khai thác tuyến tính truyền thống.

Công nghệ đã được thử nghiệm trên nhiều mẫu quặng spodumene khác nhau từ nhiều khu vực địa lý, cho thấy tính ổn định và khả năng áp dụng rộng rãi. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng chi phí xử lý theo phương pháp mới có thể thấp hơn khoảng một nửa so với quy trình khai thác đá cứng hiện nay và có khả năng cạnh tranh với công nghệ khai thác lithium từ nước muối.

Bên cạnh ý nghĩa đối với chuỗi cung ứng pin, công nghệ này mở ra một hướng tiếp cận quan trọng cho ngành vật liệu xây dựng khi cung cấp đồng thời nguồn silica hoạt tính phục vụ sản xuất xi măng. Điều này phù hợp với xu hướng giảm tỷ lệ clinker, tăng sử dụng phụ gia khoáng và thúc đẩy sản xuất xi măng phát thải thấp. Trong dài hạn, các mô hình khai khoáng đa sản phẩm như vậy có thể trở thành một phần trong chuỗi cung ứng vật liệu bền vững, kết nối giữa ngành năng lượng và ngành xi măng trong cùng một hệ sinh thái kinh tế tuần hoàn.

Cem.Info