A Buyer’s Guide to Elemental Analysis Instrumentation for Unearthing Battery Minerals

Význam tématu

Trh s lithium-iontovými bateriemi za poslední desetiletí prochází bezprecedentním růstem, poháněným především rozvojem elektromobility a obnovitelných zdrojů energie. Tato dynamika výrazně zvyšuje poptávku po kritických prvcích, jako je lithium, kobalt, nikl a mangan. Současně zvyšuje potřebu spolehlivé analýzy surovin pro průzkum, těžbu a sledování životního cyklu baterií z hlediska ekonomické efektivity i environmentální udržitelnosti.

Cíle a přehled článku

Cílem studie je představit praktický nákupní průvodce analytickými metodami a instrumentací používanou při průzkumu a těžbě lithio-iontových surovin. Článek přehledně popisuje:

• hlavní zdroje lithia (pevné nerosty, solné roztoky),
• požadavky na testování (mineralogie, metalurgie, enviromentální monitoring),
• techniky odběrů vzorků a jejich přípravu,
• klíčové metody elementární analýzy a kritéria výběru přístrojů pro odlehlé nebo centralizované laboratoře,
• instrumentální portfolio Agilent pro různé pracovní zatížení a provozní podmínky.

Použitá metodika a instrumentace

Pro různé fáze průzkumu a těžby se využívají následující techniky elementární analýzy:

• XRF – rychlé nedeštruktivní stanovení majoritních a stopových prvků (bez lithia),
• AAS (plamenová) – citlivé stanovení lithia a kovů v koncentracích cca 100 ppb až 1000 ppm,
• ICP-OES – simultánní analýza až 70 prvků v rozsahu 10 ppb až 10 000 ppm, vhodná pro vysokou průchodnost (až 2500 vzorků/den),
• MP-AES – obdobné využití jako FAAS, ale s využitím atmosférického dusíku, ideální pro odlehlé lokality bez plynových lahví,
• ICP-MS – nejvyšší citlivost (ppt úroveň), robustní proti interferencím díky koliznímu/reakčnímu článku, vhodné pro stopovou analýzu.

Kroky přípravy vzorků zahrnují odběr rock chipů, vrtákových jáder nebo vzorků solných roztoků, následné drcení, mletí a homogenizaci pro zajištění reprezentativnosti.

Použitá instrumentace

• Agilent Flame AAS – měření vyšších koncentrací lithia a kovů, throughput 100–200 vzorků/den.
• Agilent MP-AES – provoz bez speciálních plynů, 300–400 vzorků/den, vhodné pro neklimatizované laboratoře.
• Agilent ICP-OES – vysoká rychlost a automatizace (až 2500 vzorků/den), vestavěné inteligentní kontroly stavu.
• Agilent ICP-MS – měření na ultrastopové úrovni (<1 ppt), robustní pro kontraktovní a centralizované laboratoře.

Hlavní výsledky a diskuse

Článek sumarizuje kritéria pro volbu instrumentace na místě těžby versus v centralizované laboratoři. Klíčová zjištění:

• Vyšší rychlost analýzy redukuje spotřebu plynů a energie na vzorek,
• automatizované doplňování kalibrací a čištění minimalizuje potřebu zkušených operátorů,
• zařízení s nižšími nároky na infrastrukturu (MP-AES) se hodí do odlehlých lokalit,
• pro ultra-stopová měření je nezbytné ICP-MS s vhodnou ochranou proti prachu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé rozhodování ve fází průzkumu i těžby díky onsite analýze,
• snížení logistických nákladů a zkrácení doby zpětné vazby,
• zabezpečení kvality surovin a optimalizace extrakčních procesů,
• možnost kontinuálního environmentálního monitoringu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Potenciál dalšího rozvoje spočívá v:

• integraci pokročilých senzorů a remote-lab systémů,
• automatizaci přípravy vzorků pomocí robotických stanic,
• využití umělé inteligence pro prediktivní údržbu a optimalizaci metod,
• rozšíření mobilních laboratoří pro rychlé nasazení v terénu.

Závěr

Prezentovaný průvodce poskytuje komplexní náhled na výběr a používání analytické instrumentace ve fázích průzkumu, těžby i následného monitoringu lithio-iontových surovin. Dodržení doporučených postupů pro odběr, přípravu a analýzu vzorků zaručuje spolehlivé a ekonomicky efektivní výsledky v souladu s principy udržitelného rozvoje.

Reference

• Ebensperger, J. et al. (2005). Lithium brine geology and extraction techniques.
• U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries (2023).
• ASKCI, Markets and Markets. Lithium-Ion Battery Market Forecast (2022).
• CCID. Data on global Li‐ion battery market segmentation.