ICP-OES Quality Control of Elements in Brines Produced by Direct Lithium Extraction (DLE)

Význam tématu

Directní extrakce lithia (DLE) představuje moderní a udržitelnou alternativu k tradičním metodám získávání lithia z tvrdých rud nebo pomocí odpařování slaných roztoků. Díky selektivnímu zachycování lithia z podzemních solanek nabízí DLE rychlejší průběh, nižší spotřebu vody i energie, menší produkci odpadu a menší ekologickou stopu. Vysoce čisté koncentráty lithia jsou klíčové pro výrobu bateriových solí určených do lithium-iontových baterií, které zásadně podporují přechod od fosilních paliv k obnovitelným zdrojům energie.

Cíle a přehled studie

Cílem předkládané studie bylo navrhnout a ověřit robustní, rychlou a automatizovanou metodu pro kvantitativní stanovení 12 prvků v různých typech solanek získaných procesem DLE. Analýza zahrnovala tři reálné vzorky – surovou solanku, solanku po odstranění lithia a koncentrát lithia – s důrazem na vysokou přesnost, reprodukovatelnost a minimální zásahy obsluhy.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda vychází z použití ICP-OES automačního systému Agilent, zahrnujícího vertikální plazmový hořák 5900 SVDV, autodilutor ADS 2, přepínací ventil AVS 7 a autosampler SPS 4. Pro stanovení optimálních vlnových délek a orientační semikvantitativní profil slaniny byla využita funkce IntelliQuant Screening. Kalibrace proběhla plně automatizovaně z několika koncentrací standardních roztoků. Klíčovou roli sehrály dva režimy ředění:

• Preskriptivní ředění ADS 2 (až 400×) pro rutinní snížení matice.
• Reaktivní ředění, kdy software detekoval překročení kalibračního rozsahu a automaticky provedl další ředění.

Použitá instrumentace

• Agilent 5900 SVDV ICP-OES se svislým plazmovým hořákem a SSRF generátorem 27 MHz
• AVS 7 přepínací ventil pro rychlé vzorkování a snížení zanášení
• ADS 2 Advanced Dilution System pro preskriptivní i reaktivní automatické ředění
• SPS 4 autosampler pro vysokou propustnost vzorků
• Agilent ICP Expert Pro software s IntelliQuant Screening

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrační křivky 12 prvků (B, Ba, Ca, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, S, Si, Sr) jsou vysoce lineární (r = 0,99993–1,00000).
• Detekční limity (MDL) se pohybují v rozmezí 0,004–1,39 mg/L v 1 % NaCl matrici.
• Reálná surová solanka vykázala sušinu (TDS) přes 31 % před ředěním, což demonstruje náročnost matice.
• Ve 306 měřeních za 7 hodin byly obnovy QC standardů v rozmezí 100 ± 5 % a opakovatelnost (RSD) < 3 % pro všechny prvky.
• Spike-recovery test pro surovou solanku potvrdil přesnost metody s obnovami 100 ± 5 %.
• IntelliQuant Screening usnadňuje volbu interferenčně volných vlnových délek a zkracuje čas pro vývoj metody.

Přínosy a praktické využití metody

• Kompletně automatizovaný postup eliminuje manuální ředění, snižuje riziko kontaminace a lidských chyb.
• Vysoká propustnost analytických běhů umožňuje rychlé QC měření na různých etapách DLE procesu.
• Jednoduchá implementace v rutinních podmínkách laboratoře i průmyslového provozu.
• Přesnost a stabilita výsledků podporují spolehlivý monitoring efektivity extrakce lithia.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s laboratorními informačními systémy (LIMS) pro online reportování a kontrolu kvality.
• Rozšíření metodiky na další stopové prvky a matice související s bateriovými materiály.
• Využití umělé inteligence a pokročilé datové analýzy pro automatické vyhodnocování výsledků.
• Možné kombinace s technikou ICP-MS pro ještě nižší detekční limity a sledování vzácných kovů.

Závěr

Použitý Agilent ICP-OES automační systém pro analýzu lithných solanek procesem DLE prokázal vysokou robustnost, přesnost i efektivitu. Plně automatizovaný workflow s preskriptivním a reaktivním ředěním umožňuje spolehlivé stanovení 12 klíčových prvků v náročných matricích. Metoda je vhodná pro rutinní QC i výzkumné účely v oblasti moderních technologií výroby lithia.

Reference

1. Direct Lithium Extraction (DLE): An Introduction. International Lithium Association, Version 1.0.1, June 2024.
2. A Practical Guide To Elemental Analysis of Lithium Ion Battery Materials Using ICP-OES. Agilent Technologies, publication 5994-5489EN.
3. Gagnon M.-A.: Elemental Analysis of Brine Samples used for Lithium Extraction. Agilent Technologies, publication 5994-5149EN.
4. Reduce Costs and Boost Productivity with the Advanced Valve System (AVS) 6 or 7 Port Switching Valve System. Agilent Technologies, publication 5991-6863EN.
5. Agilent Advanced Dilution System (ADS 2) – Technical overview. Agilent Technologies, publication 5994-7211EN.
6. Agilent IntelliQuant Screening: Smarter and quicker semiquantitative ICP-OES analysis. Agilent Technologies, publication 5994-1518EN.
7. Agilent IntelliQuant Software: For greater sample insight and simplified method development. Agilent Technologies, publication 5994-1516EN.