Ein Überblick über die kommerzielle Lithiumproduktion

Die kommerzielle Lithiumproduktion basierte jahrzehntelang auf Mineralerzquellen wie Spodumen, Petalit und Lepidolith. Das Extrahieren von Lithium aus solchen Quellen ist jedoch wesentlich kostspieliger als das Extrahieren des Metalls aus lithiumhaltigen Solen. In der Tat wird geschätzt, dass die Kosten für die Gewinnung von Lithium aus Hartgestein doppelt so hoch sind wie die von Solen, was erklärt, warum die meisten dieser Quellen in den letzten 20 Jahren vom Markt verdrängt wurden.

Salarsalzlösungen können als unterirdische Reservoirs bezeichnet werden, die hohe Konzentrationen an gelösten Salzen wie Lithium, Kalium und Natrium enthalten. Diese sind in der Regel unter der Oberfläche von getrockneten Lakebeds, bekannt als Salare gefunden.

Extrahieren des Lithiums

Um aus Solen Lithium zu extrahieren, müssen die salzreichen Wässer zunächst an eine Reihe von Verdunstungsbecken gepumpt werden, wo die Verdunstung der Sonnenenergie über mehrere Monate stattfindet. Da Salar-Sole in großen Höhen und in Gebieten mit geringem Niederschlag vorkommt, ist die solare Verdunstung eine ideale und kostengünstige Methode zur Salzfällung.

Kalium wird oft zuerst aus frühen Teichen geerntet, während in späteren Teichen immer höhere Konzentrationen an Lithium vorhanden sind. Ökonomische Lithium-Quellen-Solen enthalten normalerweise einige hundert ppm Lithium bis zu 7000 ppm.

Wenn das Lithiumchlorid in den Verdampfungsteichen eine optimale Konzentration erreicht, wird die Lösung in eine Rückgewinnungsanlage gepumpt, wo Extraktion und Filterung jegliches unerwünschte Bor oder Magnesium entfernen.

Es wird dann mit Natriumcarbonat (Soda) behandelt, wodurch Lithiumcarbonat ausgefällt wird. Das Lithiumcarbonat wird filtriert, getrocknet und ist bereit für die Lieferung. Überschüssige Restsolen werden zurück in den Salar gepumpt.

Lithiumcarbonat ist ein stabiles weißes Pulver, das ein Schlüsselintermediär im Lithiummarkt ist, da es in spezielle Industriesalze und Chemikalien umgewandelt oder zu Lithiummetall verarbeitet werden kann.

Die Extraktion von Lithium aus Spodumen und anderen Mineralien erfordert im Gegensatz zu Salarsolequellen ein breites Spektrum an hydrometallurgischen Prozessen.

Galaxy Resources, das in Australien geförderte Spodumene gewinnt, zerkleinert und erhitzt das Erz zum Beispiel in einem Rotationskalzinierofen, um die Lithiumkristallphase von Alpha in Beta umzuwandeln (ein Prozess, der als Dekrepitation bezeichnet wird). Dadurch kann das im Erz vorhandene Lithium durch Natrium verdrängt werden.

Das resultierende Spodumenkonzentrat wird abgekühlt und zu einem feinen Pulver gemahlen, bevor es mit Schwefelsäure gemischt und erneut geröstet wird.

Ein Eindicker-Filtersystem trennt dann den Abfall von der konzentrierten Flüssigkeit, während die Ausfällung Magnesium und Calcium aus dieser Lösung entfernt.

Schließlich wird Sodaasche zugegeben und Lithiumcarbonat wird kristallisiert, erhitzt, filtriert und als 99% reines Lithiumcarbonat getrocknet.

Metall machen

Die Umwandlung von Lithium in Metall erfolgt in einer Elektrolysezelle mit Lithiumchlorid.

Das Chlorid wird mit Kaliumchlorid in einem Verhältnis von 55% Lithiumchlorid zu 45% Kaliumchlorid gemischt, um einen geschmolzenen eutektischen Elektrolyten herzustellen. Kaliumchlorid wird hinzugefügt, um die Leitfähigkeit des Lithiums zu erhöhen, während die Fusionstemperatur gesenkt wird. Wenn 999 ° C geschmolzen und elektrolysiert wird, wird Chlorgas freigesetzt, während geschmolzenes Lithium zur Oberfläche des Elektrolyten aufsteigt und sich in Gusseisengehäusen sammelt. Das produzierte reine Lithium wird in Paraffinwachs eingewickelt, um eine Oxidation zu verhindern. Das Umwandlungsverhältnis von Lithiumcarbonat zu Lithiummetall beträgt etwa 5,3 bis 1.

Obwohl Chile und Australien die weltweit größten Lithiumquellen sind, sind auch die USA, Argentinien und China wichtige Produzenten. Der Markt für Lithium wird stark von vier Unternehmen dominiert: Sociedad Química y Minera de Chile (Chile), Chemetall (Deutschland), FMC (USA) und Talison (Australien). Lithiumcarbonat wird in der Regel in Drei- bis Fünfjahresverträgen von Bergbauunternehmen an Raffinerien verkauft, einschließlich der oben aufgeführten, die nachgelagerte Chemikalien und Lithiummetall herstellen und vermarkten. Im Jahr 2012 schätzte der US Geological Survey (USGS) die weltweite Lithiumproduktion auf über 37.000 Tonnen. Während das meiste davon als Salze und Chemikalien verwendet wird, wird nur ein kleiner Teil - wahrscheinlich weniger als 10 Prozent - letztlich elektrolysiert und als Metall verwendet.

Die Wiederaufbereitung von Lithium ist ebenfalls beträchtlich gewachsen, seit Japan 1992 die erste Recyclinganlage für Lithiumionenbatterien eröffnet hat. Anlagen in Belgien, Deutschland, Japan, den USA und Kanada können nun alle Batterien für Lithium und andere Komponenten verarbeiten.

Quellen

Kunasz, Ihor. "Lithium-Ressourcen".

Industrielle Mineralien und Gesteine ​​

: Rohstoffe, Märkte und Benutzer. Ed. Jessica Elzea Kogel, Nikhil C. Trivedi, James M. Barker.

// www. Segemar. reg. ar / bibliotecaintemin / litio / lithiumindminrocks. pdf Barrett, Wayne T. und Bernard J. O'Neill Jr. "Wiedergewinnung von Lithium aus Salzsole mit Solarverdampfung". Foote Mineral Company. Quelle: Salzinstitut. org // web. Archiv. org / web / 20090404023936 / // www. Salzinstitut. org / content / download / 1089/6304