Decennialang was de commerciële lithiumproductie afhankelijk van minerale ertsbronnen zoals spodumeen, petaliet en lepidoliet. Het extraheren van lithium uit dergelijke bronnen is echter aanzienlijk duurder dan het extraheren van het metaal uit lithium-bevattende zoutoplossingen. De kosten voor het winnen van lithium uit hard gesteente bedragen naar schatting tweemaal de prijs van de productie van pekel, wat verklaart waarom de meeste van deze bronnen sinds het begin van de jaren 2000 uit de markt zijn geprijsd.
Salar-pekels kunnen worden beschreven als ondergrondse reservoirs die hoge concentraties van opgeloste zouten bevatten, zoals lithium, kalium en natrium. Deze zijn over het algemeen te vinden onder de oppervlakte van gedroogde lakebeds, ook wel salars genoemd.
Lithium wordt verwerkt uit pekel, spodumeen en klei.
Verwerking van Brine
Om lithium uit zoutoplossingen te extraheren, moeten de zoutrijke wateren eerst naar het oppervlak worden gepompt in een reeks verdampingsvijvers waarin zonneverdamping plaatsvindt over een aantal maanden. Omdat Salar-pekel natuurlijk van grote hoogte is - en in gebieden met weinig regenval - is zonneverdamping een ideale en kosteneffectieve methode voor het neerslaan van zouten.
Kalium wordt vaak voor het eerst geoogst van vroege vijvers, terwijl latere vijvers steeds hogere concentraties lithium hebben. Zuinige lithium-bron pekel bevatten normaal overal van een paar honderd deeltjes per miljoen lithium tot meer dan 7.000ppm.
Wanneer het lithiumchloride in de verdampingsvijvers een optimale concentratie bereikt, wordt de oplossing naar een terugwinningsinstallatie gepompt, waar extractie en filtering ongewenst boor of magnesium verwijderen . Vervolgens wordt het behandeld met natriumcarbonaat (natriumcarbonaat), waardoor lithiumcarbonaat neerslaat. Het lithiumcarbonaat wordt gefilterd, gedroogd en gereed voor aflevering.
Overtollige resten van pekel worden teruggepompt in de salar.
Lithiumcarbonaat is een stabiel wit poeder, dat een belangrijk intermediair is in de lithiummarkt omdat het kan worden omgezet in specifieke industriële zouten en chemicaliën of verwerkt tot lithiummetaal.
Verwerking van spodumeen
In tegenstelling tot salinaire pekelbronnen, vereist extractie van lithium uit spodumeen en andere mineralen een breed scala van hydrometallurgische processen.
Galaxy Resources, die mijnen spodumeen gewonnen in Australië, bijvoorbeeld, verplettert eerst en verwarmt het erts in een roterende calcineeroven om de lithiumkristalfase om te zetten van alfa naar bèta (een proces dat decrepitatie wordt genoemd ). Hierdoor kan het lithium aanwezig in het erts worden verplaatst door natrium. Het resulterende spodumeenconcentraat wordt gekoeld en tot een fijn poeder gemalen voordat het met sulpherinezuur wordt gemengd en opnieuw wordt geroosterd. Een verdikken-filtersysteem scheidt dan afval van de geconcentreerde vloeistof, terwijl de neerslag magnesium en calcium uit deze oplossing verwijdert.
Ten slotte wordt natriumcarbonaat toegevoegd en lithiumcarbonaat wordt gekristalliseerd, verwarmd, gefiltreerd en gedroogd als 99 procent zuiver lithiumcarbonaat.
Verwerking van klei
Er is een grote verscheidenheid aan benaderingen mogelijk voor het extraheren van lithium uit kleisoorten.
De keuze van welke benadering te volgen hangt af van de aard van de specifieke grondstof die in beschouwing wordt genomen. Hoewel veel lithiumextractieprocessen zijn gebruikt, zijn de meeste huidige processen ontwikkeld voor pegmatite-grondstoffen en zijn ze mogelijk niet volledig effectief voor het extraheren van lithium uit kleimateriaal. Bureau of Mines studies hebben kalk-gips geroosterd en chloride geroosterd voor lithiumextractie van spodumeen en amblygoniet onderzocht.
Technieken die worden onderzocht voor het extraheren van lithium uit kleien zijn onder meer disaggregatie van water, hydrothermale behandeling, zure uitloging, uitspoelen met zuur bakwater, uitlogen met alkalisch roosteren, uitspoeling met sulfaatroest-water, uitlogen met chloride-water en uitlogen met meerdere reagentia . Ondanks de tests is klei echter nog niet bewezen als een kostenvoordeel en wordt het niet commercieel uitgevoerd.
Uiteindelijk is het winnen van lithium uit pekel goedkoop, maar traag, spodumeen is duur maar snel en klei is nog niet op grote schaal commercieel bewezen. Er worden ontwrichtende nieuwe lithiumextractietechnologieën bekeken (inclusief uitloging, oplosmiddelextractie, geothermische extractie en elektrolyse), maar de bevindingen zijn te onbeslist om commercieel te worden gebruikt.
Lithium in metaal veranderen
Het omzetten van lithium in metaal gebeurt in een elektrolytische cel met behulp van lithiumchloride.
Het chloride wordt gemengd met kaliumchloride in een verhouding van 55% lithiumchloride tot 45% kaliumchloride om een gesmolten eutectische elektrolyt te produceren. Kaliumchloride wordt toegevoegd om de geleidbaarheid van het lithium te verhogen terwijl de fusietemperatuur wordt verlaagd.
Bij samensmelting en elektrolyse bij ongeveer 450 ° C wordt chloorgas vrijgemaakt, terwijl gesmolten lithium naar het oppervlak van de elektrolyt stijgt en zich verzamelt in gietijzeren behuizingen. Het geproduceerde zuivere lithium wordt in paraffinewas gewikkeld om oxidatie te voorkomen. De conversieverhouding van lithiumcarbonaat tot lithiummetaal is ongeveer 5,3 tot 1.
Wereldwijde lithiumproductie
Hoewel Chili en Australië 's werelds grootste lithiumbronnen zijn, zijn de VS, Argentinië en China ook belangrijke producenten. De markt voor lithium wordt sterk gedomineerd door vier bedrijven: Sociedad Química y Minera de Chile (Chili), Talison (Australië), Chemetall (Duitsland) en FMC (VS). Lithiumcarbonaat wordt over het algemeen verkocht op contracten van drie tot vijf jaar, van mijnwerkers tot raffinaderijen, waaronder de hierboven genoemde, die stroomafwaartse chemicaliën en lithiummetaal produceren en op de markt brengen.
In 2017 bedroeg de (afgeronde) wereldwijde productie van lithium (exclusief Amerikaanse productie) 43 duizend ton.