Εμπορική παραγωγή λιθίου και εξόρυξη λιθίου

Για δεκαετίες, η εμπορική παραγωγή λιθίου βασιζόταν σε πηγές ορυκτών μεταλλευμάτων όπως το spodumene, το petalite και ο lepidolite. Ωστόσο, η εξαγωγή λιθίου από τέτοιες πηγές είναι σημαντικά πιο δαπανηρή από την εξαγωγή του μετάλλου από αλατούχα που περιέχουν λίθιο. Στην πραγματικότητα, το κόστος της εξόρυξης λιθίου από το σκληρό βράχο εκτιμάται ότι είναι διπλάσιο από το κόστος παραγωγής από άλμη, εξηγώντας γιατί οι περισσότερες από αυτές τις πηγές έχουν τιμολογηθεί από την αγορά από τις αρχές της δεκαετίας του 2000.

Οι αλμυρές άλμης μπορούν να περιγραφούν ως υπόγειες δεξαμενές που περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις διαλελυμένων αλάτων, όπως το λίθιο, το κάλιο και το νάτριο. Αυτά γενικά βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια των αποξηραμένων λιμνών, γνωστών ως μισά.

Το λίθιο υποβάλλεται σε επεξεργασία από άλμη, σπόνδυμα και πηλό.

Επεξεργασία από αλατόνερο

Προκειμένου να εξαχθεί λίθιο από άλμη, τα πλούσια σε άλατα νερά πρέπει πρώτα να αντληθούν στην επιφάνεια σε μια σειρά από λίμνες εξάτμισης όπου η ηλιακή εξάτμιση εμφανίζεται για αρκετούς μήνες. Επειδή οι αλμυρές σαλάτες εμφανίζονται φυσιολογικά σε μεγάλα υψόμετρα - και σε περιοχές με χαμηλή βροχόπτωση - η ηλιακή εξάτμιση είναι μια ιδανική και οικονομικά αποδοτική μέθοδος για την καταβύθιση αλάτων.

Το κάλιο συχνά συλλέγεται αρχικά από τις πρώιμες λίμνες, ενώ οι πιό πρόσφατες λίμνες έχουν ολοένα και περισσότερες υψηλές συγκεντρώσεις λιθίου. Οι οικονομικές αλμυρές πηγές λιθίου συνήθως περιέχουν οπουδήποτε από μερικές εκατοντάδες μέρη ανά εκατομμύριο λίθιο έως πάνω από 7.000 ppm.

Όταν το χλωριούχο λίθιο στις λίμνες εξάτμισης φθάνει σε βέλτιστη συγκέντρωση, το διάλυμα αντλείται σε μονάδα ανάκτησης όπου η εκχύλιση και η διήθηση απομακρύνουν οποιοδήποτε ανεπιθύμητο βόριο ή μαγνήσιο. Ακολούθως κατεργάζεται με ανθρακικό νάτριο (ανθρακικό νάτριο), καταβυθίζοντας έτσι το ανθρακικό λίθιο. Το ανθρακικό λίθιο διηθείται, ξηραίνεται και είναι έτοιμο για παράδοση. Η περίσσεια των υπόλοιπων αλατιού αντλείται πίσω στο μισό.

Το ανθρακικό λίθιο είναι μια σταθερή λευκή σκόνη, η οποία είναι βασικός ενδιάμεσος στην αγορά λιθίου επειδή μπορεί να μετατραπεί σε ειδικά βιομηχανικά άλατα και χημικά προϊόντα ή να μεταποιηθεί σε μέταλλο λιθίου.

Επεξεργασία από Spodumene

Σε αντίθεση με τις πηγές άλμης salar, η εξαγωγή λιθίου από spodumene και άλλα μέταλλα απαιτεί ένα ευρύ φάσμα υδρομεταλλουργικών διεργασιών.

Οι Galaxy Resources, για παράδειγμα, οι mines spodumene που εξορύσσονται στην Αυστραλία, για πρώτη φορά συνθλίβουν και θερμαίνουν το μετάλλευμα σε έναν περιστροφικό φούρνο για την μετατροπή της φάσης κρυστάλλου λιθίου από άλφα σε βήτα (μια διαδικασία που αναφέρεται ως παρανοήσεις ). Αυτό επιτρέπει στο μεταλλικό λίθιο να μετατοπιστεί με νάτριο. Το προκύπτον πυκνό υπόστρωμα ψύχεται και αλέθεται σε λεπτή σκόνη πριν αναμιχθεί με θειικό οξύ και ψήνεται και πάλι. Ένα σύστημα φίλτρου πυκνωτή διαχωρίζει τα απόβλητα από το συμπυκνωμένο υγρό, ενώ η καθίζηση αφαιρεί το μαγνήσιο και το ασβέστιο από αυτό το διάλυμα.

Τέλος προστίθεται ανθρακικό νάτριο και το ανθρακικό λίθιο κρυσταλλώνεται, θερμαίνεται, διηθείται και ξηραίνεται ως καθαρό ανθρακικό λίθιο 99 τοις εκατό.

Επεξεργασία από πηλό

Είναι δυνατή μια ευρεία ποικιλία προσεγγίσεων για την εξαγωγή λιθίου από αργίλους. Η επιλογή της προσέγγισης που ακολουθείται εξαρτάται από τη φύση της συγκεκριμένης πρώτης ύλης που εξετάζεται. Αν και έχουν χρησιμοποιηθεί πολλές διεργασίες εκχύλισης λιθίου, οι περισσότερες από τις τρέχουσες διεργασίες έχουν αναπτυχθεί για τις πρώτες ύλες pegmatite και μπορεί να μην είναι απολύτως αποτελεσματικές για την εξαγωγή λιθίου από υλικό τροφοδοσίας αργίλου. Οι μελέτες του Γραφείου Μελετών ερεύνησαν το ψητό γύψου και γύψου για την εκχύλιση λιθίου από το spodumene και το amblygonite.

Οι τεχνικές που διερευνούνται για την εξαγωγή λιθίου από αργίλους περιλαμβάνουν την αποσυσσωμάτωση του νερού, την υδροθερμική επεξεργασία, την έκπλυση με οξύ, την έκπλυση με όξινο ψημένο νερό, την αλκαλική έκπλυση με νερό ψησίματος, την έκπλυση με θειικό ψήσιμο-νερό, την έκπλυση με χλωριούχο ψήσιμο και την έκπλυση με νερό πολλαπλών αντιδραστηρίων . Ωστόσο, παρά τις δοκιμές, ο πηλός δεν έχει ακόμη αποδειχθεί ότι είναι οικονομικά βιώσιμος και δεν γίνεται εμπορικά.

Στο τέλος, η εξαγωγή λιθίου από άλμη είναι φθηνή αλλά αργή, το spodumene είναι ακριβό αλλά γρήγορα και ο πηλός δεν έχει ακόμη αποδειχθεί εμπορικά σε κλίμακα. Υπάρχουν ανασταλτικές νέες τεχνολογίες εξόρυξης λιθίου που εξετάζονται (περιλαμβανομένης της έκπλυσης, της εκχύλισης διαλυτών, της γεωθερμικής εκχύλισης και της ηλεκτρόλυσης), αλλά τα ευρήματα είναι υπερβολικά αβέβαια για να χρησιμοποιηθούν στο εμπόριο.

Μετατρέποντας το λίθιο σε μέταλλο

Η μετατροπή του λιθίου σε μέταλλο γίνεται σε ηλεκτρολυτικό κύτταρο χρησιμοποιώντας χλωριούχο λίθιο.

Το χλωρίδιο αναμιγνύεται με χλωριούχο κάλιο σε αναλογία 55% χλωριούχου λιθίου προς 45% χλωριούχο κάλιο προκειμένου να παραχθεί ένας τετηγμένος ευτηκτικός ηλεκτρολύτης. Προστίθεται χλωριούχο κάλιο για την αύξηση της αγωγιμότητας του λιθίου ενώ μειώνεται η θερμοκρασία σύντηξης.

Όταν τήξη και ηλεκτρόλυση σε περίπου 450° C, απελευθερώνεται αέριο χλώριο, ενώ το λειωμένο λίθιο ανέρχεται στην επιφάνεια του ηλεκτρολύτη, συλλέγοντας σε περίβλημα από χυτοσίδηρο. Το καθαρό λιθιο που παράγεται είναι τυλιγμένο σε παραφινικό κερί για να αποφευχθεί η οξείδωση. Ο λόγος μετατροπής ανθρακικού λιθίου προς μέταλλο λιθίου είναι περίπου 5,3 προς 1.

Παγκόσμια παραγωγή λιθίου

Αν και η Χιλή και η Αυστραλία είναι οι μεγαλύτερες πηγές λιθίου στον κόσμο, οι ΗΠΑ, η Αργεντινή και η Κίνα είναι επίσης σημαντικοί παραγωγοί. Η αγορά του λιθίου κυριαρχείται σε μεγάλο βαθμό από τέσσερις εταιρείες: Sociedad Química y Minera de Chile (Χιλή), Talison (Αυστραλία), Chemetall (Γερμανία) και FMC (Η.Π.Α.). Το ανθρακικό λίθιο πωλείται γενικά σε συμβάσεις τριετούς ή πενταετούς διάρκειας από τους ανθρακωρύχους έως τα διυλιστήρια, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που απαριθμούνται παραπάνω, που παράγουν και εμπορεύονται χημικά προϊόντα και μεταλλικά λιθίδια.

Το 2017, η (στρογγυλεμένη) παγκόσμια παραγωγή λιθίου (εκτός από την παραγωγή ΗΠΑ) ανήλθε σε 43 χιλιάδες μετρικούς τόνους.