I flere tiår har kommersiell litiumproduksjon vært avhengig av mineralmalmkilder som spodumene, petalite og lepidolite. Utvinning av litium fra slike kilder er imidlertid betydelig dyrere enn å trekke ut metallet fra litiumholdige saltvann. Faktisk er kostnadene ved å utvinne litium fra hardrock anslått å være det dobbelte av produksjonen fra saltlake, og forklarer hvorfor de fleste slike kilder har blitt priset ut av markedet siden begynnelsen av 2000-tallet.
Salar saltvann kan beskrives som underjordiske reservoarer som inneholder høye konsentrasjoner av oppløste salter, slik som litium, kalium og natrium. Disse er vanligvis funnet under overflaten av tørket lakebeds, kjent som salarer.
Litium blir behandlet fra saltlake, spodumene og leire.
Behandling fra saltlake
For å trekke ut litium fra saltlake, må det saltrike vannet først pumpes til overflaten til en rekke fordampningsdammer hvor solens fordampning skjer i løpet av flere måneder. Fordi salarbrines naturlig forekommer i høye høyder - og i områder med lav nedbør er solens fordampning en ideell og kostnadseffektiv metode for utfelling av salter.
Kalium blir ofte først høstet fra tidlige dammer, mens senere dammer har stadig høye konsentrasjoner av litium. Økonomiske litiumkilder brenner inneholder normalt hvor som helst fra noen få hundre deler per million litium til opptil 7000 ppm.
Når litiumkloridet i fordampningsdammer når en optimal konsentrasjon, pumpes løsningen til et gjenvinningsanlegg hvor utvinning og filtrering fjerner uønsket bor eller magnesium . Den blir deretter behandlet med natriumkarbonat (soda) og derved utfelt litiumkarbonat. Litiumkarbonatet blir filtrert, tørket og klar til levering.
Overflødige rester av brønner pumpes tilbake inn i salen.
Litiumkarbonat er et stabilt hvitt pulver, som er nøkkelformidler i litiummarkedet fordi det kan omdannes til spesifikke industrisalter og kjemikalier, eller bearbeides til litiummetall.
Behandling fra Spodumene
I motsetning til salar saltkilder krever utvinning av litium fra spodumene og andre mineraler et bredt spekter av hydrometallurgiske prosesser.
Galaxy Resources, som mines spodumene mines i Australia, for eksempel, knuses og oppvarmer malmen først i en roterende kalsinovn for å konvertere litiumkrystallfasen fra alfa til beta (en prosess referert til som avtagning ). Dette gjør at litium til stede i malmen kan forskyves av natrium. Det resulterende spodumenkonsentrat avkjøles og freses i et fint pulver før det blandes med sulpherinsyre og ristes på nytt. Et fortykkelsesfilter-system separerer deretter avfall fra den konsentrerte væsken, mens utfelling fjerner magnesium og kalsium fra denne oppløsningen.
Til slutt tilsettes soda, og litiumkarbonat krystalliseres, oppvarmes, filtreres og tørkes som 99 prosent rent litiumkarbonat.
Behandling fra leire
Et bredt spekter av tilnærminger er mulig for å ekstrahere litium fra leire.
Valget av hvilken tilnærming som skal følges avhenger av hvilken type råmateriale som vurderes. Selv om mange litium-ekstraksjonsprosesser har blitt brukt, har de fleste av de nåværende prosessene blitt utviklet for pegmatittråmaterialer og kan ikke være helt effektive for å ekstrahere litium fra leirefôremateriale. Bureau of Mines studier har undersøkt lime-gips steke og klorid steke for litium-ekstraksjon fra spodumene og amblygonite.
Teknikker som utforskes for å utvinne litium fra leire, omfatter vannavskillelse, hydrotermisk behandling, syreutvasking, utvasking av syrebakeblanding, utvaskning av alkalisk ristende vann, utvasking av sulfatrengjøringsvann, klorering av ristende vann og utvaskning av flere reagenser ved rensing av vann . Til tross for testen har leire imidlertid ikke vist seg å være kostnadseffektiv og blir ikke gjort kommersielt.
Til slutt er utvinning av litium fra saltlake billig, men sakte, spodumene er dyrt, men raskt, og leire er ennå ikke kommersielt bevist i skala. Det er forstyrrende nye litiumekstraksjonsteknologier som blir sett på (inkludert utvasking, løsningsmiddelekstraksjon, geotermisk ekstraksjon og elektrolyse), men funnene er for ufattelige for kommersiell bruk.
Slår litium i metall
Omdannelse av litium til metall utføres i en elektrolytisk celle ved bruk av litiumklorid.
Kloridet blandes med kaliumklorid i et forhold på 55 prosent litiumklorid til 45 prosent kaliumklorid for å fremstille en smeltet eutektisk elektrolytt. Kaliumklorid tilsettes for å øke ledningsevnen av litium mens fusjonstemperaturen senkes.
Når det smeltes og elektrolyseres ved ca. 450 ° C, frigjøres klorgass, mens smeltet litium stiger til overflaten av elektrolytten og samler i støpejernsinnkapslinger. Det rene litiumproduktet er pakket inn i parafinvoks for å forhindre oksidasjon. Omdannelsesforholdet av litiumkarbonat til litiummetall er ca. 5,3 til 1.
Global litiumproduksjon
Selv om Chile og Australia er verdens største litiumkilder, er USA, Argentina og Kina også store produsenter. Markedet for litium domineres sterkt av fire selskaper: Sociedad Química y Minera de Chile (Chile), Talison (Australia), Chemetall (Tyskland) og FMC (USA). Litiumkarbonat selges vanligvis på tre til fem års kontrakter fra gruvearbeidere til raffinaderier, inkludert de som er nevnt ovenfor, som produserer og markedsfører nedstrøms kjemikalier og litiummetall.
I 2017 utgjorde den (avrundede) verdensomspennende produksjonen av litium (unntatt amerikansk produksjon) 43 tusen tonn.