Världens efterfrågan på litiumextraktion växer varje dag och drivs särskilt av en ökad litiumanvändning i nya konsumentelektronikbatterier och elbilar. Även om du förmodligen har hört talas om litiumbatterier, kanske du fortfarande vill veta var allt det litium kommer ifrån och hur det produceras. Om så är fallet kanske du frågar ”vad är litiumextraktion och hur fungerar det?”
Litiumextraktion och bearbetning kan i hög grad bero på källan till metallen, så i den här artikeln tar vi en titt på några av de mer typiska litiumproduktionsstrategierna och hur de jämförs.
Innehållsförteckning
Vad är litiumextraktion?
Litium är en mycket reaktiv alkalimetall som erbjuder utmärkt värme och elektrisk ledningsförmåga. Dessa egenskaper gör den särskilt användbar för tillverkning av glas, högtemperatursmörjmedel, kemikalier, läkemedel och litiumjonbatterier för elbilar och hemelektronik. Men på grund av dess höga reaktivitet finns inte rent elementärt litium i naturen utan är istället närvarande som en beståndsdel av salter eller andra föreningar. På liknande sätt är det mesta kommersiella litium tillgängligt i form av litiumkarbonat, som är en jämförelsevis stabil förening som lätt kan omvandlas till andra salter eller kemikalier.
Litiumsalter finns i underjordiska avlagringar av salt, mineralmalm och lera, samt i saltvatten/vatten från havsvatten och geotermiska brunnar. Per definition är litiumextraktion en uppsättning kemiska processer där litium isoleras från ett prov och omvandlas till en säljbar form av litium, vanligtvis en stabil men lätt omvandlingsbar förening såsom litiumkarbonat. De flesta litiumutvinningsprocesser innebär någon form av gruvdrift för att nå underjordiska fyndigheter av litiumrika mineraler eller saltlösningar.
Medan litium är ganska rikligt i både land och hav, anses endast ett fåtal källor ekonomiskt lönsamma. Detta förväntas förändras under de kommande åren eftersom ny teknik gör utvinning från alternativa litiumkällor mer kostnadskonkurrenskraftig.
Hur fungerar litiumextraktion?
Kommersiellt litium härrör från två stora källor: underjordiska saltlösningar och mineralmalmfyndigheter. Metoderna för litiumextraktion och bearbetning varierar beroende på källmaterialet och inkluderar följande:
Konventionell litiumsaltlösningsextraktion
En överväldigande mängd av dagens litium utvinns från reservoarer för flytande saltlake som är belägna under saltlägenheter, så kallade salars, varav de flesta finns i sydvästra Sydamerika och Kina. Andra litiumrika saltlösningsresurser inkluderar geotermisk och oljefältssaltlösning, som behandlas nedan.
Återvinning av litiumsaltlösning är vanligtvis en enkel men lång process som kan ta allt från flera månader till några år att slutföra.
Det krävs borrning för att komma åt de underjordiska saltlakeavlagringarna, och saltlaken pumpas sedan upp till ytan och distribueras till avdunstningsdammar. Saltlösningen förblir i indunstningsdammen under en period av månader eller år tills det mesta av det flytande vatteninnehållet har avlägsnats genom solavdunstning. Salar-saltlösningar är mycket koncentrerade och innehåller, förutom litium, vanligtvis även kalium och natrium.
Anläggningar driver vanligtvis flera stora förångningsdammar i olika åldrar och kan extrahera andra metaller (t.ex. kalium) från yngre dammar i väntan på att litiumhalten ska nå en koncentration som är optimal för vidare bearbetning. I vissa fall används omvänd osmos (RO) för att koncentrera litiumsaltlösningen för att påskynda avdunstningsprocessen.
När saltlösningen i en indunstningsdamm har nått en idealisk litiumkoncentration, pumpas saltlösningen till en litiumåtervinningsanläggning för extraktion. Denna process varierar beroende på saltlösningsfältets sammansättning, men innefattar vanligtvis följande steg:
Förbehandling
Detta steg använder vanligtvis filtrering och/eller jonbytesrening (IX) för att avlägsna eventuella föroreningar eller oönskade beståndsdelar från saltlösningen.
Kemisk behandling
Därefter kan en serie kemiska lösningsmedel och reagens appliceras för att isolera önskvärda produkter och biprodukter genom utfällning.
Filtrering
Saltlösningen filtreras sedan för att separera ut utfällda fasta ämnen.
Säljbar litiumproduktion
Saltlösningen behandlas slutligen med ett reagens, såsom natriumkarbonat, för att bilda litiumkarbonat, och produkten filtreras sedan och torkas för försäljning. Beroende på den önskade produkten kan olika reagens användas för att producera andra vanliga former av litium, såsom litiumhydroxid, litiumklorid, litiumbromid och butyllitium.
När litiumextraktionsprocessen är klar, återförs den kvarvarande saltlösningen till den underjordiska reservoaren.
Hård sten / spodumen litiumextraktion
Även om de står för en relativt liten del av världens litiumproduktion, ger mineralmalmfyndigheter nästan 20 ton litium årligen. Långt över 100 olika mineraler innehåller en viss mängd litium, dock bryts endast fem aktivt för litiumproduktion. Dessa inkluderar spodumene, som är den absolut vanligaste, samt lepidolit, petalit, amblygonit och eukryptit.
Mineralmalmfyndigheter är ofta rikare på litium än saltlake, men de är kostsamma att komma åt eftersom de måste brytas från hårda bergsformationer. På grund av den ökade energiförbrukningen, kemikalier och material som är involverade i utvinning av litium från mineralmalm, kan processen köra dubbelt så mycket som kostnaden för saltlösningsåtervinning, en faktor som har bidragit till dess mindre marknadsandel.
Processen för att utvinna litium från malm kan variera beroende på den specifika mineralfyndigheten i fråga. I allmänhet innebär processen att mineralmaterialet avlägsnas från jorden och sedan värms upp och pulveriseras. Det krossade mineralpulvret kombineras med kemiska reaktanter, såsom svavelsyra, sedan värms uppslamningen, filtreras och koncentreras genom en förångningsprocess för att bilda säljbart litiumkarbonat, medan det resulterande avloppsvattnet behandlas för återanvändning eller bortskaffande.
Andra litiumextraktionsprocesser
Utöver saltlake och mineralmalm kan litium produceras från ett fåtal andra källor, även om sådan produktion inte är utbredd för närvarande. Dessa andra litiumkällor inkluderar:
Hektoritlera
Omfattande forskning och utveckling har investerats i att utveckla effektiva lerbearbetningstekniker, inklusive syra-, alkali-, klorid- och sulfatlakning, samt vattenuppdelning och hydrotermisk behandling. Hittills har ingen av dessa tekniker visat sig ekonomiskt lönsam för att utvinna litium från lera.
Havsvatten
Hundratals miljarder ton litium beräknas finnas i våra hav, vilket gör dem till en attraktiv källa för att möta framtida litiumefterfrågan. Medan befintliga processer – inklusive en samfällningsextraktionsprocess och en hybrid IX-sorptionsprocess – har lyckats extrahera litium från havsvatten, visar nyare membranteknologier mer lovande för att få ner kostnaderna för utvinning av havsvatten.
Återvunnen saltlösning från energiverk
Ansträngningar för att hämta litium från geotermiska saltlösningar blir allt populärare i takt med att den globala efterfrågan på litium ökar och när ny teknik växer fram. De använda processerna följer konventionell saltlösningsextraktion, även om de kan anpassas baserat på innehållet i saltlösningsströmmen.
Återvunnen saltlösning från oljefältet
Uttag av litium från oljefältssaltlösningar är tekniskt sett bara en annan form av konventionell köldbärarextraktion, där skillnaden är källan till saltlösningen.
Återvunnen elektronik
Återvinning av litiumbatterier uppfyller inte riktigt definitionen av extraktion, men när efterfrågan ökar kommer återvinning av litiumjonbatterier att bli en allt mer värdefull källa till metallen.
Även om var och en av dessa utgör en potentiellt värdefull källa till litium, är teknikerna för att utvinna saltlösning från dem ännu inte tillräckligt utvecklade för att göra dem kostnadseffektiva eller livskraftiga alternativ till brytning av saltlake eller brytning av mineralmalm.
