Verdenstallet af efterspørgsel efter lithiumudvinding vokser hver dag og er især drevet af en øget brug af lithium i nye batteriteknologier til forbrugerelektronik og elbiler. Selv om du sandsynligvis har hørt om litiumbatterier, vil du måske stadig gerne vide, hvor alt det litium kommer fra, og hvordan det produceres. Hvis det er tilfældet, spørger du måske “hvad er lithiumudvinding, og hvordan fungerer det?”
Lithiumudvinding og -forarbejdning kan afhænge meget af kilden til metallet, så i denne artikel vil vi se på nogle af de mere typiske lithiumproduktionsstrategier, og hvordan de kan sammenlignes.
Hvad er lithiumudvinding?
Lithium er et meget reaktivt alkalimetal, der har en fremragende varme- og elektrisk ledningsevne. Disse egenskaber gør det særligt anvendeligt til fremstilling af glas, smøremidler til høje temperaturer, kemikalier, lægemidler og lithium-ion-batterier til elbiler og forbrugerelektronik. På grund af dets høje reaktivitet findes rent elementært lithium imidlertid ikke i naturen, men i stedet som en bestanddel af salte eller andre forbindelser. Tilsvarende findes det meste kommercielle lithium i form af lithiumcarbonat, som er en forholdsvis stabil forbindelse, der let kan omdannes til andre salte eller kemikalier.
Lithiumsalte findes i underjordiske forekomster af saltvand, mineralmalm og ler samt i havvand og geotermisk brøndsalt/vand. Lithiumudvinding er pr. definition en række kemiske processer, hvor lithium isoleres fra en prøve og omdannes til en salgbar form af lithium, som regel en stabil, men let omsættelig forbindelse som f.eks. lithiumcarbonat. De fleste lithiumudvindingsprocesser indebærer en eller anden form for minedrift for at nå frem til underjordiske forekomster af lithiumrige mineraler eller saltvand.
Selv om lithium er forholdsvis rigeligt til stede både på land og i havet, er det kun nogle få kilder, der anses for økonomisk rentable. Dette forventes at ændre sig i de kommende år, efterhånden som nye teknologier gør udvinding fra alternative lithiumkilder mere omkostningskonkurrencedygtige.
Hvordan foregår lithiumudvinding?
Kommercielt lithium stammer fra to hovedkilder: underjordiske saltvandsforekomster og mineralmalmforekomster. Metoderne til udvinding og forarbejdning af lithium varierer afhængigt af kildematerialet og omfatter følgende:
Konventionel udvinding af lithiumsaltevand
En overvældende mængde af nutidens lithium udvindes fra flydende saltvandsreservoirer, der er placeret under saltsletter, kendt som salarer, hvoraf de fleste er placeret i det sydvestlige Sydamerika og Kina. Andre lithiumrige saltvandsressourcer omfatter geotermiske saltvandsressourcer og saltvandsressourcer fra oliefelter, som behandles nedenfor.
Lithiumsaltvandsindvinding er typisk en ukompliceret, men langvarig proces, der kan tage alt fra flere måneder til et par år at gennemføre. Der skal bores for at få adgang til de underjordiske saltvandsforekomster, og saltvandet pumpes derefter op til overfladen og fordeles til fordampningsbassiner. Saltvandet forbliver i fordampningsbassinet i en periode på måneder eller år, indtil det meste af det flydende vandindhold er blevet fjernet gennem solfordampning. Salarsalte er meget koncentrerede og indeholder ud over lithium typisk også kalium og natrium. Anlæggene driver normalt flere store fordampningsbassiner af forskellig alder og kan udvinde andre metaller (f.eks. kalium) fra yngre bassiner, mens de venter på, at lithiumindholdet når en koncentration, der er optimal til videre forarbejdning. I nogle tilfælde anvendes omvendt osmose (RO) til at koncentrere lithiumsolien for at fremskynde inddampningsprocessen.
Når saltvandet i et inddampningsbassin har nået en ideel lithiumkoncentration, pumpes det til et lithiumindvindingsanlæg til udvinding. Denne proces varierer afhængigt af sammensætningen af saltvandsfeltet, men omfatter normalt følgende trin:
- Forbehandling. I dette trin anvendes normalt filtrering og/eller ionbytterrensning (IX) for at fjerne eventuelle forurenende stoffer eller uønskede bestanddele fra saltvandet.
- Kemisk behandling. Derefter kan der anvendes en række kemiske opløsningsmidler og reagenser for at isolere ønskelige produkter og biprodukter gennem udfældning.
- Filtrering. Saltvandet filtreres derefter for at udskille de udfældede faste stoffer.
- Produktion af salgbart lithium. Saltvandet behandles til sidst med et reagens, f.eks. natriumcarbonat, for at danne lithiumcarbonat, og produktet filtreres og tørres derefter med henblik på salg. Afhængigt af det ønskede produkt kan der anvendes forskellige reagenser til fremstilling af andre almindeligt solgte former for lithium, f.eks. lithiumhydroxid, lithiumchlorid, lithiumbromid og butyllitium.
Når lithiumudvindingsprocessen er afsluttet, returneres den resterende saltvandsopløsning til det underjordiske reservoir.
Hård sten / spodumen lithiumudvinding
Selv om de mineralske malmforekomster udgør en relativt lille del af verdens lithiumproduktion, giver de næsten 20 tons lithium om året. Langt over 100 forskellige mineraler indeholder en vis mængde lithium, men kun fem mineraler udvindes aktivt med henblik på lithiumproduktion. Disse omfatter spodumen, som er langt det mest almindelige, samt lepidolit, petalit, amblygonit og eucryptit.
Mineralmalmforekomster er ofte rigere på lithiumindhold end saltvand, men det er dyrt at få adgang til dem, da de skal udvindes fra hårde klippeformationer. På grund af det ekstra energiforbrug, kemikalier og materialer, der er involveret i udvinding af lithium fra mineralmalm, kan processen være dobbelt så dyr som saltvandsindvinding, hvilket er en faktor, der har bidraget til dens mindre markedsandel.
Processen til udvinding af lithium fra malm kan variere afhængigt af det pågældende mineralforekomstområde. Generelt indebærer processen, at man fjerner mineralmaterialet fra jorden og derefter opvarmer og pulveriserer det. Det knuste mineralpulver kombineres med kemiske reaktanter, såsom svovlsyre, hvorefter opslammet opvarmes, filtreres og koncentreres gennem en fordampningsproces for at danne salgbart lithiumcarbonat, mens det resulterende spildevand behandles med henblik på genbrug eller bortskaffelse.
Andre lithiumudvindingsprocesser
Bortset fra saltvand og mineralmalm kan lithium fremstilles fra et par andre kilder, selv om en sådan produktion ikke er udbredt på nuværende tidspunkt. Disse andre lithiumkilder omfatter:
- Hectorit-ler. Der er investeret omfattende forskning og udvikling i udvikling af effektive lerbehandlingsteknikker, herunder syre-, alkaliske, chlorid- og sulfatudvaskning samt vanddisaggregering og hydrotermisk behandling. Hidtil har ingen af disse teknologier vist sig at være økonomisk levedygtige til udvinding af lithium fra ler.
- Havvand. Det anslås, at der findes hundredvis af milliarder af tons lithium i vores oceaner, hvilket gør dem til en attraktiv kilde til at dække den fremtidige efterspørgsel efter lithium. Mens det ved eksisterende processer – herunder en ekstraktionsproces med fælles udfældning og en hybrid IX-sorptionsproces – er lykkedes at udvinde lithium fra havvand, er nyere membranteknologier mere lovende med hensyn til at nedbringe omkostningerne ved udvinding af havvand.
- Genanvendte saltvand fra energianlæg. Bestræbelser på at udvinde lithium fra geotermiske saltvand bliver mere og mere populære, efterhånden som den verdensomspændende efterspørgsel efter lithium stiger, og efterhånden som der opstår nye teknologier. De anvendte processer følger konventionel saltvandsudvinding, selv om de kan tilpasses på grundlag af indholdet i saltvandsstrømmen.
- Genvundet saltvand fra oliefelter. Udvinding af lithium fra saltvand fra oliefelter er teknisk set blot en anden form for konventionel saltvandsudvinding, idet forskellen er kilden til saltvandet.
- Genbrugte elektronikprodukter. Genbrug af litiumbatterier opfylder ikke rigtig definitionen på udvinding, men efterhånden som efterspørgslen vokser, vil genbrug af litiumionbatterier blive en stadig mere værdifuld kilde til metallet.
Selv om hver af disse udgør en potentielt værdifuld kilde til litium, er teknologierne til udvinding af saltvand fra dem endnu ikke udviklet nok til at gøre dem omkostningseffektive eller levedygtige alternativer til udvinding af saltvand fra saltvand eller mineralmindingen.
Kan SAMCO hjælpe?
SAMCO har over 40 års erfaring med at identificere passende saltvands- og vandbehandlingsløsninger, der kan bidrage til at sænke omkostningerne og affaldsmængderne og samtidig øge lithiumproduktionsudbyttet. For flere oplysninger eller for at komme i kontakt med os, kan du kontakte os her for at arrangere en konsultation med en ingeniør eller anmode om et tilbud. Vi kan guide dig gennem trinene til udvikling af den rette løsning og realistiske omkostninger for dine behov for lithiumbehandling og -systemer.
For at lære mere om SAMCO’s innovative teknologier, som vi almindeligvis anvender til lithiumproduktionsanlæg, kan du besøge vores side om genvinding, blødgøring og rensning af saltvand og lithium.
For at lære mere om lithiumindvinding kan du læse disse andre blogartikler, som måske vil interessere dig:
- Hvor meget koster det at udvinde lithium fra geotermisk brine eller knust malm?
- Bedste virksomheder til udvinding af lithium fra geotermisk brine og andre producerede vandstrømme
- Er det muligt at udvinde lithium fra havvand?
- Hvad er den bedste måde at genvinde lithium fra geotermisk saltvand på?
- Hvordan kan man øge lithiumkoncentrationen og genindvindingen fra saltvandstrømme?
- Hvordan bruges saltvandsudvinding til lithiumindvinding?