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Die weltweite Nachfrage nach der Gewinnung von Lithium wächst täglich und wird insbesondere durch die zunehmende Verwendung von Lithium in neuen elektronischen Batterietechnologien und Elektroautos angetrieben. Obwohl Sie wahrscheinlich schon von Lithiumbatterien gehört haben, möchten Sie vielleicht trotzdem wissen, woher all das Lithium kommt und wie es hergestellt wird. In diesem Fall fragen Sie sich vielleicht: „Was ist Lithiumextraktion und wie funktioniert sie?“

Die Lithiumextraktion und -verarbeitung kann stark von der Quelle des Metalls abhängen. In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf einige der typischeren Lithiumproduktionsstrategien und wie sie sich vergleichen lassen.

Was ist Lithiumextraktion?

Lithium ist ein hochreaktives Alkalimetall, das eine ausgezeichnete Wärme- und elektrische Leitfähigkeit aufweist. Diese Eigenschaften machen es besonders nützlich für die Herstellung von Glas, Hochtemperaturschmierstoffen, Chemikalien, Arzneimitteln und Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos und Unterhaltungselektronik. Aufgrund seiner hohen Reaktivität kommt reines elementares Lithium in der Natur jedoch nicht vor, sondern ist Bestandteil von Salzen oder anderen Verbindungen. Das meiste handelsübliche Lithium liegt in Form von Lithiumcarbonat vor, einer vergleichsweise stabilen Verbindung, die leicht in andere Salze oder Chemikalien umgewandelt werden kann.

Lithiumsalze finden sich in unterirdischen Lagerstätten aus Sole, Mineralerzen und Ton sowie in Meerwasser und in geothermischen Brunnensole/Wasser. Definitionsgemäß handelt es sich bei der Lithiumextraktion um eine Reihe chemischer Verfahren, bei denen Lithium aus einer Probe isoliert und in eine verkaufsfähige Form von Lithium umgewandelt wird, im Allgemeinen eine stabile, aber leicht umwandelbare Verbindung wie Lithiumcarbonat. Die meisten Lithiumextraktionsverfahren beinhalten irgendeine Form von Bergbau, um unterirdische Vorkommen von lithiumreichen Mineralien oder Solen zu erreichen.

Obwohl Lithium sowohl an Land als auch im Meer recht reichlich vorhanden ist, gelten nur wenige Quellen als wirtschaftlich rentabel. Dies dürfte sich in den kommenden Jahren ändern, da neue Technologien die Gewinnung aus alternativen Lithiumquellen wettbewerbsfähiger machen.

Wie funktioniert die Lithiumgewinnung?

Kommerzielles Lithium wird aus zwei Hauptquellen gewonnen: unterirdischen Solelagerstätten und Mineralerzlagerstätten. Die Methoden der Lithiumgewinnung und -verarbeitung variieren je nach Ausgangsmaterial und umfassen die folgenden:

Konventionelle Lithium-Sole-Gewinnung

Eine überwältigende Menge des heutigen Lithiums wird aus Flüssigsole-Reservoirs gewonnen, die sich unter Salinen befinden, von denen die meisten im Südwesten Südamerikas und in China zu finden sind. Zu den weiteren lithiumreichen Sole-Ressourcen gehören geothermische und Ölfeldsole, auf die weiter unten eingegangen wird.

Die Gewinnung von Lithium-Sole ist in der Regel ein einfacher, aber langwieriger Prozess, der mehrere Monate bis einige Jahre dauern kann. Es sind Bohrungen erforderlich, um die unterirdischen Salar-Sole-Lagerstätten zu erschließen, und die Sole wird dann an die Oberfläche gepumpt und in Verdunstungsteiche verteilt. In den Verdunstungsteichen verbleibt die Sole über einen Zeitraum von Monaten oder Jahren, bis der größte Teil des flüssigen Wassers durch Sonnenverdunstung entfernt wurde. Salar-Sole ist sehr konzentriert und enthält neben Lithium in der Regel auch Kalium und Natrium. Die Anlagen betreiben in der Regel mehrere große Verdunstungsteiche unterschiedlichen Alters und können aus jüngeren Teichen andere Metalle (z. B. Kalium) gewinnen, während sie darauf warten, dass der Lithiumgehalt eine für die Weiterverarbeitung optimale Konzentration erreicht. In einigen Fällen wird die Lithium-Sole durch Umkehrosmose (RO) konzentriert, um den Verdampfungsprozess zu beschleunigen.

Wenn die Sole in einem Verdunstungsteich eine ideale Lithiumkonzentration erreicht hat, wird sie zur Gewinnung in eine Lithium-Rückgewinnungsanlage gepumpt. Dieser Prozess variiert je nach Zusammensetzung des Solefeldes, umfasst aber in der Regel die folgenden Schritte:

• Vorbehandlung. In diesem Schritt werden in der Regel Filtration und/oder Ionenaustausch (IX) eingesetzt, um Verunreinigungen oder unerwünschte Bestandteile aus der Sole zu entfernen.
• Chemische Behandlung. Als nächstes kann eine Reihe von chemischen Lösungsmitteln und Reagenzien eingesetzt werden, um die gewünschten Produkte und Nebenprodukte durch Ausfällung zu isolieren.
• Filtration. Die Sole wird dann gefiltert, um ausgefällte Feststoffe abzutrennen.
• Herstellung von verkaufsfähigem Lithium. Die Sole wird abschließend mit einem Reagenz, z. B. Natriumcarbonat, behandelt, um Lithiumcarbonat zu bilden, und das Produkt wird anschließend gefiltert und für den Verkauf getrocknet. Je nach gewünschtem Produkt können verschiedene Reagenzien verwendet werden, um andere üblicherweise verkaufte Formen von Lithium herzustellen, z. B. Lithiumhydroxid, Lithiumchlorid, Lithiumbromid und Butyllithium.

Nach Abschluss des Lithiumextraktionsprozesses wird die verbleibende Salzlösung in das unterirdische Reservoir zurückgeführt.

Gewinnung von Lithium aus Hartgestein/Spodumen

Auch wenn der Anteil an der weltweiten Lithiumproduktion relativ gering ist, liefern die Erzlagerstätten jährlich fast 20 Tonnen Lithium. Weit über 100 verschiedene Mineralien enthalten einen gewissen Anteil an Lithium, aber nur fünf werden aktiv zur Lithiumgewinnung abgebaut. Dazu gehören Spodumen, das bei weitem am häufigsten vorkommt, sowie Lepidolith, Petalit, Amblygonit und Eukryptit.

Mineralische Erzvorkommen sind oft reichhaltiger an Lithium als Salar-Sole, allerdings ist der Zugang zu ihnen kostspielig, da sie aus harten Gesteinsformationen abgebaut werden müssen. Aufgrund des zusätzlichen Energieverbrauchs, der Chemikalien und der Materialien, die bei der Gewinnung von Lithium aus Mineralerzen anfallen, kann das Verfahren doppelt so teuer sein wie die Gewinnung aus Salzsole, ein Faktor, der zu seinem geringeren Marktanteil beigetragen hat.

Das Verfahren zur Gewinnung von Lithium aus Erzen kann je nach Minerallagerstätte variieren. Im Allgemeinen wird das Mineral aus der Erde entnommen und dann erhitzt und zerkleinert. Das zerkleinerte Mineralpulver wird mit chemischen Reagenzien wie Schwefelsäure kombiniert, dann wird die Aufschlämmung erhitzt, gefiltert und durch einen Verdampfungsprozess konzentriert, um verkaufsfähiges Lithiumkarbonat zu bilden, während das entstehende Abwasser zur Wiederverwendung oder Entsorgung behandelt wird.

Andere Lithiumgewinnungsverfahren

Abgesehen von Salar-Sole und Mineralerz kann Lithium aus einigen anderen Quellen gewonnen werden, obwohl eine solche Produktion derzeit nicht weit verbreitet ist. Zu diesen anderen Lithiumquellen gehören:

• Hektorit-Ton. Umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden in die Entwicklung wirksamer Tonverarbeitungsverfahren investiert, einschließlich Säure-, Alkali-, Chlorid- und Sulfatlaugung sowie Wasseraufschluss und hydrothermale Behandlung. Bislang hat sich keine dieser Technologien als wirtschaftlich rentabel für die Gewinnung von Lithium aus Ton erwiesen.
• Meerwasser. Man schätzt, dass in unseren Ozeanen Hunderte von Milliarden Tonnen Lithium vorhanden sind, was sie zu einer attraktiven Quelle für die Deckung des künftigen Lithiumbedarfs macht. Während bestehende Verfahren – darunter ein Co-Fällungsextraktionsverfahren und ein hybrides IX-Sorptionsverfahren – bei der Gewinnung von Lithium aus Meerwasser erfolgreich waren, sind neuere Membrantechnologien vielversprechender, um die Kosten der Meerwasserextraktion zu senken.
• Recycelte Solen aus Energieanlagen. Die Bemühungen, Lithium aus geothermischen Solen zu gewinnen, gewinnen an Popularität, da die weltweite Nachfrage nach Lithium steigt und neue Technologien aufkommen. Die angewandten Verfahren folgen der konventionellen Solenextraktion, können aber je nach Inhalt des Solestroms angepasst werden.
• Rückgewonnene Ölfeldsolen. Die Rückgewinnung von Lithium aus Ölfeldsole ist technisch gesehen nur eine weitere Form der herkömmlichen Solenextraktion, wobei der Unterschied in der Quelle der Sole besteht.
• Recycelte Elektronik. Das Recycling von Lithiumbatterien entspricht zwar nicht wirklich der Definition von Gewinnung, aber mit steigender Nachfrage wird das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien zu einer immer wertvolleren Quelle für das Metall werden.

Während jede dieser Quellen eine potenziell wertvolle Lithiumquelle darstellt, sind die Technologien zur Gewinnung von Sole aus ihnen noch nicht so weit entwickelt, dass sie kosteneffektiv oder eine gangbare Alternative zum Abbau von Salar-Sole oder Mineralerzen wären.

Kann SAMCO helfen?

SAMCO verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Ermittlung geeigneter Lösungen für die Sole- und Wasseraufbereitung, die dazu beitragen, die Kosten und Abfallmengen zu senken und gleichzeitig die Lithiumproduktion zu steigern. Wenn Sie weitere Informationen wünschen oder sich mit uns in Verbindung setzen möchten, können Sie hier ein Beratungsgespräch mit einem Ingenieur vereinbaren oder ein Angebot anfordern. Wir können Sie durch die Schritte zur Entwicklung der richtigen Lösung und realistischer Kosten für Ihre Lithiumverarbeitungs- und -systemanforderungen führen.

Um mehr über die innovativen Technologien von SAMCO zu erfahren, die wir häufig für Lithiumproduktionsanlagen einsetzen, besuchen Sie unsere Seite über Sole- und Lithiumrückgewinnung, Enthärtung und Reinigung.

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