Lithiumin louhinnan kysyntä maailmassa kasvaa päivä päivältä, ja sitä vauhdittaa erityisesti litiumin lisääntynyt käyttö uusissa kulutuselektroniikan akkuteknologioissa ja sähköautoissa. Vaikka oletkin todennäköisesti kuullut litiumparistoista, haluat ehkä silti tietää, mistä kaikki litium tulee ja miten sitä tuotetaan. Jos näin on, saatat kysyä: ”Mitä litiumin louhinta on ja miten se toimii?”
Lithiumin louhinta ja jalostus voivat riippua suuresti metallin lähteestä, joten tässä artikkelissa tarkastelemme joitakin tyypillisimpiä litiumin tuotantostrategioita ja niiden vertailua.
Mitä on litiumin louhinta?
Lithium on erittäin reaktiivinen emäksinen metalli, joka tarjoaa erinomaista lämpö- ja sähkönjohtavuutta. Näiden ominaisuuksien ansiosta se on erityisen käyttökelpoinen lasin, korkean lämpötilan voiteluaineiden, kemikaalien, lääkkeiden ja sähköautojen ja kulutuselektroniikan litiumioniakkujen valmistuksessa. Korkean reaktiivisuutensa vuoksi puhdasta alkuaineena olevaa litiumia ei kuitenkaan esiinny luonnossa, vaan sitä esiintyy suolojen tai muiden yhdisteiden ainesosana. Vastaavasti suurin osa kaupallisesta litiumista on saatavilla litiumkarbonaattina, joka on verrattain stabiili yhdiste, joka voidaan helposti muuntaa muiksi suoloiksi tai kemikaaleiksi.
Lithiumsuoloja esiintyy maanalaisissa suolavesi-, mineraalimalmi- ja saviesiintymissä sekä merivedessä ja geotermisten kaivojen suolavedessä/vedessä. Määritelmän mukaan litiumin louhinta on joukko kemiallisia prosesseja, joissa litium eristetään näytteestä ja muunnetaan myytävään litiumin muotoon, joka on yleensä stabiili mutta helposti muunnettava yhdiste, kuten litiumkarbonaatti. Useimmat litiumin talteenottoprosessit edellyttävät jonkinlaista kaivostoimintaa, jotta päästään käsiksi litiumrikkaiden mineraalien tai suolavesien maanalaisiin esiintymiin.
Lithiumia on melko runsaasti sekä maalla että meressä, mutta vain muutamia lähteitä pidetään taloudellisesti kannattavina. Tämän odotetaan muuttuvan lähivuosina, kun uudet teknologiat tekevät louhinnan vaihtoehtoisista litiumlähteistä kustannuksiltaan kilpailukykyisemmäksi.
Miten litiumin louhinta toimii?
Kaupallista litiumia saadaan kahdesta tärkeimmästä lähteestä: maanalaisista suolavesiesiintymistä ja mineraalimalmiesiintymistä. Litiumin louhinta- ja käsittelymenetelmät vaihtelevat lähdeaineesta riippuen, ja niihin kuuluvat muun muassa seuraavat:
Tavanomainen litiumin louhinta suolaliuoksessa
Valtaosa nykyisestä litiumista louhitaan nestemäisestä suolaliuoksesta, joka sijaitsee suolaisten tasankojen, niin sanottujen salareiden, alapuolella, ja joista suurin osa sijaitsee Etelä-Amerikan lounaisosissa ja Kiinassa. Muita litiumrikkaita suolavesivaroja ovat muun muassa geotermiset ja öljykenttien suolavedet, joita käsitellään jäljempänä.
Litiumin talteenotto suolavedestä on tyypillisesti suoraviivainen mutta pitkä prosessi, joka voi kestää muutamasta kuukaudesta muutamaan vuoteen. Maanalaisiin suolavesiesiintymiin pääsemiseksi tarvitaan porauksia, minkä jälkeen suolavesi pumpataan pinnalle ja jaetaan haihdutusaltaisiin. Suolavesi pysyy haihdutusaltaissa kuukausia tai vuosia, kunnes suurin osa sen nestemäisestä vesipitoisuudesta on poistunut auringon haihduttamalla. Salar-suolaliuokset ovat hyvin väkeviä ja sisältävät litiumin lisäksi tyypillisesti myös kaliumia ja natriumia. Laitoksilla on yleensä käytössä useita suuria, eri-ikäisiä haihdutusaltaita, ja ne voivat ottaa muita metalleja (esim. kaliumia) nuoremmista altaista odottaessaan, että litiumpitoisuus saavuttaa jatkokäsittelyä varten optimaalisen pitoisuuden. Joissakin tapauksissa käytetään käänteisosmoosia (RO) litiumsuolaliuoksen väkevöimiseksi haihdutusprosessin nopeuttamiseksi.
Kun haihdutusaltaan suolaliuos on saavuttanut ihanteellisen litiumpitoisuuden, suolaliuos pumpataan litiumin talteenottolaitokseen louhintaa varten. Tämä prosessi vaihtelee suolavesikentän koostumuksen mukaan, mutta sisältää yleensä seuraavat vaiheet:
- Esikäsittely. Tässä vaiheessa käytetään yleensä suodatusta ja/tai ioninvaihtopuhdistusta (IX) epäpuhtauksien tai ei-toivottujen ainesosien poistamiseksi suolavedestä.
- Kemiallinen käsittely. Seuraavaksi voidaan käyttää sarjaa kemiallisia liuottimia ja reagensseja haluttujen tuotteiden ja sivutuotteiden eristämiseksi saostamalla.
- Suodatus. Tämän jälkeen suolavesi suodatetaan saostuneiden kiintoaineiden erottamiseksi.
- Myytävän litiumin tuotanto. Suolavesi käsitellään lopuksi reagenssilla, kuten natriumkarbonaatilla, litiumkarbonaatin muodostamiseksi, minkä jälkeen tuote suodatetaan ja kuivataan myyntiä varten. Halutusta tuotteesta riippuen voidaan käyttää erilaisia reagensseja muiden yleisesti myytävien litiummuotojen, kuten litiumhydroksidin, litiumkloridin, litiumbromidin ja butyylilitiumin, tuottamiseksi.
Kun litiumin talteenottoprosessi on saatu päätökseen, jäljelle jäävä suolaliuos palautetaan maanalaiseen säiliöön.
Kovan kiven / spodumeenin litiumin louhinta
Vaikka sen osuus maailman litiumin tuotannosta on suhteellisen pieni, mineraalimalmiesiintymät tuottavat vuosittain lähes 20 tonnia litiumia. Reilusti yli 100 eri mineraalia sisältää jonkin verran litiumia, mutta vain viittä niistä louhitaan aktiivisesti litiumin tuotantoa varten. Näihin kuuluvat spodumeeni, joka on ylivoimaisesti yleisin, sekä lepidoliitti, petaliitti, amblygoniitti ja eukryptiitti.
Mineraalimalmiesiintymät ovat usein litiumpitoisuudeltaan rikkaampia kuin suolaveden suolavedet, mutta niiden hyödyntäminen on kuitenkin kallista, koska ne on louhittava kovista kivimuodostumista. Koska litiumin louhimiseen mineraalimalmista liittyy ylimääräistä energiankulutusta, kemikaaleja ja materiaaleja, prosessi voi olla kaksi kertaa kalliimpi kuin suolaveden talteenotto, mikä on osaltaan vaikuttanut litiumin pienempään markkinaosuuteen.
Lithiumin talteenottoprosessi malmista voi vaihdella kyseessä olevan mineraaliesiintymän mukaan. Yleensä prosessiin kuuluu mineraalimateriaalin irrottaminen maasta, sen kuumentaminen ja jauhaminen. Murskattu mineraalijauhe yhdistetään kemiallisiin reaktioaineisiin, kuten rikkihappoon, minkä jälkeen liete kuumennetaan, suodatetaan ja väkevöidään haihdutusprosessin avulla myyntikelpoiseksi litiumkarbonaatiksi, kun taas syntyvä jätevesi käsitellään uudelleenkäyttöä tai loppusijoitusta varten.
Muut litiumin talteenottoprosessit
Suolasuolan suolaveden ja kivennäismalmien lisäksi litiumia voidaan valmistaa muutamasta muustakin lähteestä, joskaan tällainen tuotanto ei ole tällä hetkellä yleistä. Näitä muita litiumlähteitä ovat:
- Hektorisavi. Tehokkaiden saven käsittelytekniikoiden, kuten happaman, emäksisen, kloridi- ja sulfaattiliuotuksen sekä vedessä tapahtuvan hajotuksen ja hydrotermaalisen käsittelyn kehittämiseen on panostettu paljon tutkimus- ja kehitystyötä. Tähän mennessä mikään näistä tekniikoista ei ole osoittautunut taloudellisesti kannattavaksi litiumin uuttamiseksi savesta.
- Merivesi. Merissämme arvioidaan olevan satoja miljardeja tonneja litiumia, mikä tekee niistä houkuttelevan lähteen tulevan litiumin kysynnän tyydyttämiseksi. Vaikka nykyisillä prosesseilla – mukaan lukien yhteissaostusuuttoprosessi ja IX-sorptiohybridiprosessi – on onnistuttu uuttamaan litiumia merivedestä, uudemmat membraanitekniikat ovat lupaavampia keinoja alentaa meriveden uuttokustannuksia.
- Energialaitosten kierrätetyt suolavedet. Ponnistelut litiumin talteenottamiseksi geotermisistä suolavedestä yleistyvät litiumin maailmanlaajuisen kysynnän kasvaessa ja uusien teknologioiden kehittyessä. Käytetyt prosessit noudattavat tavanomaista suolaveden talteenottoa, joskin niitä voidaan mukauttaa suolaveden sisällön perusteella.
- Öljykenttien talteenotettu suolavesi. Litiumin talteenotto öljykenttien suolavedestä on teknisesti vain yksi tavanomaisen suolaveden louhinnan muoto, jonka erona on suolaveden lähde.
- Kierrätetty elektroniikka. Litiumparistojen kierrätys ei varsinaisesti täytä louhinnan määritelmää, mutta kysynnän kasvaessa litiumioniakkujen kierrätyksestä tulee kuitenkin yhä arvokkaampi metallin lähde.
Kaikki nämä ovat potentiaalisesti arvokkaita litiumin lähteitä, mutta teknologiat, joilla niistä voidaan louhia suolaliuosta, eivät ole vielä kehittyneet niin pitkälle, että ne olisivat kustannustehokkaita tai elinkelpoisia vaihtoehtoja suola-altaiden suolaliuoksessa louhimiselle tai mineraali- tai malmikaivosten louhinnalle.
Voiko SAMCO auttaa?
SAMCOlla on yli 40 vuoden kokemus sopivien suolaveden- ja vedenkäsittelyratkaisujen löytämisestä, joiden avulla voidaan alentaa kustannuksia ja jätemääriä ja samalla lisätä litiumin tuotantotulosta. Jos haluat lisätietoja tai ottaa yhteyttä, ota meihin yhteyttä tästä ja sovi konsultaatio insinöörin kanssa tai pyydä tarjous. Voimme opastaa sinua vaiheissa, joiden avulla voit kehittää oikean ratkaisun ja realistiset kustannukset litiumin käsittely- ja järjestelmätarpeisiisi.
Jos haluat lisätietoja SAMCOn innovatiivisista teknologioista, joita sovellamme yleisesti litiumin tuotantolaitoksissa, käy sivulla suolaveden ja litiumin talteenotto, pehmentäminen ja puhdistus.
Jos haluat lisätietoja litiumin talteenotosta, lue nämä muut blogiartikkelit, jotka saattavat kiinnostaa sinua:
- Mitä maksaa litiumin louhiminen geotermisestä suolavedestä tai murskatusta malmista?
- Parhaat yritykset litiumin louhintaan geotermisestä suolavedestä ja muista tuotetuista vesivirroista
- Onko litiumia mahdollista louhia merivedestä?
- Mikä on paras tapa ottaa talteen litiumia geotermisestä suolavedestä?
- Miten parannetaan litiumin pitoisuutta ja talteenottoa suolavesivirroista?
- Miten suolaveden louhintaa käytetään litiumin talteenottoon?