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La demande mondiale d’extraction de lithium augmente chaque jour et est particulièrement stimulée par une utilisation accrue du lithium dans les nouvelles technologies de batteries électroniques grand public et les voitures électriques. Bien que vous ayez probablement entendu parler des batteries au lithium, vous voulez peut-être encore savoir d’où vient tout ce lithium et comment il est produit. Si c’est le cas, vous vous demandez peut-être « qu’est-ce que l’extraction du lithium et comment cela fonctionne ? »

L’extraction et le traitement du lithium peuvent dépendre fortement de la source du métal, donc dans cet article, nous allons examiner certaines des stratégies de production de lithium les plus typiques et comment elles se comparent.

Qu’est-ce que l’extraction du lithium ? »

Le lithium est un métal alcalin très réactif qui offre une excellente conductivité thermique et électrique. Ces propriétés le rendent particulièrement utile pour la fabrication du verre, des lubrifiants haute température, des produits chimiques, des produits pharmaceutiques et des batteries lithium-ion pour les voitures électriques et l’électronique grand public. Cependant, en raison de sa grande réactivité, le lithium élémentaire pur n’est pas présent dans la nature, mais plutôt sous forme de sels ou d’autres composés. De même, la plupart du lithium commercial est disponible sous la forme de carbonate de lithium, qui est un composé relativement stable qui peut être facilement converti en d’autres sels ou produits chimiques.

Les sels de lithium sont présents dans les gisements souterrains de saumure, de minerai et d’argile, ainsi que dans l’eau de mer et les saumures/eau de puits géothermiques. Par définition, l’extraction du lithium est un ensemble de procédés chimiques où le lithium est isolé d’un échantillon et converti en une forme vendable de lithium, généralement un composé stable mais facilement convertible tel que le carbonate de lithium. La plupart des procédés d’extraction du lithium impliquent une certaine forme d’exploitation minière pour atteindre les gisements souterrains de minéraux ou de saumures riches en lithium.

Bien que le lithium soit assez abondant sur terre et dans la mer, seules quelques sources sont considérées comme économiquement viables. Cela devrait changer dans les années à venir, car les nouvelles technologies rendent l’extraction à partir de sources alternatives de lithium plus compétitive en termes de coûts.

Comment fonctionne l’extraction du lithium ?

Le lithium commercial provient de deux sources principales : les gisements de saumures souterraines et les gisements de minerais. Les méthodes d’extraction et de traitement du lithium varient en fonction de la matière d’origine, et comprennent les éléments suivants :

Extraction conventionnelle de saumure de lithium

Une quantité écrasante du lithium actuel est extraite de réservoirs de saumure liquide qui sont situés sous les plaines salées, connues sous le nom de salars, dont la plupart sont situés dans le sud-ouest de l’Amérique du Sud et en Chine. D’autres ressources de saumures riches en lithium comprennent les saumures géothermiques et celles des champs pétrolifères, qui sont abordées ci-dessous.

La récupération des saumures de lithium est généralement un processus simple mais long qui peut prendre de plusieurs mois à quelques années. Des forages sont nécessaires pour accéder aux dépôts souterrains de saumure de salar, et la saumure est ensuite pompée à la surface et distribuée dans des bassins d’évaporation. La saumure reste dans le bassin d’évaporation pendant des mois ou des années jusqu’à ce que la majeure partie de l’eau liquide ait été éliminée par évaporation solaire. Les saumures des salars sont très concentrées et, en plus du lithium, contiennent généralement du potassium et du sodium. Les installations exploitent généralement plusieurs grands bassins d’évaporation d’âges différents, et peuvent extraire d’autres métaux (par exemple du potassium) des bassins plus jeunes en attendant que le contenu en lithium atteigne une concentration optimale pour un traitement ultérieur. Dans certains cas, l’osmose inverse (RO) est utilisée pour concentrer la saumure de lithium afin d’accélérer le processus d’évaporation.

Une fois que la saumure dans un bassin d’évaporation a atteint une concentration idéale de lithium, la saumure est pompée vers une installation de récupération du lithium pour l’extraction. Ce processus varie en fonction de la composition du champ de saumure, mais comporte généralement les étapes suivantes :

• Prétraitement. Cette étape emploie généralement une filtration et/ou une purification par échange d’ions (IX) pour éliminer tout contaminant ou constituant indésirable de la saumure.
• Traitement chimique. Ensuite, une série de solvants et de réactifs chimiques peut être appliquée pour isoler les produits et sous-produits souhaitables par précipitation.
• Filtration. La saumure est ensuite filtrée pour séparer les solides précipités.
• Production de lithium vendable. La saumure est finalement traitée avec un réactif, tel que le carbonate de sodium pour former du carbonate de lithium, et le produit est ensuite filtré et séché pour être vendu. Selon le produit souhaité, différents réactifs peuvent être appliqués pour produire d’autres formes de lithium couramment vendues, comme l’hydroxyde de lithium, le chlorure de lithium, le bromure de lithium et le butyl-lithium.

Une fois le processus d’extraction du lithium terminé, la solution de saumure restante est renvoyée dans le réservoir souterrain.

L’extraction de lithium de roche dure / spodumène

Bien qu’ils représentent une part relativement faible de la production mondiale de lithium, les gisements de minerai donnent près de 20 tonnes de lithium par an. Bien plus de 100 minéraux différents contiennent une certaine quantité de lithium, cependant, seuls cinq sont activement exploités pour la production de lithium. Il s’agit du spodumène, qui est de loin le plus courant, ainsi que de la lépidolite, de la pétalite, de l’amblygonite et de l’eucryptite.

Les gisements de minerai minéral sont souvent plus riches en lithium que les saumures salines, mais leur accès est coûteux car ils doivent être extraits de formations rocheuses dures. En raison de la consommation d’énergie supplémentaire, des produits chimiques et des matériaux impliqués dans l’extraction du lithium du minerai, le processus peut coûter deux fois plus cher que la récupération des saumures, un facteur qui a contribué à sa plus petite part de marché.

Le processus de récupération du lithium du minerai peut varier en fonction du gisement minéral spécifique en question. En général, le procédé consiste à retirer le matériau minéral de la terre, puis à le chauffer et à le pulvériser. La poudre minérale broyée est combinée avec des réactifs chimiques, tels que l’acide sulfurique, puis la boue est chauffée, filtrée et concentrée par un processus d’évaporation pour former du carbonate de lithium vendable, tandis que les eaux usées résultantes sont traitées pour être réutilisées ou éliminées.

Autres procédés d’extraction du lithium

En dehors de la saumure de salar et du minerai, le lithium peut être produit à partir de quelques autres sources, bien que cette production ne soit pas répandue à l’heure actuelle. Ces autres sources de lithium comprennent :

• L’argile hectorite. D’importants travaux de recherche et développement ont été investis dans la mise au point de techniques efficaces de traitement de l’argile, notamment la lixiviation acide, alcaline, au chlorure et au sulfate, ainsi que la désagrégation dans l’eau et le traitement hydrothermique. À ce jour, aucune de ces technologies ne s’est avérée économiquement viable pour extraire le lithium de l’argile.
• Eau de mer. On estime que des centaines de milliards de tonnes de lithium existent dans nos océans, ce qui en fait une source intéressante pour répondre à la demande future de lithium. Alors que les procédés existants – y compris un procédé d’extraction par coprécipitation et un procédé hybride d’IX-sorption – ont réussi à extraire le lithium de l’eau de mer, les nouvelles technologies membranaires sont plus prometteuses pour faire baisser les coûts d’extraction de l’eau de mer.
• Saumures recyclées des centrales énergétiques. Les efforts visant à extraire le lithium des saumures géothermiques gagnent en popularité à mesure que la demande mondiale de lithium augmente et que de nouvelles technologies émergent. Les procédés utilisés suivent l’extraction conventionnelle des saumures, bien qu’ils puissent être adaptés en fonction du contenu du flux de saumure.
• Saumure de champ pétrolier récupérée. La récupération du lithium à partir de saumures de champs pétrolifères est techniquement juste une autre forme d’extraction de saumure conventionnelle, la différence étant la source de la saumure.
• Électronique recyclée. Le recyclage des batteries au lithium ne répond pas vraiment à la définition de l’extraction, cependant, à mesure que la demande augmente, le recyclage des batteries au lithium-ion deviendra une source de plus en plus précieuse du métal.

Bien que chacun de ces éléments pose une source potentiellement précieuse de lithium, les technologies pour en extraire la saumure ne sont pas encore assez développées pour en faire des alternatives rentables ou viables à l’extraction de saumure de salar ou de minerai.

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