La domanda mondiale per l’estrazione del litio sta crescendo ogni giorno ed è guidata soprattutto da un maggiore uso del litio nelle nuove tecnologie delle batterie elettroniche di consumo e nelle auto elettriche. Anche se hai probabilmente sentito parlare delle batterie al litio, potresti ancora voler sapere da dove viene tutto quel litio e come viene prodotto. Se è così, ti starai chiedendo “cos’è l’estrazione del litio e come funziona?”
L’estrazione e la lavorazione del litio possono dipendere fortemente dalla fonte del metallo, quindi in questo articolo, daremo un’occhiata ad alcune delle strategie di produzione del litio più tipiche e come si confrontano.
Che cos’è l’estrazione del litio?
Il litio è un metallo alcalino altamente reattivo che offre calore e conduttività elettrica eccellenti. Queste proprietà lo rendono particolarmente utile per la produzione di vetro, lubrificanti ad alta temperatura, prodotti chimici, prodotti farmaceutici e batterie agli ioni di litio per auto elettriche ed elettronica di consumo. Tuttavia, a causa della sua alta reattività, il litio elementare puro non si trova in natura ma è invece presente come costituente di sali o altri composti. Allo stesso modo, la maggior parte del litio commerciale è disponibile sotto forma di carbonato di litio, che è un composto relativamente stabile che può essere facilmente convertito in altri sali o sostanze chimiche.
I sali di litio si trovano in depositi sotterranei di salamoia, minerali e argilla, così come in acqua di mare e salamoie/acqua di pozzi geotermici. Per definizione, l’estrazione del litio è un insieme di processi chimici in cui il litio viene isolato da un campione e convertito in una forma vendibile di litio, generalmente un composto stabile ma facilmente convertibile come il carbonato di litio. La maggior parte dei processi di estrazione del litio comporta una qualche forma di estrazione per raggiungere i depositi sotterranei di minerali ricchi di litio o salamoie.
Mentre il litio è abbastanza abbondante sia sulla terra che in mare, solo poche fonti sono considerate economicamente valide. Questo dovrebbe cambiare nei prossimi anni, dato che le nuove tecnologie rendono l’estrazione da fonti alternative di litio più competitiva dal punto di vista dei costi.
Come funziona l’estrazione del litio?
Il litio commerciale proviene da due fonti principali: depositi sotterranei di salamoia e depositi di minerali. I metodi di estrazione e trattamento del litio variano a seconda del materiale di partenza, e includono i seguenti:
Estrazione convenzionale della salamoia di litio
Una quantità schiacciante del litio odierno è estratta dai serbatoi di salamoia liquida che si trovano sotto le saline, conosciute come salar, la maggior parte delle quali si trovano nel sud-ovest del Sud America e in Cina. Altre risorse di salamoia ricche di litio includono la salamoia geotermica e quella dei campi petroliferi, che sono trattate di seguito.
Il recupero della salamoia di litio è in genere un processo semplice ma lungo che può richiedere da alcuni mesi ad alcuni anni per essere completato. La perforazione è necessaria per accedere ai depositi sotterranei di salamoia, e la salamoia viene poi pompata in superficie e distribuita in stagni di evaporazione. La salamoia rimane nel bacino di evaporazione per un periodo di mesi o anni fino a quando la maggior parte del contenuto di acqua liquida è stata rimossa attraverso l’evaporazione solare. Le salamoie del salar sono molto concentrate e, oltre al litio, contengono tipicamente anche potassio e sodio. Le strutture di solito operano diversi grandi bacini di evaporazione di varie età, e possono estrarre altri metalli (per esempio il potassio) dai bacini più giovani in attesa che il contenuto di litio raggiunga una concentrazione ottimale per un’ulteriore lavorazione. In alcuni casi, l’osmosi inversa (RO) è usata per concentrare la salamoia di litio per accelerare il processo di evaporazione.
Una volta che la salamoia in un bacino di evaporazione ha raggiunto una concentrazione di litio ideale, viene pompata in un impianto di recupero del litio per l’estrazione. Questo processo varia a seconda della composizione del campo di salamoia, ma di solito comporta le seguenti fasi:
- Pretrattamento. Questa fase di solito impiega la filtrazione e/o la purificazione a scambio ionico (IX) per rimuovere qualsiasi contaminante o costituente indesiderato dalla salamoia.
- Trattamento chimico. Successivamente, una serie di solventi chimici e reagenti può essere applicata per isolare prodotti e sottoprodotti desiderabili attraverso la precipitazione.
- Filtrazione. La salamoia viene poi filtrata per separare i solidi precipitati.
- Produzione di litio vendibile. La salamoia viene infine trattata con un reagente, come il carbonato di sodio per formare carbonato di litio, e il prodotto viene poi filtrato ed essiccato per la vendita. A seconda del prodotto desiderato, possono essere applicati diversi reagenti per produrre altre forme comunemente vendute di litio, come l’idrossido di litio, il cloruro di litio, il bromuro di litio e il litio butilico.
Una volta completato il processo di estrazione del litio, la soluzione salina rimanente viene restituita al serbatoio sotterraneo.
Estrazione di litio da rocce dure / spodumene
Anche se rappresentano una quota relativamente piccola della produzione mondiale di litio, i depositi di minerali producono quasi 20 tonnellate di litio all’anno. Ben oltre 100 minerali diversi contengono una certa quantità di litio, ma solo cinque sono attivamente estratti per la produzione di litio. Questi includono lo spodumene, che è di gran lunga il più comune, così come la lepidolite, la petalite, l’amblygonite e l’eucryptite.
I depositi di minerali sono spesso più ricchi di litio rispetto alle saline, tuttavia, sono costosi da raggiungere poiché devono essere estratti da formazioni di roccia dura. A causa del consumo aggiuntivo di energia, dei prodotti chimici e dei materiali coinvolti nell’estrazione del litio dal minerale, il processo può avere un costo doppio rispetto al recupero della salamoia, un fattore che ha contribuito alla sua minore quota di mercato.
Il processo di recupero del litio dal minerale può variare in base allo specifico deposito minerario in questione. In generale, il processo comporta la rimozione del materiale minerale dalla terra, poi il riscaldamento e la polverizzazione. La polvere minerale frantumata viene combinata con reagenti chimici, come l’acido solforico, poi il liquame viene riscaldato, filtrato e concentrato attraverso un processo di evaporazione per formare carbonato di litio vendibile, mentre l’acqua di scarico risultante viene trattata per il riutilizzo o lo smaltimento.
Altri processi di estrazione del litio
Oltre alla salamoia e al minerale, il litio può essere prodotto da alcune altre fonti, sebbene tale produzione non sia diffusa al momento. Queste altre fonti di litio includono:
- L’argilla hectorite. Un’ampia ricerca e sviluppo è stata investita nello sviluppo di tecniche efficaci di trattamento dell’argilla, tra cui la lisciviazione acida, alcalina, con cloruro e solfato, così come la disaggregazione dell’acqua e il trattamento idrotermale. Ad oggi, nessuna di queste tecnologie si è dimostrata economicamente valida per estrarre il litio dall’argilla.
- Acqua di mare. Si stima che centinaia di miliardi di tonnellate di litio esistano nei nostri oceani, rendendoli una fonte attraente per soddisfare la futura domanda di litio. Mentre i processi esistenti – tra cui un processo di estrazione per co-precipitazione e un processo ibrido di IX-assorbimento – sono riusciti ad estrarre il litio dall’acqua di mare, le nuove tecnologie a membrana stanno mostrando una maggiore promessa per ridurre i costi di estrazione dell’acqua di mare.
- Salamoie riciclate da impianti energetici. Gli sforzi per recuperare il litio dalle salamoie geotermiche stanno guadagnando popolarità con l’aumento della domanda mondiale di litio e con l’emergere di nuove tecnologie. I processi utilizzati seguono l’estrazione convenzionale della salamoia, anche se potrebbero essere adattati in base al contenuto del flusso della salamoia.
- Salamoia recuperata dai campi petroliferi. Il recupero del litio dalle salamoie dei campi petroliferi è tecnicamente solo un’altra forma di estrazione convenzionale della salamoia, con la differenza della fonte della salamoia.
- Elettronica riciclata. Il riciclaggio delle batterie al litio non soddisfa veramente la definizione di estrazione, tuttavia, con la crescita della domanda, il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio diventerà una fonte sempre più preziosa del metallo.
Mentre ognuno di questi pone una fonte potenzialmente preziosa di litio, le tecnologie per estrarre la salamoia da loro non sono ancora abbastanza sviluppate per renderle economicamente convenienti o alternative valide all’estrazione della salamoia salina o dei minerali.
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