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世界のリチウム抽出の需要は日々増加しており、特に新しい家電用バッテリー技術や電気自動車でのリチウム使用の増加により、その勢いが増しています。 リチウム電池について聞いたことがあるかもしれませんが、リチウムがどこから来て、どのように生産されるのかを知りたいと思うかもしれません。 この記事では、より一般的なリチウム生産戦略のいくつかと、それらの比較について説明します。

リチウム抽出とは

リチウムは、優れた熱および電気伝導性を持つ、非常に反応性の高いアルカリ性金属です。 これらの特性から、ガラス、高温潤滑剤、化学薬品、医薬品、電気自動車や家電製品用のリチウムイオン電池の製造に特に有用です。 しかし、反応性が高いため、自然界には純粋な単体リチウムは存在せず、塩などの化合物の成分として存在している。 同様に、ほとんどの商業用リチウムは、他の塩や化学物質に容易に変換できる比較的安定した化合物である炭酸リチウムの形で入手できます。

リチウム塩は、塩水、鉱石、粘土の地下堆積物、および海水や地熱井の塩水/水中に存在します。 定義によれば、リチウム抽出は、試料からリチウムを分離し、販売可能なリチウムの形態、一般的には炭酸リチウムのような安定しかつ容易に変換できる化合物に変換する一連の化学プロセスである。 ほとんどのリチウム抽出プロセスでは、リチウムを豊富に含む鉱物または塩水の地下鉱床に到達するために、何らかの形で採掘が行われます。

リチウムは陸と海の両方でかなり豊富にありますが、経済的に実行可能と考えられるのはごく少数の供給源だけです。

リチウム抽出の仕組み

商業用リチウムは、地下鹹水鉱床と鉱物鉱床という2つの主要な供給源から生まれます。

従来のリチウム塩水抽出

今日の圧倒的な量のリチウムは、南アメリカ南西部と中国に多く存在するサラと呼ばれる塩田下にある液体塩水貯蔵庫から抽出されています。 リチウムが豊富な他のかん水資源には、以下に述べる地熱や油田のかん水があります。

リチウムかん水の回収は一般的に簡単ですが、完了までに数か月から数年かかることもある、長いプロセスです。 地下の塩水鉱床にアクセスするために掘削が必要とされ、塩水はその後地表にポンプで送られ、蒸発池に分配される。 かん水は、太陽熱による蒸発で液体水分がほとんどなくなるまで、数カ月から数年の間、蒸発池に留まる。 塩水は非常に濃縮されており、リチウムのほか、カリウムやナトリウムも含まれているのが一般的です。 施設は通常、さまざまな年代の複数の大型蒸発池を運営しており、リチウム含有量がさらなる処理に最適な濃度に達するのを待つ間に、若い池から他の金属（カリウムなど）を抽出することもあります。 場合によっては、蒸発プロセスを加速するために、逆浸透（RO）を使用してリチウム塩水を濃縮します。

蒸発池の塩水が理想的なリチウム濃度に達すると、塩水はリチウム回収施設にポンプ搬送されて抽出されます。 このプロセスはブライン場の組成によって異なりますが、通常、以下のステップを伴います：

• 前処理。 このステップは通常、ブラインから汚染物質または不要な成分を除去するために、ろ過および/またはイオン交換（IX）精製を用いる。 次に、一連の化学溶媒および試薬を適用し、沈殿によって望ましい製品および副産物を分離することができる。 次に、ブラインをろ過して、沈殿した固体を分離する。 ブラインを最終的に炭酸ナトリウムなどの試薬で処理して炭酸リチウムを生成し、その生成物を濾過・乾燥させて販売する。 所望の製品に応じて、水酸化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ブチルリチウムなど、一般に販売されている他の形態のリチウムを製造するために異なる試薬を適用してもよい。

リチウム抽出プロセスが完了すると、残りのブライン溶液は地下貯留層に返される。

硬質岩石/スポジュメンリチウム抽出

世界のリチウム生産量に占める割合は比較的小さいものの、鉱床からは年間20トン近くのリチウムが産出されます。 100種類以上の鉱物がリチウムを含んでいるが、リチウム生産のために積極的に採掘されているのは5種類だけである。 これらの鉱物には、圧倒的に多いスポジュメンをはじめ、レピドライト、ペタライト、アンブリゴナイト、ユークリプタイトなどがあります。

鉱物鉱床は塩水よりもリチウム含有量が豊富なことが多いですが、硬岩層から採掘しなければならないので、アクセスにコストがかかります。

鉱石からリチウムを回収するプロセスは、問題となっている特定の鉱床によって異なる場合があります。 一般的には、地球から鉱物を取り出し、それを加熱して粉砕する工程が必要です。 粉砕された鉱物の粉末は硫酸のような化学反応物と結合され、スラリーは加熱され、ろ過され、蒸発プロセスによって濃縮されて販売可能な炭酸リチウムとなり、得られた廃水は再利用または廃棄のために処理される。 これらの他のリチウム源は、

• ヘクトライト粘土を含みます。 酸、アルカリ、塩化物、硫酸塩浸出、水解離、水熱処理など、効果的な粘土処理技術の開発に広範な研究開発が投資されてきた。 現在までのところ、これらの技術のうち、粘土からリチウムを抽出するために経済的に実行可能であることが証明されたものはない。 海には何千億トンものリチウムが存在すると推定されており、将来のリチウム需要を満たすための魅力的な資源となっている。 共沈抽出プロセスやIX-吸着ハイブリッドプロセスなどの既存のプロセスが海水からリチウムを抽出することに成功しているが、新しい膜技術は海水抽出のコストを下げるために大きな可能性を示している。 世界的なリチウム需要の増加と新技術の出現により、地熱ブラインからリチウムを回収する取り組みが盛んになってきている。 使用されるプロセスは、ブラインの流れの内容に基づいて適応されるかもしれないが、従来のブライン抽出に従います
• 油田ブラインの回収。 油田かん水に含まれるリチウムの回収は、技術的には従来のかん水抽出の一形態であり、かん水の供給元が異なる。 リチウム電池のリサイクルは、本当に抽出の定義を満たしていませんが、需要が増加するにつれて、リチウムイオン電池のリサイクルはますます貴重な金属源になるでしょう。

これらの各々は潜在的に貴重なリチウム源を提起しますが、それらから塩水を抽出する技術は、コスト効率の良い、塩水鹹水採掘または鉱物鉱採掘の代替になるほどまだ開発されていないのです。

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サムコは40年以上にわたり、適切なブラインおよび水処理ソリューションを特定して、リチウムの生産収率を上げながらコストと廃棄物の量を削減するお手伝いをしてきました。 詳細やお問い合わせは、こちらからご連絡ください。エンジニアとのコンサルテーションを設定したり、見積もりを依頼したりできます。 リチウム処理とシステムのニーズに対して適切なソリューションと現実的なコストを開発するための手順をご案内します。

リチウム生産施設によく適用されるサムコの革新技術の詳細については、ブラインおよびリチウムの回収、軟化、精製のページをご覧ください。

リチウムの回収についてさらに詳しく知りたい方は、以下のブログ記事もご覧ください：

• 地熱かん水または粉砕鉱からリチウムを抽出するコストはいくらですか？
• 地熱かん水やその他の生産水からリチウムを抽出するためのベスト企業
• 海水からリチウムを抽出することは可能か?
• 地熱ブラインからリチウムを回収する最善の方法は？
• ブラインからのリチウム濃度と回収率を高めるには？
• リチウム回収のためのブライン採掘はどのように行われるか？