Världens efterfrågan på litiumutvinning ökar varje dag och drivs framför allt av en ökad användning av litium i ny batteriteknik för konsumentelektronik och elbilar. Även om du förmodligen har hört talas om litiumbatterier vill du kanske ändå veta var allt litium kommer ifrån och hur det produceras. I så fall kanske du frågar dig ”vad är litiumutvinning och hur fungerar det?”
Litiumutvinning och -bearbetning kan vara starkt beroende av metallens källa, så i den här artikeln tar vi en titt på några av de mer typiska litiumproduktionsstrategierna och hur de förhåller sig till varandra.
Vad är litiumutvinning?
Litium är en mycket reaktiv alkalimetall som erbjuder utmärkt värme- och elektrisk ledningsförmåga. Dessa egenskaper gör den särskilt användbar för tillverkning av glas, smörjmedel för höga temperaturer, kemikalier, läkemedel och litiumjonbatterier för elbilar och konsumentelektronik. På grund av dess höga reaktivitet finns ren elementär litium dock inte i naturen utan förekommer i stället som en beståndsdel av salter eller andra föreningar. På samma sätt finns det mesta kommersiella litium tillgängligt i form av litiumkarbonat, som är en jämförelsevis stabil förening som lätt kan omvandlas till andra salter eller kemikalier.
Litumsalter finns i underjordiska fyndigheter av saltlake, mineralmalm och lera samt i havsvatten och saltlake/vatten från geotermiska brunnar. Per definition är litiumutvinning en uppsättning kemiska processer där litium isoleras från ett prov och omvandlas till en säljbar form av litium, i allmänhet en stabil men lätt omvandlingsbar förening som t.ex. litiumkarbonat. De flesta litiumutvinningsprocesser innebär någon form av gruvdrift för att nå underjordiska fyndigheter av litiumrika mineraler eller saltlake.
Men även om litium är ganska rikligt förekommande både på land och i havet är det bara ett fåtal källor som anses vara ekonomiskt lönsamma. Detta förväntas förändras under de kommande åren i takt med att ny teknik gör utvinningen från alternativa litiumkällor mer kostnadskonkurrenskraftig.
Hur fungerar utvinningen av litium?
Kommersiellt litium kommer från två huvudkällor: underjordiska saltlakefyndigheter och mineraliska malmfyndigheter. Metoderna för utvinning och bearbetning av litium varierar beroende på källmaterialet och omfattar följande:
Konventionell utvinning av litiumsaltvatten
En överväldigande mängd av dagens litium utvinns från flytande saltvattenreservoarer som ligger under saltplattor, s.k. salar, som till största delen finns i sydvästra Sydamerika och Kina. Andra litiumrika saltvattenresurser är bland annat geotermiska saltvatten och saltvatten från oljefält, som behandlas nedan.
Utvinning av litiumsaltvatten är vanligtvis en okomplicerad men långdragen process som kan ta allt från flera månader till ett par år att genomföra. Det krävs borrning för att komma åt de underjordiska salarsolavlagringarna, och saltvattnet pumpas sedan upp till ytan och distribueras till avdunstningsdammar. Solen förblir i förångningsbassängen under flera månader eller år tills det mesta av det flytande vatteninnehållet har avlägsnats genom solavdunstning. Salarsalter är mycket koncentrerade och innehåller förutom litium vanligtvis även kalium och natrium. Anläggningarna driver vanligtvis flera stora avdunstningsdammar av olika ålder och kan utvinna andra metaller (t.ex. kalium) från yngre dammar i väntan på att litiuminnehållet ska nå en koncentration som är optimal för vidare bearbetning. I vissa fall används omvänd osmos (RO) för att koncentrera litiumsolen för att påskynda avdunstningsprocessen.
När oljan i en avdunstningsdamm har nått en idealisk litiumkoncentration pumpas oljan till en anläggning för återvinning av litium för utvinning. Denna process varierar beroende på saltvattenfältets sammansättning, men omfattar vanligtvis följande steg:
- Förbehandling. I detta steg används vanligtvis filtrering och/eller jonbytesrening (IX) för att avlägsna eventuella föroreningar eller oönskade beståndsdelar från saltvattnet.
- Kemisk behandling. Därefter kan en serie kemiska lösningsmedel och reagenser användas för att isolera önskvärda produkter och biprodukter genom utfällning.
- Filtrering. Solen filtreras sedan för att avskilja utfällda fasta ämnen.
- Försäljningsbar litiumproduktion. Solen behandlas slutligen med en reagens, t.ex. natriumkarbonat, för att bilda litiumkarbonat, och produkten filtreras och torkas sedan för försäljning. Beroende på önskad produkt kan olika reagenser användas för att producera andra vanliga säljbara former av litium, t.ex. litiumhydroxid, litiumklorid, litiumbromid och butyllitium.
När litiumutvinningen är avslutad återförs den återstående saltlösningen till den underjordiska reservoaren.
Hård bergart / spodumen litiumutvinning
Men även om de mineraliska malmfyndigheterna står för en relativt liten del av världens litiumproduktion, ger de nästan 20 ton litium per år. Långt över 100 olika mineraler innehåller någon mängd litium, men endast fem bryts aktivt för litiumproduktion. Dessa inkluderar spodumen, som är den överlägset vanligaste, samt lepidolit, petalit, amblygonit och eukryptit.
Mineralmalmsfyndigheter är ofta rikare på litium än saltvatten, men de är dyra att få tillgång till eftersom de måste brytas ur hårda bergsformationer. På grund av den extra energiförbrukning, de kemikalier och material som krävs för att utvinna litium ur mineralmalm kan processen kosta dubbelt så mycket som saltvattenutvinning, en faktor som har bidragit till dess mindre marknadsandel.
Processen för att utvinna litium ur malm kan variera beroende på den specifika mineralfyndigheten i fråga. I allmänhet innebär processen att man tar bort mineralmaterialet från jorden och sedan värmer och pulveriserar det. Det krossade mineralpulvret kombineras med kemiska reaktanter, t.ex. svavelsyra, varefter slammet värms upp, filtreras och koncentreras genom en avdunstningsprocess för att bilda säljbart litiumkarbonat, medan det resulterande avloppsvattnet behandlas för återanvändning eller bortskaffande.
Andra processer för utvinning av litium
Bortsett från saltlake och mineralmalm kan litium produceras från ett fåtal andra källor, även om en sådan produktion inte är utbredd i dagsläget. Dessa andra litiumkällor är bland annat:
- Hectoritlera. Omfattande forskning och utveckling har investerats i att utveckla effektiva tekniker för bearbetning av lera, inklusive sur, alkalisk, klorid- och sulfatutlakning samt vattendisaggregering och hydrotermisk behandling. Hittills har ingen av dessa tekniker visat sig vara ekonomiskt lönsam för att utvinna litium ur lera.
- Havsvatten. Hundratals miljarder ton litium beräknas finnas i våra hav, vilket gör dem till en attraktiv källa för att tillgodose den framtida efterfrågan på litium. Medan befintliga processer – inklusive en extraktionsprocess med samutfällning och en hybrid IX-sorptionsprocess – har lyckats extrahera litium från havsvatten, är nyare membranteknik mer lovande när det gäller att sänka kostnaderna för utvinning av havsvatten.
- Återvunna saltlakevatten från energianläggningar. Ansträngningar för att utvinna litium ur geotermiska saltlake blir allt populärare i takt med att den globala efterfrågan på litium ökar och nya tekniker växer fram. De processer som används följer konventionell saltvattenutvinning, även om de kan anpassas beroende på innehållet i saltvattenströmmen.
- Återvunnen saltvatten från oljefält. Återvinning av litium från saltvatten från oljefält är tekniskt sett bara en annan form av konventionell saltvattenutvinning, med skillnaden att källan till saltvattnet.
- Återvunnen elektronik. Återvinning av litiumbatterier uppfyller inte riktigt definitionen av utvinning, men i takt med att efterfrågan ökar kommer återvinning av litiumjonbatterier att bli en alltmer värdefull källa till metallen.
Vidare var och en av dessa utgör en potentiellt värdefull källa till litium, men tekniken för att utvinna brine från dem är ännu inte tillräckligt utvecklad för att göra dem kostnadseffektiva eller livskraftiga alternativ till saltsaltsbrineutvinning eller mineralmalmsutvinning.
Kan SAMCO hjälpa till?
SAMCO har över 40 års erfarenhet av att identifiera lämpliga lösningar för behandling av saltlake och vatten för att bidra till att sänka kostnader och avfallsvolymer och samtidigt öka avkastningen av litiumproduktion. För mer information eller för att komma i kontakt, kontakta oss här för att boka ett samråd med en ingenjör eller begära en offert. Vi kan gå igenom stegen för att utveckla rätt lösning och realistisk kostnad för din litiumbearbetning och dina systembehov.
För att lära dig mer om SAMCO:s innovativa tekniker som vi vanligen tillämpar för litiumproduktionsanläggningar, besök vår sida om återvinning, mjukgörande och rening av saltvatten och litium.
För att lära dig mer om litiumåtervinning kan du läsa dessa andra bloggartiklar som kan intressera dig:
- Hur mycket kostar det att utvinna litium från geotermisk brine eller krossad malm?
- Bästa företag för att utvinna litium från geotermisk brine och andra producerade vattenströmmar
- Är det möjligt att utvinna litium från havsvatten?
- Vad är det bästa sättet att återvinna litium från geotermisk brine?
- Hur ökar man litiumkoncentrationen och återvinningen från brineströmmar?
- Hur används brine mining för litiumåtervinning?