I årtionden litar kommersiell litiumproduktion på mineralmalmskällor som spodumene, petalit och lepidolit. Utvinning av litium från sådana källor är dock betydligt dyrare än att extrahera metallen från litiumhaltiga saltlösningar. Faktum är att kostnaden för att extrahera litium från hårdrock uppskattas vara dubbelt så mycket som att producera från saltlake och förklarar varför de flesta sådana källor har prissatt från marknaden sedan början av 2000-talet.
Salar-brines kan beskrivas som underjordiska reservoarer som innehåller höga koncentrationer av upplösta salter, såsom litium, kalium och natrium. Dessa finns generellt under ytan av torkade lakebeds, kända som salrar.
Litium bearbetas från saltlösning, spodumen och lera.
Bearbetning från saltlösning
För att extrahera litium från saltlake måste det saltrika vattnet först pumpas till ytan i en serie av evaporationsdammar där solavdunstning sker över ett antal månader. Eftersom salarbrinerna naturligt förekommer vid höga höjder - och i områden med låga nedfall är solavdunstning en idealisk och kostnadseffektiv metod för utfällning av salter.
Kalium är ofta först skördat från tidiga dammar, medan senare dammar har allt högre halt av litium. Ekonomiska litiumkällor innehåller normalt någonstans från några hundra delar per miljon litium till upp till 7000 ppm.
När litiumkloriden i förångningsdammarna når en optimal koncentration pumpas lösningen till en återvinningsanläggning där extraktion och filtrering tar bort oönskade bor eller magnesium . Den behandlas sedan med natriumkarbonat (soda) och därmed utfäller litiumkarbonat. Litiumkarbonatet filtreras, torkas och är klart för tillförsel.
Överflödiga kvarvarande bränslen pumpas tillbaka in i salongen.
Litiumkarbonat är ett stabilt vitt pulver, som är en viktig förmedlare på litiummarknaden eftersom den kan omvandlas till specifika industrisalter och kemikalier eller bearbetas till litiummetall.
Bearbetning från Spodumene
I motsats till salar saltlake källor kräver extraktion av litium från spodumen och andra mineraler ett brett spektrum av hydrometallurgiska processer.
Galax Resources, som till exempel mines spodumene bryts i Australien, först förstör och värmer malmen i en roterande kalcineringsugn för att omvandla litiumkristallfasen från alfa till beta (en process som kallas minskning ). Detta medger att litium närvarande i malmen förskjuts av natrium. Det resulterande spodumenkoncentratet kyles och males i ett fint pulver innan det blandas med sulpherinsyra och rostas igen. Ett förtjockningsfilterfilter separerar sedan avfall från den koncentrerade vätskan, medan utfällning avlägsnar magnesium och kalcium från denna lösning.
Slutligen tillsättes sodaaska och litiumkarbonat kristalliseras, upphettas, filtreras och torkas som 99 procent rent litiumkarbonat.
Bearbetning från lera
Ett brett utbud av metoder är möjliga för extraktion av litium från leror.
Valet av vilket tillvägagångssätt som ska följa beror på vilken typ av specifikt råmaterial som övervägs. Även om många litiumxtraktionsprocesser har använts har de flesta av de aktuella processerna utvecklats för pegmatitråmaterial och kan inte vara fullständigt effektiva för att extrahera litium från lerafodermaterial. Bureau of Mines-studier har undersökt lime-gipsbröd och kloridbröd för litium-extraktion från spodumen och amblygonit.
Tekniker som undersöks för att extrahera litium från leror innefattar vattenuppdelning, hydrotermisk behandling, surlakkning, utlakning av sura bakvatten, alkalisk utrensning av rostvattendragning, utlakning av sulfat rostningsvatten, klorvattenberedning av utspädning och multipelreagens utspädning av rostvatten . Trots testet har leran ännu inte visat sig vara kostnadseffektiv och görs inte kommersiellt.
I slutändan är extraktion av litium från saltlösning billigt men långsamt, spodumene är dyra men snabba, och lera är ännu inte kommersiellt beprövad i skala. Det finns störande nya litiumuttagstekniker som ses (inklusive utlakning, lösningsmedelsutvinning, geotermisk extraktion och elektrolys) men resultaten är för otillräckliga för att användas kommersiellt.
Vridning av litium i metall
Omvandling av litium till metall görs i en elektrolytisk cell med användning av litiumklorid.
Kloriden blandas med kaliumklorid i ett förhållande av 55 procent litiumklorid till 45 procent kaliumklorid för att producera en smält eutektisk elektrolyt. Kaliumklorid tillsättes för att öka litiumens konduktivitet samtidigt som fusionstemperaturen sänks.
När det smälts och elektrolyseras vid ca 450 ° C befrias klorgas, medan smält litium stiger till elektrolytens yta och samlar i gjutjärnskåpan . Det rena litiumproduktet är inslaget i paraffinvax för att förhindra oxidation. Omvandlingsförhållandet litiumkarbonat till litiummetall är ca 5,3 till 1.
Global litiumproduktion
Även om Chile och Australien är världens största litiumkällor, är USA, Argentina och Kina också stora producenter. Marknaden för litium domineras starkt av fyra företag: Sociedad Química y Minera de Chile (Chile), Talison (Australien), Chemetall (Tyskland) och FMC (USA). Litiumkarbonat säljs vanligtvis på tre till fem årskontrakt från gruvarbetare till raffinerare, inklusive de som anges ovan, som producerar och marknadsför nedströms kemikalier och litiummetall.
År 2017 uppgick den (avrundade) världsproduktionen av litium (exklusive USA-produktion) till 43 tusen ton.