Per decenni, la produzione di litio commerciale si basava su fonti di minerali come spodumene, petalite e lepidolite. Tuttavia, estrarre il litio da tali fonti è molto più costoso che estrarre il metallo dalle salamoie contenenti litio. In effetti, il costo dell'estrazione del litio da roccia dura è stimato essere il doppio di quello ottenuto dalla produzione di salamoia, spiegando perché la maggior parte di tali fonti sono state prezzate fuori dal mercato dall'inizio degli anni 2000.
Le salamoie salar possono essere descritte come serbatoi sotterranei che contengono alte concentrazioni di sali disciolti, come litio, potassio e sodio. Questi sono generalmente trovati sotto la superficie dei letti dei laghi secchi, noti come salari.
Il litio viene lavorato da salamoia, spodumene e argilla.
Elaborazione da Salamoia
Per estrarre il litio dalle salamoie, le acque ricche di sale devono prima essere pompate in superficie in una serie di bacini di evaporazione in cui l'evaporazione solare avviene per un certo numero di mesi. Poiché le salamoie saline si trovano naturalmente ad alta quota, e nelle zone a bassa piovosità, l'evaporazione solare è un metodo ideale ed economico per precipitare i sali.
Il potassio viene spesso raccolto dai primi stagni, mentre gli stagni successivi hanno concentrazioni di litio sempre più alte. Le saline economiche con sorgente al litio normalmente contengono ovunque da poche centinaia di parti per milione di litio fino a 7.000 ppm.
Quando il cloruro di litio negli stagni di evaporazione raggiunge una concentrazione ottimale, la soluzione viene pompata in un impianto di recupero in cui l'estrazione e il filtraggio rimuovono qualsiasi boro o magnesio indesiderato. Viene quindi trattato con carbonato di sodio (carbonato di sodio), facendo precipitare il carbonato di litio. Il carbonato di litio viene filtrato, essiccato e pronto per la consegna.
Le salamoie residue in eccesso vengono rimesse nel salar.
Il carbonato di litio è una polvere bianca stabile, che è un intermediario chiave nel mercato del litio perché può essere convertito in specifici sali e sostanze chimiche industriali o trasformato in metallo al litio.
Elaborazione da Spodumene
Contrariamente alle fonti di salamoia salina, l'estrazione di litio da spodumene e altri minerali richiede una vasta gamma di processi idrometallurgici.
Le Galaxy Resources, ad esempio le miniere di spodumene estratte in Australia, prima schiacciano e riscaldano il minerale in un forno rotante per calcinazione per convertire la fase del cristallo di litio da alfa a beta (un processo denominato decrepitazione ). Ciò consente al litio presente nel minerale di essere spostato dal sodio. Il concentrato di spodumene risultante viene raffreddato e macinato in polvere fine prima di essere miscelato con acido sulfonico e arrostito nuovamente. Un sistema di ispessimento-filtro separa quindi i rifiuti dal liquido concentrato, mentre la precipitazione rimuove magnesio e calcio da questa soluzione.
Infine, viene aggiunto il carbonato di sodio e il carbonato di litio viene cristallizzato, riscaldato, filtrato ed essiccato al 99% di carbonato di litio puro.
Elaborazione da argilla
Un'ampia varietà di approcci è possibile per estrarre il litio dalle argille.
La scelta dell'approccio da seguire dipende dalla natura della specifica materia prima considerata. Sebbene siano stati utilizzati molti processi di estrazione del litio, la maggior parte degli attuali processi sono stati sviluppati per le materie prime di pegmatite e potrebbero non essere completamente efficaci per estrarre il litio dal materiale di alimentazione di argilla. Gli studi del Bureau of Mines hanno studiato l'arrosto di gesso di calce e l'arrosto di cloruro per l'estrazione del litio da spodumene e ambligonite.
Le tecniche esplorate per estrarre il litio dalle argille includono la disaggregazione dell'acqua, il trattamento idrotermale, la lisciviazione acida, la lisciviazione acqua-acqua alcalina, la lisciviazione alcalinica dell'acqua, la lisciviazione del solfato, la lisciviazione dell'acqua di torrefazione del cloruro e la lisciviazione dell'acqua di torrezione multipla . Tuttavia, nonostante i test, l'argilla non ha ancora dimostrato di essere redditizia e non viene commercializzata.
Alla fine, estrarre il litio dalla salamoia è economico ma lento, lo spodumene è costoso ma veloce, e l'argilla non è ancora stata dimostrata commercialmente su larga scala. Sono state esaminate nuove tecnologie dirompenti di estrazione del litio (tra cui lisciviazione, estrazione con solvente, estrazione geotermica ed elettrolisi) ma i risultati sono troppo inconcludenti per essere utilizzati commercialmente.
Trasformando il litio in metallo
La conversione del litio in metallo avviene in una cella elettrolitica utilizzando il cloruro di litio.
Il cloruro viene miscelato con cloruro di potassio in un rapporto del 55 percento di cloruro di litio al 45 percento di cloruro di potassio al fine di produrre un elettrolito eutettico fuso. Il cloruro di potassio viene aggiunto per aumentare la conduttività del litio mentre si abbassa la temperatura di fusione.
Quando fuso ed elettrolizzato a circa 450 ° C, il gas di cloro viene liberato, mentre il litio fuso sale alla superficie dell'elettrolita, raccogliendo in contenitori di ghisa . Il litio puro prodotto viene avvolto in paraffina per prevenire l'ossidazione. Il rapporto di conversione tra carbonato di litio e metallo litio è di circa 5,3 a 1.
Produzione globale di litio
Sebbene il Cile e l'Australia siano le maggiori fonti di litio al mondo, anche Stati Uniti, Argentina e Cina sono anche i maggiori produttori. Il mercato del litio è fortemente dominato da quattro società: Sociedad Química y Minera de Chile (Cile), Talison (Australia), Chemetall (Germania) e FMC (Stati Uniti). Il carbonato di litio viene generalmente venduto su contratti da tre a cinque anni dai minatori ai raffinatori, compresi quelli sopra elencati, che producono e commercializzano prodotti chimici a valle e metallo al litio.
Nel 2017, la produzione mondiale (arrotondata) di litio (esclusa la produzione statunitense) ammontava a 43 mila tonnellate.