Pendant des décennies, la production commerciale de lithium reposait sur des sources de minerai telles que le spodumène, la pétalite et la lépidolite. Cependant, extraire le lithium de ces sources est beaucoup plus coûteux que d'extraire le métal des saumures contenant du lithium. En fait, le coût de l'extraction du lithium à partir de roche dure est estimé à deux fois celui de la production de saumure, ce qui explique pourquoi la plupart de ces sources ont été retirées du marché depuis le début des années 2000.
Les saumures salées peuvent être décrites comme des réservoirs souterrains qui contiennent des concentrations élevées de sels dissous, tels que le lithium, le potassium et le sodium. Ceux-ci sont généralement trouvés au-dessous de la surface des lits de lac séchés, connus sous le nom de salars.
Le lithium est traité à partir de saumure, de spodumène et d'argile.
Traitement de la saumure
Afin d'extraire le lithium des saumures, les eaux riches en sel doivent d'abord être pompées à la surface dans une série de bassins d'évaporation où l'évaporation solaire se produit sur plusieurs mois. Parce que les saumures salées se trouvent naturellement à haute altitude - et dans les zones de faibles précipitations - l'évaporation solaire est une méthode idéale et rentable pour précipiter les sels.
Le potassium est souvent récolté pour la première fois dans les premiers étangs, alors que les étangs tardifs ont des concentrations de plus en plus élevées de lithium. Les saumures économiques à base de lithium contiennent normalement de quelques centaines de parties par million de lithium à plus de 7 000 ppm.
Lorsque le chlorure de lithium dans les bassins d'évaporation atteint une concentration optimale, la solution est pompée vers une usine de récupération où l'extraction et la filtration éliminent tout bore ou magnésium indésirable. Il est ensuite traité avec du carbonate de sodium (carbonate de sodium), précipitant ainsi le carbonate de lithium. Le carbonate de lithium est filtré, séché et prêt pour l'administration.
Les saumures résiduelles en excès sont réinjectées dans le salar.
Le carbonate de lithium est une poudre blanche stable, qui est un intermédiaire clé sur le marché du lithium car il peut être converti en sels industriels et en produits chimiques spécifiques, ou transformé en lithium métal.
Traitement à partir de spodumène
Contrairement aux sources de saumure salar, l'extraction du lithium à partir de spodumène et d'autres minéraux nécessite un large éventail de processus hydrométallurgiques.
Galaxy Resources, qui extrait du spodumène exploité en Australie, par exemple, écrase et chauffe d'abord le minerai dans un four rotatif de calcination afin de convertir la phase de cristal de lithium d'alpha en bêta (un processus appelé décrépitation ). Cela permet au lithium présent dans le minerai d'être déplacé par le sodium. Le concentré de spodumène résultant est refroidi et broyé en une poudre fine avant d'être mélangé avec de l'acide sulfonique et de nouveau grillé. Un système épaississeur-filtre sépare alors les déchets de la liqueur concentrée, tandis que la précipitation élimine le magnésium et le calcium de cette solution.
Finalement, du carbonate de sodium est ajouté et du carbonate de lithium est cristallisé, chauffé, filtré et séché sous forme de carbonate de lithium pur à 99%.
Traitement de l'argile
Une grande variété d'approches est possible pour extraire le lithium des argiles.
Le choix de l'approche à suivre dépend de la nature de la matière première spécifique considérée. Bien que de nombreux procédés d'extraction au lithium aient été utilisés, la plupart des procédés actuels ont été développés pour les matières premières de pegmatite et peuvent ne pas être complètement efficaces pour extraire le lithium des matières d'alimentation en argile. Les études du Bureau of Mines ont étudié le rôti de chaux-gypse et le rôti de chlorure pour l'extraction du lithium du spodumène et de l'amblygonite.
La désagrégation de l'eau, le traitement hydrothermique, la lixiviation acide, la lixiviation acide, la lixiviation alcaline, la lixiviation de l'eau, la lixiviation au sulfate, la lixiviation de l'eau, la lixiviation de l'eau et la lixiviation de plusieurs réactifs. . Cependant, malgré les tests, l'argile n'est pas encore rentable et n'est pas commercialisée.
En fin de compte, extraire le lithium de la saumure est bon marché mais lent, le spodumène est cher mais rapide, et l'argile n'est pas encore commercialement prouvée à l'échelle. Il y a de nouvelles technologies perturbatrices d'extraction du lithium qui sont examinées (y compris la lixiviation, l'extraction par solvant, l'extraction géothermique et l'électrolyse), mais les résultats sont trop peu concluants pour être utilisés commercialement.
Transformer le lithium en métal
La conversion du lithium en métal se fait dans une cellule électrolytique en utilisant du chlorure de lithium.
Le chlorure est mélangé avec du chlorure de potassium dans un rapport de 55 pour cent de chlorure de lithium à 45 pour cent de chlorure de potassium afin de produire un électrolyte eutectique fondu. Du chlorure de potassium est ajouté pour augmenter la conductivité du lithium tout en abaissant la température de fusion.
Lorsqu'il est fondu et électrolysé à environ 450 ° C, le chlore gazeux est libéré, tandis que le lithium fondu s'élève à la surface de l'électrolyte, recueillant dans des enceintes en fonte . Le lithium pur produit est enveloppé dans de la cire de paraffine pour éviter l'oxydation. Le taux de conversion du carbonate de lithium en lithium métal est d'environ 5,3 à 1.
Production mondiale de lithium
Bien que le Chili et l'Australie soient les plus grandes sources de lithium au monde, les États-Unis, l'Argentine et la Chine sont aussi de grands producteurs. Le marché du lithium est largement dominé par quatre sociétés: Sociedad Química et Minera de Chile (Chili), Talison (Australie), Chemetall (Allemagne) et FMC (États-Unis). Le carbonate de lithium est généralement vendu au moyen de contrats de trois à cinq ans entre des mineurs et des raffineurs, y compris ceux énumérés ci-dessus, qui produisent et commercialisent des produits chimiques en aval et du lithium métal.
En 2017, la production mondiale (arrondie) de lithium (hors production américaine) s'est élevée à 43 000 tonnes.