Der Lithium-Abbauprozess: Von der Gewinnung bis zur Produktherstellung

Die Entwicklung neuer Verfahren zum Abbau von Lithium ist notwendig, um den Bedarf an wiederaufladbaren Batterien für Elektrofahrzeuge (EVs) zu decken, die zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen, ganz zu schweigen von dem Lithium, das in allen wiederaufladbaren Batterien für Mobiltelefone, Laptops und andere digitale Geräte verwendet wird. Allerdings gibt es beim Abbau von Lithium einen ökologischen Kompromiss. Die traditionell verwendeten Abbauverfahren, um Lithium aus anderen Mineralien oder unterirdischen Wasserquellen zu gewinnen, können erhebliche Umweltschäden verursachen.

Da die Nachfrage nach Lithium in den kommenden Jahrzehnten aufgrund der zunehmenden Nutzung von Elektrofahrzeugen im Verkehrssektor um das Zehnfache oder mehr steigen wird, ist es für Bergbauunternehmen wichtig, nach innovativeren Fördermethoden zu suchen. Obwohl Lithium weltweit in großen Mengen vorkommt, erfordern die traditionellen Förderverfahren enorme Mengen an Wasser und oft einen erheblichen Aushub. Der Abbau von Lithium kann häufig Gemeinden in dürregefährdeten Gebieten gefährden und empfindliche Ökosysteme stören. Aufgrund dieser Herausforderungen sind Unternehmen in den Vereinigten Staaten und weltweit ständig auf der Suche nach verbesserten Methoden zur Gewinnung der Mineralien, um Schäden für die Gemeinden und ihre lokale Umwelt zu vermeiden.

Herkömmliche und innovative Verfahren zur Lithiumgewinnung

Es gibt zwei Hauptmethoden für den Abbau von Lithium. Die gängigste Methode ist die Gewinnung von Lithium aus Salzlake, die in unterirdischen Lagerstätten enthalten ist. Die zweitgängigste Methode zur Gewinnung von Lithium ähnelt einem Bergbauverfahren, das zur Gewinnung anderer Mineralien verwendet wird. Ein drittes Verfahren zum Abbau von Lithium, das zunehmend Beachtung findet, ist die direkte Gewinnung aus Salzwasser. Darüber hinaus forschen die Produzenten weiter an anderen Verfahren zum Abbau von Lithium, um genügend Lithium zu produzieren, damit die modernen Industrien, die dieses Mineral verwenden, nicht in einen Engpass geraten.

Herkömmliche Lithium-Sole-Extraktion

Bei den meisten handelsüblichen Lithiumprodukten erfolgt die Gewinnung aus unterirdischen Salzseen.DiesesogenanntenSalarewerden im Wesentlichen so verarbeitet, wie Natriumsalze aus Salzwasser gewonnen werden. Die meisten dieser Salare befinden sich in den Höhenlagen der Anden, wo die Grenzen Argentiniens, Chiles und Boliviens sowie Chinas aufeinander treffen.

Diese Methode zur Gewinnung von Lithium aus Sole ist einfach, aber zeitaufwendig. Dabei wird die salzhaltige Sole an die Oberfläche in Verdunstungsteiche gepumpt, wo das Wasser über viele Monate oder sogar Jahre verdunstet, bis nur noch die Salze übrig bleiben, die hohe Konzentrationen an Lithium enthalten. Bei Bergbauverfahren, die diesen Verdunstungsprozess nutzen, wird der Sole Kalkhydrat, auch bekannt alsCalciumhydroxid, zugesetzt, um die Entfernung von Elementen wie Calciumbor und Magnesiumhydroxidsalzen zu beschleunigen, die für Lithiumproduzenten nicht von Nutzen sind.

Sobald die Lithiumkonzentrationen einen bestimmten Punkt erreichen, erfolgt die Lithiumproduktion in folgenden Schritten:

• Die Sole wird in die Rückgewinnungsanlage gepumpt.
• Die Sole wird raffiniert, um unerwünschte Elemente und Verunreinigungen zu entfernen.
• Raffinierte Sole wird mit Chemikalien behandelt, um die gewünschten Mineralien und Nebenprodukte zu extrahieren.
• Gefiltert, um unerwünschte Feststoffrückstände zu entfernen.
• Mit Natriumcarbonat, auch bekannt als Soda, behandelt, um Lithiumcarbonat zu entfernen.
• Das Lithiumcarbonat wird anschließend gewaschen und getrocknet, um das Endprodukt zu erhalten.

Dieser Lithiumabbauprozess verbraucht in der Regel auch große Mengen an Frischwasser. Dieses Wasser wird größtenteils aus Grundwasserleitern, Flüssen, Brunnen oder anderen Wasserquellen gewonnen, die für Trinkwasser oder Bewässerung genutzt werden. Da die höchsten Konzentrationen an Lithiumvorkommen aus Salzlaugenreservoirs in trockenen Gebieten zu finden sind, bedeutet dies weniger Trinkwasser für die umliegenden Gemeinden.

Hard Rock Lithium-Abbauverfahren 

Wie bei anderen Mineralien auch kann der Abbau von Lithium mit der Bewegung großer Mengen an Gestein, Erde und Schmutz verbunden sein. Dies kann sowohl die Tier- als auch die Pflanzenwelt in der Umgebung beeinträchtigen. Dieser Lithiumabbauprozess ist zudem energieintensiver und komplexer als die Gewinnung des Metalls aus Sole. Obwohl mehr als 145 Mineralien Lithium enthalten, werden nur fünf davon zur kommerziellen Gewinnung von Lithium verwendet. Bei solchen Abbauverfahren wird nach Konzentrationen von Spodumen, Petalit, Lepidolith, Eukryptit und Amblygonit gesucht, aus denen Lithium gewonnen werden kann. Das häufigste dieser Mineralien ist Spodumen, das vor allem in Australien abgebaut wird, während Brasilien, China, Portugal und das südliche Afrika in geringerem Umfang Lithium abbauen. Darüber hinaus wird bis 2025 in Finnland und Nordamerika mit dem Abbau von Lithium aus Hartgestein begonnen werden.

Der Abbau von Lithium aus Hartgestein erfolgt in folgenden Schritten: 

• Nachdem das Erz abgebaut wurde, wird es zerkleinert.
• Das zerkleinerte Mineral wird dann bei 2012 °F (1100 °C) in trockener Hitze gebrannt.
• Sobald es auf 65 °C (140 °F) abgekühlt ist, wird es erneut gemahlen und bei 250 °C (482 °F) gekocht, dann in einem als Säureauslaugung bezeichneten Verfahren mit Schwefelsäure behandelt.
• Während der Säureauslaugung ersetzen Lithiumionen den Wasserstoff in der Schwefelsäure und bilden Lithiumsulfat sowie unlösliche Rückstände.
• Wie bei der Lithiumgewinnung aus Sole wird Kalk hinzugefügt, um das Magnesium zu entfernen.  
• Anschließend wird Natriumcarbonat verwendet, um Lithiumcarbonat herauszufiltern und eine gereinigte Lösung herzustellen.

Während des Säureauslaugungsprozesses kann manchmal eine Kalkschlämme verwendet werden, um den pH-Wert anzupassen und überschüssige Säure zu neutralisieren.

Andere potenzielle Lithiumgewinnungsverfahren und -quellen

Obwohl beide oben genannten herkömmlichen Lithiumgewinnungsverfahren überall dort, wo sie zum Einsatz kommen, Umwelt- und Wasserprobleme verursachen, können Bergbauunternehmen diese durch neue technologische Fortschritte mindern. Darüber hinaus nutzt ein neues Lithiumgewinnungsverfahren eine Technik zur direkten Extraktion des Metalls und benötigt nur sehr wenig Wasser. Andere Verfahren nutzen geothermische Energie oder wiederverwendbare Kügelchen, um das gelöste Metall aus Salzlaugenreservoirs zu extrahieren.

In den Vereinigten Staaten stammt die einzige Lithiumproduktion, die auf kommerzieller Ebene betrieben wird, aus einem Betrieb in Nevada, der das in Salzlaugenreservoirs gelöste Metall gewinnt. Darüber hinaus beherbergt Ohio eine der größtenLithiumbatterie-RecyclinganlagenNordamerikas, deren Erweiterung derzeit geplant ist. Der Druck, die Lithiumproduktion in den USA zu steigern, wächst weiter, insbesondere nachdem die Pandemie im Jahr 2020 die Auswirkungen vonUnterbrechungen in den Lieferketten deutlich gemacht hat. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass die Verarbeitung von Lithium aus heimischem Abbau zu einer Priorität werden wird.

Direkte Lithiumgewinnung

Bei diesem Verfahren wird Lithium aus Salzwasserquellen mithilfe eines Materials oder einer Perle, das bzw. die den Ionenaustausch unterstützt, absorbiert und anschließend mit Salzsäure gewaschen. Bei der direkten Lithiumgewinnung entsteht eine verdünnte Lösung, die Lithiumchlorid sowie Verunreinigungen enthält. Dieses Verfahren eignet sich gut für Gebiete, in denen Verdunstungsteiche nicht geeignet sind. Dieses Verfahren zur Lithiumgewinnung bietet Möglichkeiten in Gebieten, in denen es geothermische Salzseen gibt, wie beispielsweise am Salton Sea in Kalifornien, und in Texas, wo Wasser für das Fracking von Schiefergas verwendet wird. Zur Entfernung von Verunreinigungen werden derzeit verschiedene Methoden geprüft. Dazu gehören die Säureauslaugung mit Salz- und Schwefelsäure sowie die Verwendung von Kalziumkarbonat zur Neutralisierung der Abfälle, bevor das Wasser wieder in die Umwelt zurückgeleitet wird.

Geothermische Soleförderung

Die Gewinnungdes Metallsmithilfe von Erdwärmeist ein Lithium-Abbauverfahren, das sich kurz vor der kommerziellen Entwicklungsphase befindet. Diese Technik hat außerdem den einzigartigen Nebeneffekt, dass dabei Strom erzeugt wird. Sie ähnelt stark der gängigsten Methode zur Lithiumgewinnung aus Salzseen, allerdings wird hier heißes Salzwasser, auch bekannt als geothermische Sole, verwendet. Kurz gesagt wird diese natürlich erhitzte Sole an die Oberfläche gepumpt, wo sie durch den Antrieb einer Turbine Strom erzeugt.

Vorteile dieser geothermischen Lithiumabbau sind unter anderem: 

• Umweltfreundliche Energieerzeugung
• Nahezu kohlenstofffreie Gewinnungsmethode.
• Unabhängig vom Wetter
• Geringer Platzbedarf

Derzeit nutzen Energieunternehmen überhitzte unterirdische Salzseen amSalton Seain Kalifornien zur Stromerzeugung. Diese Salzlake wird aus Tausenden von Metern Tiefe gepumpt, um unter Druck stehendes Wasser mit Temperaturen um 500 °F (260 °C) durch Rohre zu leiten, bis es seinen Druck verliert und zu Dampf wird. Dieser Dampf treibt Turbinen an, um Strom zu erzeugen, bevor er wieder in die Gesteinsformation zurückgeleitet wird, aus der er gepumpt wurde, wodurch die Ressource erneuerbar wird.

Dieser Lithiumgewinnungsprozess umfasst drei Hauptschritte: 

• Schwermetalle werden aus der Sole in einem Transportbehälter entfernt.
• Ein Absorptionsmittel saugt das Lithium auf, während andere Mineralien in der Sole gelöst bleiben. Dies wird mit Geräten kombiniert, die diesen Prozess wesentlich effizienter machen und die Verarbeitungszeit verkürzen.
• Lithium wird derzeit zu einer anderen Anlage transportiert, wo es zu einem Endprodukt verarbeitet wird, das rein genug für Batterien ist. Dies könnte jedoch letztendlich auch vor Ort erfolgen.

Dieser Prozess dauert Minuten oder Stunden, um das Lithium zu konzentrieren und zu reinigen, was mit den in Südamerika verwendeten Methoden bis zu 18 Monate dauern kann.

Ionenaustauschperlen

Bei diesem Lithiumgewinnungsverfahren werden poröse Ionenaustauschperlen hergestellt, die durch Zusammenfügen und Mischen von Partikeln entstehen, die einen umgekehrten Austausch zwischen Wasserstoff und Lithium bewirken, zusammen mit Füll- und Matrixmaterialien. Durch das Mischen dieser porösen Perlen entsteht eine Lösung, wobei die Perlen optional erhitzt werden können. Dieses Füllmaterial wird anschließend entfernt, um Ionenaustauschperlen zu erzeugen. Bei diesem Verfahren werden Lösungen mit geringer Konzentration behandelt, die Lithiumsalze enthalten und gleichzeitig einen hohen Anteil an Schwermetallen, Erdalkalimetallen und Alkalimetallen aufweisen. Diese Behandlungen können in Verbindung mit geothermischen Lithiumgewinnungsverfahren eingesetzt werden, um noch höhere Lithiummengen zu erhalten, nachdem die Sole das Absorptionsmaterial durchlaufen hat.

Produktion während und nach dem Lithiumabbauprozess

Heyl Patterson Thermal Processing stellt eineVielzahl von Trocknern und Kühlernfür Schüttgüter und Feststoffe her, die für alle oben beschriebenen Lithium-Abbauprozesse eingesetzt werden können. Unser Unternehmen baut seit dem 19. Jahrhundert maßgeschneiderte Trockner und Kühler und konzentriert sich dabei kontinuierlich auf Effizienz und Innovation.

Dazu gehören Heyl Pattersons:

• Rotationstrockner und -kühlerwerden als Hauptkomponenten in der thermischen Verarbeitungsindustrie eingesetzt und sind für viele verschiedene Materialien geeignet, von flüssigen Schlämmen bis hin zu gehärteten Mineralien. Unsere Rotationstrockner und -kühler können zusätzlich hinsichtlich Luftgeschwindigkeit, Anforderungen an den Feuchtigkeitsgehalt zu Beginn und am Ende des Prozesses, Haltezeiten und Temperaturparametern für Materialien individuell angepasst werden.
• Fließbetttrockner und -kühlergehören zu den größten weltweit. Sie zeichnen sich durch eine schonende Materialbehandlung und hohe Wärmeübertragungsraten aus und können optimal auf bestimmte Materialien abgestimmt werden. Wir bieten drei Hauptvarianten an: Rund-, Trog- und Vibrationstypen.
• Flash-Trocknereignen sich gut für Materialien, die sehr fein gemahlen, temperaturempfindlich oder mit hohem Feuchtigkeitsgehalt sind. Unsere Flash-Trockner sorgen dafür, dass das Endprodukt vollständig trocken und unverändert bleibt, wobei die Trocknungszeiten für Partikel proportional zu ihrer Größe und Masse sind.
• Kalzinatorenverwenden ein thermisches Verfahren namens Kalzinierung, um zwei separate Schritte durchzuführen: Dekrepitation und Säeröstung. Diese wiederum tragen zur Herstellung von Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid bei. 

Um mehr darüber zu erfahren, wie wir Sie bei der Verarbeitung von Lithium aus dem Bergbau unterstützen können, laden wir Sie ein,sichnoch heutean unser Expertenteamzuwenden.

Last updated on December 18th, 2025 at 04:07 pm