Il est nécessaire de développer de nouveaux procédés d'extraction du lithium afin de répondre à la demande en batteries rechargeables pour les véhicules électriques (VE), qui contribueront à lutter contre le changement climatique, sans parler du lithium utilisé dans toutes les batteries rechargeables pour téléphones portables, ordinateurs portables et autres appareils numériques. Cependant, l'extraction du lithium a un coût environnemental. Les procédés miniers traditionnellement utilisés pour extraire le lithium d'autres minéraux ou de sources d'eau souterraines peuvent causer des dommages environnementaux importants.
Avec une demande en lithium qui devrait être multipliée par dix, voire plus, au cours des prochaines décennies en raison de l'utilisation croissante des véhicules électriques pour le transport, il est important que les sociétés minières se tournent vers des méthodes d'extraction plus innovantes. Bien que les réserves mondiales soient abondantes, les processus d'extraction du lithium nécessitent traditionnellement de grandes quantités d'eau et souvent d'importants travaux de terrassement. En ce qui concerne le lithium, les processus d'extraction peuvent souvent menacer les communautés vivant dans des régions sujettes à la sécheresse et perturber des écosystèmes fragiles. Face à ces défis, les entreprises aux États-Unis et dans le monde entier cherchent constamment à améliorer les méthodes d'extraction des minéraux afin d'éviter de nuire aux communautés et à leur environnement local.
Procédés conventionnels et innovants d'extraction du lithium
Il existe deux méthodes principales d'extraction du lithium. La méthode la plus courante consiste à extraire le lithium de la saumure contenue dans des réservoirs souterrains. La deuxième méthode la plus courante ressemble au processus d'extraction utilisé pour extraire d'autres minéraux. Une troisième méthode d'extraction du lithium, qui suscite de plus en plus d'intérêt, consiste à l'extraire directement de l'eau salée. De plus, les producteurs continuent d'étudier d'autres méthodes d'extraction du lithium afin d'en produire suffisamment pour éviter que les industries modernes qui utilisent ce minéral ne se retrouvent à court.
Extraction conventionnelle du lithium à partir de saumure
Pour la plupart du lithium disponible dans le commerce, les processus d'extraction impliquent l'extraction à partir de réservoirs de saumure souterrains. Appelés« salars »en espagnol, ils traitent essentiellement les sels de lithium de ces eaux de la même manière que les sels à base de sodium sont extraits de l'eau salée. La plupart de ces salars sont situés à haute altitude dans les Andes, à la frontière entre l'Argentine, le Chili et la Bolivie, ainsi qu'en Chine.
Cette méthode de récupération du lithium à partir de la saumure est simple, mais longue. Elle consiste à pomper la saumure salée à la surface dans des bassins d'évaporation, où l'eau s'évapore pendant plusieurs mois, voire plusieurs années, jusqu'à ce qu'il ne reste plus que les sels, qui contiennent des concentrations élevées de lithium. Les procédés d'extraction utilisant ce processus d'évaporation ajoutent de la chaux hydratée, également connue sous le nomd'hydroxyde de calcium, à la saumure afin d'accélérer l'élimination d'éléments tels que le calcium, le bore et les sels d'hydroxyde de magnésium, qui ne sont pas utiles aux producteurs de lithium.
Une fois que les concentrations de lithium atteignent un certain niveau, la production de lithium suit les étapes suivantes :
- La saumure est pompée dans l'installation de récupération.
- La saumure est raffinée afin d'éliminer les éléments indésirables et les impuretés.
- La saumure raffinée est traitée avec des produits chimiques afin d'en extraire les minéraux et sous-produits souhaités.
- Filtré pour éliminer tout résidu solide indésirable.
- Traité avec du carbonate de sodium, également appelé carbonate de soude, pour éliminer le carbonate de lithium.
- Le carbonate de lithium est ensuite lavé et séché pour obtenir le produit final.
Ce processus d'extraction du lithium tend également à consommer de grandes quantités d'eau douce. Cette eau est principalement puisée dans des aquifères, des rivières, des puits ou d'autres sources d'eau utilisées pour la consommation ou l'irrigation. Les gisements de lithium les plus concentrés provenant de réservoirs de saumure se trouvant dans des zones arides, cela signifie moins d'eau potable pour les communautés voisines.
Processus d'extraction du lithium dans la roche dure
Comme pour d'autres minéraux, l'extraction du lithium peut nécessiter le déplacement de grandes quantités de roches, de terre et de débris. Cela peut perturber la faune et la flore des zones environnantes. Ce processus d'extraction du lithium est également plus énergivore et plus complexe que l'extraction du métal à partir de saumure. Bien que plus de 145 minéraux contiennent du lithium, seuls cinq sont utilisés pour l'extraire à des fins commerciales. Les processus d'extraction minière de ce type recherchent des concentrations de spodumène, de pétalite, de lépidolite, d'eucryptite et d'amblygonite à partir desquelles extraire le lithium. Le plus courant de ces minéraux est le spodumène, dont l'Australie est le premier producteur, le Brésil, la Chine, le Portugal et l'Afrique australe se livrant à une extraction minière moins importante. En outre, d'ici 2025, une nouvelle extraction de lithium dans la roche dure aura lieu en Finlande et en Amérique du Nord.
Le processus d'extraction du lithium dans la roche dure comprend les étapes suivantes :
- Une fois le minerai extrait, il est broyé.
- Le minéral broyé est ensuite cuit à chaleur sèche à une température de 2012 °F (1100 °C).
- Une fois refroidi à 140 °F (65 °C), il est remoulu et cuit à nouveau à 482 °F (250 °C), puis traité à l'acide sulfurique dans un processus appelé lixiviation acide.
- Au cours du lessivage acide, les ions lithium remplacent l'hydrogène dans l'acide sulfurique, produisant du sulfate de lithium ainsi que des résidus insolubles.
- Comme pour l'extraction du lithium à partir de saumure, on ajoute de la chaux pour éliminer le magnésium.
- Le carbonate de sodium est ensuite utilisé pour filtrer le carbonate de lithium afin d'obtenir une solution purifiée.
Au cours du processus de lixiviation acide, une boue de chaux peut parfois être utilisée pour ajuster le pH et neutraliser l'excès d'acide.
Autres procédés et sources potentiels d'extraction du lithium
Bien que les deux procédés conventionnels d'extraction du lithium mentionnés ci-dessus posent des problèmes environnementaux et hydriques partout où ils sont utilisés, les sociétés minières peuvent les atténuer grâce aux nouvelles avancées technologiques. En outre, un nouveau procédé d'extraction du lithium utilise une technique d'extraction directe du métal et nécessite très peu d'eau. D'autres méthodes consistent à utiliser l'énergie géothermique ou des billes réutilisables pour extraire le métal dissous des réservoirs de saumure.
Aux États-Unis, la seule production commerciale de lithium extrait provient d'une exploitation située dans le Nevada qui extrait le métal dissous dans des réservoirs de saumure. De plus, l'Ohio abrite l'une des plus grandesusines de recyclage de batteriesau lithium en Amérique du Nord, et prévoit d'agrandir ses installations. La pression continue de s'intensifier pour augmenter la production américaine de lithium, en particulier après que la pandémie de 2020 a mis en évidence les effets dela perturbation des chaînes d'approvisionnement. Pour cette raison, il est probable que le traitement du lithium extrait sur le territoire national devienne une priorité.
Extraction directe du lithium
Cette méthode consiste à absorber le lithium présent dans l'eau salée à l'aide d'un matériau ou de billes favorisant l'échange ionique, puis à le laver à l'acide chlorhydrique. L'extraction directe du lithium produit une solution diluée contenant du chlorure de lithium, ainsi que des impuretés, et convient particulièrement aux zones où les bassins d'évaporation ne sont pas adaptés. Ce procédé d'extraction du lithium offre des opportunités dans les régions où se trouvent des bassins de saumure géothermiques, comme la mer de Salton en Californie et l'eau utilisée pour la fracturation hydraulique du gaz de schiste au Texas. Plusieurs méthodes sont à l'étude pour éliminer les impuretés. Il s'agit notamment de la lixiviation acide à l'aide d'acide chlorhydrique et d'acide sulfurique, ainsi que de l'utilisation de carbonate de calcium pour neutraliser les déchets avant de rejeter l'eau dans l'environnement.
Extraction de saumure géothermique
L'utilisationde l'énergie géothermique pour extrairele métal est un procédé d'extraction du lithium qui est sur le point d'atteindre le stade commercial. Cette technique a également pour effet secondaire unique de produire de l'électricité. Elle est très similaire à la méthode la plus courante qui consiste à utiliser des réservoirs de saumure pour produire du lithium, mais elle utilise de l'eau salée chaude, également appelée saumure géothermique. En bref, elle consiste à pomper cette saumure naturellement chauffée à la surface, où elle génère de l'électricité en faisant tourner une turbine.
Avantages de cette processus d'extraction géothermique du lithium :
- Production d'énergie respectueuse de l'environnement
- Méthode d'extraction presque sans carbone.
- Indépendant des conditions météorologiques
- Faible encombrement physique
Actuellement, les entreprises énergétiques utilisent les bassins souterrains de saumure surchauffée situés près dulac Salton, en Californie, pour produire de l'électricité. Cette saumure est pompée à des milliers de mètres sous la surface afin de faire circuler de l'eau sous pression à une température d'environ 500 °F (260 °C) dans des tuyaux jusqu'à ce qu'elle perde de la pression et se transforme en vapeur. Cette vapeur fait tourner des turbines pour produire de l'électricité avant d'être réinjectée dans la formation rocheuse d'où elle a été pompée, rendant ainsi la ressource renouvelable.
Ce processus d'extraction du lithium comprend trois étapes principales :
- Les métaux lourds sont éliminés de la saumure dans un conteneur d'expédition.
- Un absorbant absorbe le lithium tout en conservant les autres minéraux dissous dans la saumure ; ce procédé est associé à un équipement qui le rend beaucoup plus efficace, réduisant ainsi le temps nécessaire au traitement.
- Le lithium est actuellement envoyé vers une autre installation, où il est transformé en un produit fini suffisamment pur pour être utilisé dans les batteries, mais cette opération pourrait à terme être réalisée sur place.
Ce processus prend quelques minutes ou quelques heures pour concentrer et purifier le lithium, ce qui peut prendre jusqu'à 18 mois avec les méthodes utilisées en Amérique du Sud.
Billes échangeuses d'ions
Ce procédé d'extraction du lithium consiste à fabriquer des billes poreuses d'échange d'ions, obtenues par coalescence et mélange de particules qui créent un échange inverse entre l'hydrogène et le lithium, ainsi que des matériaux de remplissage et de matrice. Le mélange de ces billes poreuses forme une solution, avec la possibilité de chauffer les billes. Ce matériau de remplissage est ensuite retiré pour créer des billes échangeuses d'ions. Cette méthode traite des solutions à faible concentration contenant des sels de lithium qui contiennent également des quantités élevées de métaux lourds, de terres alcalines et d'alcalis. Ces traitements peuvent être utilisés en conjonction avec des procédés d'extraction géothermique du lithium afin d'obtenir des quantités encore plus élevées de lithium après que la saumure ait traversé le matériau absorbant.
Production pendant et après le processus d'extraction du lithium
Heyl Patterson Thermal Processing fabrique unegamme variée de séchoirs et de refroidisseursutilisés pour les poudres et les solides en vrac qui peuvent être utilisés pour tous les processus d'extraction du lithium décrits ci-dessus. Notre entreprise fabrique des séchoirs et des refroidisseurs sur mesure depuis le XIXe siècle, en mettant continuellement l'accent sur l'efficacité et l'innovation.
Parmi ceux-ci, on trouve ceux de Heyl Patterson :
- Les séchoirs et refroidisseurs rotatifssont utilisés comme piliers dans l'industrie du traitement thermique et sont capables de traiter de nombreux types de matériaux différents, des boues liquides aux minéraux durcis. Nos séchoirs et refroidisseurs rotatifs peuvent en outre être personnalisés en fonction de la vitesse de l'air, des exigences de départ et d'arrivée en matière d'humidité, des temps de maintien et des paramètres de température des matériaux.
- Les séchoirs et refroidisseurs à lit fluidisécomptent parmi les plus grands au monde. Ils permettent de manipuler les matériaux en douceur et offrent des taux de transfert thermique élevés. Ils peuvent être ajustés pour fonctionner de manière optimale avec des matériaux spécifiques. Nous proposons trois types principaux : circulaires, à auge ou vibrants.
- Les séchoirs flashconviennent particulièrement aux matériaux très finement broyés, sensibles à la température ou à forte teneur en humidité. Nos séchoirs flash permettent d'obtenir un produit final complètement sec et non dégradé, avec des temps de séchage proportionnels à la taille et à la masse des particules.
- Les calcinateursutilisent une technique de traitement thermique appelée calcination pour réaliser deux étapes distinctes, la décrépitation et le grillage acide. Celles-ci permettent ensuite de produire du carbonate de lithium et de l'hydroxyde de lithium.
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Last updated on December 18th, 2025 at 04:07 pm