Technologie für die direkte Lithiumextraktion intensiviert den Bergbaubetrieb.

Dank der Weiterentwicklung der DLE-Technologie wird Lithium mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt und minimalem Wasserverbrauch in zwei Monaten statt in zwei Jahren gewonnen und verarbeitet.

Die fortschreitende Elektrifizierung hat Ingenieure und Bergleute gezwungen, einen besseren Weg zu finden, um Lithium schneller produzieren zu können. Die Gewinnung von Lithium ist nichts Neues. Bereits seit den 1950er Jahren wird Lithium gezielt abgebaut. Die weltweite steigende Nachfrage nach Lithiumbatterien für Elektrofahrzeuge und zur Speicherung erneuerbarer Energien macht es erforderlich, Lithium besser aufzubereiten und zu verarbeiten . Vor der Mitte des 20. Jahrhunderts wurde Lithium noch nicht in großen Mengen benötigt, heute jedoch ist die Nachfrage nach Lithium beispiellos. Es wird in vielen Bereichen verwendet, in denen andere Minerale nicht eingesetzt werden können.

Lithium wurde zwar schon seit vielen Jahrzehnten für Glas und Keramik abgebaut, aber die Nachfrage nach Notebooks und Mobiltelefonen in den späten 1990er und frühen 2000er Jahren sorgte für zusätzliche Verwendungszwecke, insbesondere für Lithiumbatterien. Seit den 2010er Jahren werden Elektrofahrzeuge immer stärker genutzt, was einen weltweiten Lithiumboom auslöste. Die Autohersteller schränken die Produktion von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ein und könnten deren Produktion bis zum Jahr 2050 zugunsten von Elektrofahrzeugen ganz einstellen.

Um den gesteigerten Lithiumedarf zu decken, haben sich die Technologien für Abbau und Verarbeitung weiterentwickelt. Eine dieser Lösungen ist das Verfahren der direkten Lithium-Extraktion (DLE), welches aus mehreren Prozessen besteht und eine schnelle, isolierte Verarbeitung von Lithium in verkaufsfähige Formen, auch bekannt als LCE (Lithiumcarbonat-Äquivalent), ermöglicht.

Zentrifugen sind aus vielen Gründen für den DLE-Prozess von entscheidender Bedeutung. Der wichtigste Grund ist die mit dem Tricanter® mögliche Flüssig-Flüssig-Trennung. Darüber hinaus sind die Zentrifugen mobil und laufen kontinuierlich. Zentrifugen erfordern keinen Betreuungsaufwand rund um die Uhr. Die robuste Maschine ist effizient. Sie produziert die für die weitere Aufbereitung benötigten Werstoffe, das Abfallmaterial auf der Entsorgungsseite.

Zentrifugen sind für die im DLE-Prozess notwendige Flüssig-Flüssig-Trennung im Einsatz, wodurch sich der Wasserverbrauch im Vergleich zur traditionellen Lithiumgewinnung durch Salinenverdampfung um 99 Prozent verringert.

Schritte bei der Lithiumproduktion

Zentrifugen sind eine bewährte Technologie, unabhängig davon, ob das Lithium aus einem Hartgesteinsbergwerk (Gewinnung erfolgt im Tagebau durch Sprengen) oder aus Salzflächen (Wasser wird aus dem Boden gepumpt und verdampft wird) stammt. Sie hält nicht nur den Belastungen des Bergbaus oder der Lithiumsole , die früher über Salinen verdampft wurde, stand, sondern auch denen der nachgelagerten Raffinationsschritte. Diese verschiedenen Schritte sind im Folgenden aufgeführt:

Spodumen-Lithiumgewinnung und -extraktion

Beim Hartgesteinabbau von Spodumen oder anderen lithiumhaltigen Erzen wird die Dekanterzentrifuge in zwei Schritten bei der Nachveredelung eingesetzt. Der erste Schritt dient der Entwässerung von Schlammrückständen. Dies sorgt für eine beträchtliche Wasserrückgewinnung zusammen mit einem spatenfähigen Feststoff.

Der zweite Schritt ist im Wertestrom bei der weiteren Konzentration der lithiumhaltigen Aufschlämmung zu finden. Dekanterzentrifugen erzeugen ein Lithium-/Spodumen-Konzentrat für die weitere Veredelung und gewinnen gleichzeitig zusätzliches Wasser für die Wiederverwendung zurück.

Lithiumhaltige Tonerde: Entwässerung und Aufbereitung

Dekanterzentrifugen sind in zwei entscheidenden Schritte bei der Aufbereitung von lithiumhaltiger Tonerde eingesetzt. Bei der Verarbeitung von lithiumhaltiger Tonerde erzeugen Dekanterzentrifugen ein weiter verfeinertes Lithiumtonkonzentrat. Zusätzlich wird weiteres Wasser zurückgewonnen. Bei den Veredelungsschritten behandelt die Zentrifuge angereicherte Sickerwässer und Nachkristallisation.

Raffination zu technischem und batteriefähigem Lithium

Die Dekantertechnologie ist an einer Vielzahl von Raffinationsschritten zur Herstellung von technischem und batteriefähigem Lithium beteiligt. Die Zentrifuge verarbeitet Lithiumcarbonatschlämme, Natriumsulfatschlämme und Lithiumhydroxidschlämme. Dadurch entstehen entwässerte Salze und eingedickte wertvolle Werkstoffe für die zusätzliche Verarbeitung, während das Prozesswasser für die Wiederverwendung und zur Förderung eines nachhaltigen Wassermanagements aufgefangen wird.

Konzentrieren von lithiumhaltiger Sole durch Flüssig-Flüssig-Trennung

Die Tricanter® Technologie trennt drei Phasen aus einem einzigen Zulauf. Im Bereich der lithiumhaltigen Sole wird diese Technologie eingesetzt, um die Sole zu konzentrieren, indem die Flüssigkeiten aus einem Flüssig-Flüssig-Gemisch anhand ihrer unterschiedlichen Dichten getrennt werden. Dabei entstehen eine leichte Phase und eine schwere Phase, die eine weitere Veredelung zum Endprodukt ermöglichen. Falls der Prozess dies verlangt, ist es möglich, eine zusätzliche feste Phase aus dem Ausgangsmaterial zu erzeugen, um drei Phasen aus einem einzigen Material zu erhalten.

Die zwei Hauptquellen für Lithium

Lithium wird aus zwei Quellen gewonnen: aus Hartgestein und aus Salinen. Beim der Gewinnung aus Hartgestein wird der Boden gesprengt, um das Lithium zu erhalten. Bei Salinen wird eine geothermische Sole aus der Erdkruste gepumpt. Die herkömmliche Methode zur Gewinnung von geothermischer Sole besteht darin, die Sole abzupumpen und sie dann in eine riesige Salzlagerstätte zu transportieren, wo sie zwei Jahre lang gespeichert wird. Das Wasser verdampft unter der Sonne und hinterlässt Salzkristalle, die Lithium enthalten. Die Salzkristalle erlangen einen Reinheitsgrad, der ihren Transport zu einer Raffinerie zulässt, wo sie zu einem für Batterien geeigneten Material für Automobile veredelt werden. Diese Technik ist als Salinenverdampfung oder Salzflachverdampfung bekannt. Obwohl dieses historische Verfahren wirksam ist, erfordert es zwei Jahre und verbraucht mehr Wasser als jede andere Bergbauaktivität. Folglich führt es zu einem erheblichen Zeit- und Wasseraufwand.

Lithium-Zentrifugen sind für einen benutzerfreundlichen Betrieb ausgelegt und erfordern nur minimale Standzeiten, was eine kontinuierliche und ununterbrochene Produktion gewährleistet.

Vorteile bei der Verwendung von Zentrifugen für DLE und andere Lithiumanwendungen

Die direkte Lithium-Extraktion (DLE) mittels Zentrifugen verkürzt diesen Prozess von zwei Jahren auf zwei Monate. Bei diesem Verfahren wird Lithium aus dem Boden gefördert. Anstatt es zu einer Saline zu transportieren und zwei Jahre zu warten, wird es direkt aus dem Boden gepumpt und mittels der DLE-Technologie verarbeitet, was den Zeitraum bis zur ausreichenden Konzentration der Sole für die weitere Raffination deutlich verkürzt.

Der Einsatz von Zentrifugen in der Lithiumextraktion und -gewinnung bietet viele Vorteile:

• Zentrifugen sind für die im DLE-Prozess notwendige Flüssig-Flüssig-Trennung im Einsatz, wodurch sich der Wasserverbrauch im Vergleich zur traditionellen Lithiumgewinnung durch Salinenverdampfung um 99 Prozent verringert.
• Zentrifugen spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufbereitung des Prozesswassers und ermöglichen so Rückgewinnung und Wiederverwendung des Wassers. Ein wesentlicher Vorteil ist die kontinuierliche Rückgewinnung, welche die Zentrifuge im Vergleich zu alternativen Technologien ermöglicht. Dies trägt zu einer nachhaltigen Wasserwirtschaft bei und reduziert gleichzeitig die Umweltbelastung.
• Zentrifugen erfordern lediglich eine minimale Infrastruktur zur Installation, was Lithiumproduzenten praktische Vorteile verschafft. Dank ihres kompakten Designs lassen sich Zentrifugen problemlos auf engem Raum installieren und eignen sich daher für Betriebe mit begrenztem Platz. Diese Bauweise erlaubt es zusätzlich, die Maschine perfekt im Prozessablauf zu positionieren.
• Lithium-Zentrifugen trennen den feinen Abraum vom Schlamm und tragen so zu einer sichereren und stabileren Lagerung des Abraums bei. Gleichzeitig verlängern sie die Lebensdauer der TSF oder Teiche und ersparen kostspielige Bauarbeiten und Investitionen.
• Das System wurde nach strengen Vorgaben entwickelt. So wird sichergestellt, dass die abgetrennten Phasen an den kritischen Stellen höchste Reinheit aufweisen. Dies garantiert eine gleichbleibende Qualität für die nachfolgenden Veredelungs- und Verarbeitungsprozesse.
• Im Konzentrationsprozess der Lithiumsole ist die Rückgewinnung der wertvollen Flüssigkeit, des sogenannten „pregnant liquor“, entscheidend, um die Gesamtausbeute zu steigern und den Abfall zu minimieren. Der Tricanter® ermöglicht einen äußerst effizienten Extraktionsprozess, der eine hohe Reinheit der separierten Phasen sicherstellt.
• Lithium-Zentrifugen sind für einen benutzerfreundlichen Betrieb ausgelegt und erfordern nur minimale Standzeiten , was eine kontinuierliche und ununterbrochene Produktion sicherstellt.

Die Direkte Lithium-Extraktion (DLE) ist ein Verfahren, das aus verschiedenen Prozessen besteht und eine schnelle, isolierte Produktion von Lithium in marktfähigen Formen ermöglicht.

Fazit

Die einzelnen Schritte und Prozesse in der Lithiumproduktion erfordern unterschiedliche Ansätze. Durch die Fortschritte in der DLE-Technologie ist es möglich, Lithium innerhalb von zwei Monaten statt zwei Jahren zu gewinnen, und das bei minimalen Umweltauswirkungen und geringem Wasserverbrauch. Die Zentrifugentechnologie wird weiterhin mit den fortschreitenden Methoden der verbesserten Produktion innovativ sein, die für unsere weitere Entwicklung ins 21. Jahrhundert und darüber hinaus erforderlich sind.

Autor: Von Stephen L. Benyo, Flottweg

Stephen L. Benyo ist Global Mining Executive bei der Flottweg SE. Es widmet sich der Aufgabe, innovative Technologien dort einzusetzen, wo sie am dringendsten benötigt werden, um eine effizientere Nutzung der natürlichen Ressourcen unseres Planeten zu erreichen. Stephen wohnt mit seiner Frau, seiner Tochter und seinem Schäferhund in Pittsburgh, Pennsylvania, USA.

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