Technologien und Prozessablauf der direkten Lithiumgewinnung

Die direkte Lithiumgewinnung (DLE) umfasst selektive Trennverfahren zur effizienten Lithiumgewinnung aus natürlichen und industriellen Solen. Diese Verfahren sind für den Betrieb unter kontrollierten Bedingungen unabhängig vom Klima ausgelegt und gewährleisten eine gleichbleibende Leistung über ein breites Spektrum an Solezusammensetzungen hinweg. Komplette Lithiumgewinnungssysteme kombinieren Vorbehandlung, selektive Lithiumgewinnung (auch DLE oder Core-DLE genannt) und Nachreinigungsschritte, um hochreine Lithiumverbindungen für industrielle Anwendungen und Batterien herzustellen. Moderne DLE-Anlagen sind so konzipiert, dass sie die Lithiumausbeute maximieren, den Wasser- und Flächenverbrauch reduzieren und einen stabilen Betrieb auch in komplexen Soleumgebungen gewährleisten. ... Sole – insbesondere aus geothermischen und Erdölquellen – kann Schwebstoffe, Eisen, Siliziumdioxid, Kohlenwasserstoffe oder andere organische Bestandteile enthalten, die vor der selektiven Extraktion entfernt werden müssen.

Gängige Vorbehandlungsschritte:

• Klärung und Ölabscheidung zur Entfernung von Öl- und Fettspuren, Reduzierung von Schwebstoffen und Trübung
• Chemische Konditionierung und Ablagerungskontrolle zur Behandlung von Eisen, Siliziumdioxid oder Härte
• Filtration (Medien, Kartusche oder Membran) zum Schutz nachgeschalteter Anlagen

Diese Vorbehandlungsschritte tragen dazu bei, die Extraktionseffizienz aufrechtzuerhalten, die Regenerationshäufigkeit zu reduzieren und die Lebensdauer der DLE-Medien zu verlängern.

Überblick über die wichtigsten DLE-Technologien – Lithiumgewinnung / -trennung

Mehrere Technologiefamilien fallen unter den Begriff der direkten Lithiumextraktion (DLE). Obwohl sich ihre Funktionsprinzipien unterscheiden, ist jede darauf ausgelegt, Lithiumionen selektiv aus hochsalinen Solen mit konkurrierenden Ionen zu trennen. Im Kernschritt der Extraktion durchläuft die vorbehandelte Sole das selektive DLE-Medium – Adsorptionsmittel, Harz, Membran oder Lösungsmittelphase –, wo Lithiumionen aufgrund ihrer chemischen Affinität gebunden oder abgetrennt werden.

Die Effizienz dieses Schrittes wird durch die Zusammensetzung der Sole beeinflusst. Natrium, Kalium, Magnesium und Calcium konkurrieren natürlicherweise mit Lithium um Bindungsstellen. Selektive DLE-Materialien sind so konzipiert, dass sie Lithium trotz der Anwesenheit dieser dominanten Ionen bevorzugt anziehen oder abtrennen.

Der Abscheidungsprozess ist je nach Technologie kontinuierlich oder zyklisch und darauf ausgelegt, auch bei niedrigen Konzentrationen eine hohe Lithiumausbeute zu gewährleisten.

Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der verschiedenen Technologien, die üblicherweise im DLE-Verfahren eingesetzt werden.

• Adsorptionssysteme

Adsorptionstechnologien nutzen selektive Feststoffe, die Lithiumionen binden, wenn Sole durch das Extraktionsmedium fließt. Nach der Sättigung wird das Adsorptionsmittel gewaschen, um das Lithium in einer sauberen Lösung freizusetzen. Diese Systeme weisen eine hohe Lithiumselektivität auf und werden in der Praxis häufig eingesetzt.

• Ionenaustauscherharze (IEX-Harze)

Ionenaustauscherharze ersetzen Ionen auf ihrer Oberfläche durch Lithium aus der Sole. Bestimmte Harzformulierungen bieten Selektivität für Lithium selbst bei hohen Magnesium- oder Calciumkonzentrationen und eignen sich daher für Geothermie- und Salzlaugen. IX-Systeme unterstützen den kontinuierlichen Betrieb und bieten eine stabile Trennleistung.

• Lösungsmittel-Extraktionsverfahren

Lösungsmittel-Extraktionssysteme nutzen organische Phasen, die Lithiumionen selektiv komplexieren. Das Lithium wird anschließend zur Reinigung in eine wässrige Lösung überführt. Obwohl die Lösungsmittel-Extraktion sorgfältige Handhabung erfordert, ermöglicht sie die Erzielung hoher Reinheiten und ist an unterschiedliche Solezusammensetzungen anpassbar.

• Membranbasierte Trennung

Lithiumselektive Membranen trennen Lithiumionen durch kontrollierte Permeation, häufig unter Druck oder elektrischer Anregung. Membranverfahren zeichnen sich durch ihren geringen Platzbedarf und den reduzierten Chemikalienverbrauch aus. Sie werden als Bestandteil fortschrittlicher DLE-Plattformen weiterentwickelt.

Diese Technologien verleihen der DLE ihre Flexibilität und ermöglichen die Lithiumgewinnung aus Salzseen, Geothermalsole und Erdölfeldabwässern mit unterschiedlicher Mineralzusammensetzung.

Nachbehandlung nach der DLE: Elution, Reinigung und/oder Konzentration

Nach der Lithiumbindung wird das Lithium unter kontrollierten chemischen oder physikalischen Bedingungen in eine saubere Lösung eluiert. Die so entstandene lithiumreiche Lösung durchläuft Reinigungsschritte, um Restionen zu entfernen und die Ausgangslösung für die Endproduktbildung vorzubereiten.

Die Reinigung umfasst üblicherweise folgende Schritte:

• Feinfiltration zur Gewährleistung eines partikelfreien Stroms
• pH-Wert-Einstellung und/oder Reagenzdosierung
• Membranfiltration zur Entfernung verbleibender mehrwertiger Ionen und zur Lithiumkonzentrierung
• Verdampfung und Fällung zur weiteren Konzentrierung und Kristallisation zu Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid

Eine hohe Selektivität während der Extraktion reduziert den Aufwand für die Reinigungsstufen und unterstützt die stabile Produktion von Materialien in Batteriequalität.

Endprodukt und Sole-Verwendung

• Hochwertige Produkte

Je nach den nachgelagerten Anforderungen können vollständige DLE-Installationen Folgendes erzeugen:

• Lithiumcarbonat (Liâ‚‚CO₃)– nach Fällung mit Natriumcarbonat.
• Lithiumhydroxid (LiOH)– das auch durch Umwandlung von Liâ‚‚CO₃ direkt vom Endverbraucher hergestellt werden kann.

Diese Verbindungen eignen sich für die Kathodenherstellung und andere industrielle Prozesse wie die Batterieherstellung, die Automobilindustrie und die Herstellung von Gesundheitsprodukten.

• Rückinjektion oder Ableitung von Sole

Nach der Lithiumentfernung kann die behandelte Sole Folgendes enthalten:

• Wird bei Geothermie- oder Salzwasseranlagen wieder in das Reservoir eingeleitet und unterstützt so ein geschlossenes Umweltmanagement
• Wird nach weiterer Aufbereitung, abhängig von den gesetzlichen Bestimmungen, abgeleitet

Die Rückführung reduziert den Wasserverbrauch und minimiert die Auswirkungen auf die Oberfläche, wodurch moderne Nachhaltigkeitsziele im Lithiumsektor erreicht werden.

Nachfolgend ein Prozessablaufdiagramm mit einer Übersicht eines kompletten DLE-Systems:

Wie Lenntech Ihr Projekt unterstützt

Die erfolgreiche Implementierung der direkten Lithiumextraktion (DLE) erfordert eine zuverlässige Aufbereitung der lithiumreichen Sole, die in den DLE-Kernsystemen entsteht. In dieser Phase sind Trenn-, Polier- und Konzentrationstechnologien unerlässlich für einen stabilen Betrieb und eine konsistente Lithiumausbeute.

Lenntech ist spezialisiert auf Lösungen zur Nachbehandlung von DLE-Anlagen, insbesondere auf Ionenaustausch (IEX) und Membrantechnologien, und unterstützt die Trennung und Aufbereitung von Lithium aus bereits geklärter und aufbereiteter Sole.

Lenntech bietet:

• Charakterisierung von Sole und Bewertung des Nachbehandlungskonzepts nach DLE, einschließlich Labortests zur Evaluierung der Anforderungen an die Lithiumabtrennung und -aufbereitung
• Entwicklung von Nachbehandlungssystemen nach DLE, einschließlich Multimediafiltration (MMF), Ionenaustausch, Ultrafiltration (UF), Elektrodialyse (ED/EDR), Nanofiltration (NF) oder Umkehrosmose (RO), sofern anwendbar
• Systempilotierung und -validierung zur Definition von Betriebsparametern und Optimierung von Kombinationen aus Membran- und Ionenaustauschtechnologien für spezifische lithiumreiche Sole
• Integration von Ionenaustausch- und Membrantechnologien nachgeschaltet zu den DLE-Kernanlagen zur Verbesserung der Lithiumselektivität, -stabilität und Produktqualität
• Modulare und skalierbare Nachbehandlungseinheiten nach DLE, geeignet für Umgebungen mit hohem Salzgehalt und zur Integration in bestehende DLE-Prozesslinien
• Lösungen für das Wasser- und Solemanagement Strategien zur Rezirkulation, Wiederverwendung oder Wiedereinspritzung nach der Lithiumabtrennung

Für weitere Informationen oder ein Angebot, kontaktieren Sie Lenntech: Antworten Form oder per Telefon +31 152 755 705