Gewinnung von Lithium aus Primärrohstoffen - Aufgaben für die chemische Forschung Wolfgang Voigt Institut für Anorganische Chemie
Lithiumprodukte Li 2 C 3 Zabuyeit Tibet LiCl Ca(H) 2 Schmelzflusselektrolyse LiH Li-Metall Batterien Metallorg. V. // LiH, LiAlH 4 2
Li 2 C 3 - Qualität Standard: 99.5 % Li 2 C 3 Batteriequalität FMC Lithium 3
Rohstoff - Typen A Brines, Salzlösungen aus Binnen-Salzseen B Gesteine / Pegmatite / Spodumen / Zinnwaldit Li-Fe-Glimmer C Hectorit / Li-Tone D Erdgas-/Erdölbegleitwässer E Geothermiewässer 4
Salzseen Chile / Bolivien 250 km 5
Salar de Atacama SQM Rockwood Lithium 6 6
Salar de Atacama 7
Salar de Atacama April 2013 8
Salar de Atacama 9
Gewinnungsverfahren Brines Salar de Atacama 10
Salar de Atacama - Zusammensetzung Brine g/l mol/l Li 1.96 LiCl 0.28 Na 93.2 NaCl 4.05 K 21.9 KCl 0.56 Mg 12.3 MgCl 2 0.26 S4 23.3 MgS 4 0.24 B 0.84 H 3 B 3 0.08 Cl 182 11
Low sulfate brine Salar de Atacama Prozessschema Li 2 C 3 NaCl + Gips NaCl+KCl Carnallit 2 g/l Li + S o l a r P o n d s Bischofit Li-Carnallit 4-6 % Li + CaCl 2 H 2 S 4 L - L Extraktion CaS 4 + Mg(H) 2 Fällung Löschkalk Mg(H) 2 +MgC 3 Fällung Soda Borsäure Li 2 C 3 Fällung 70 90 C Soda 12
Gewinnungsverfahren Brines Salar de Atacama LiCl MgCl 2 7H 2 2.6 % Li + 50 % Li-Verlust 6 % Li + 13
Gewinnungsverfahren - Brines LiCl H 2?????? LiCl MgCl 2 7H 2 MgCl 2 6H 2 15
Hier steht die Kapitelüberschrift Salar de Uyuni (Bolivia) 100 km x 100 km Brine 16
Bolivien - Salar de Uyuni - Regenzeit 17
Salzanfall pro t Li 2 C 3 Erzeugung 78 : 1 Mg:Li 140 120 100 NaCl KCl MgS 4 *7H 2 MgCl 2 *6H 2 23 : 1 0.6 g/l 0.3 g/l t / t Li 2 C 3 80 60 6 : 1 2 g/l 20 : 1 2.6 g/l 40 20 0 Atacama S. Uyuni 1 S. Uyuni 2 Yiliping C h i l e B o l i v i e n C h i n a 18
Hier steht die Kapitelüberschrift Idealer Prozess??? Li 2 C 3 Sorption Elektrodialyse Membranen Extraktion Selektive Fällung Li- Verbindungen 19
20
Trennung Li + - Mg ++ Li- und Mg-Salze ähnliche Löslichkeiten immer: Mg- < Li-Salze Chloride DS Sulfate no DS Löslichkeit Hydroxide Carbonate, xalate, Phosphate, Fluoride, etc. kein Li-Salz, das schwerer löslich als Mg-Salz 21
System LiCl-(NaCl)-KCl-MgCl 2 -MgS 4 -CaS 4 -H 2 T = 25 C Li 2 S 4 LiCl MgS 4 MgCl 2 KCl K 2 S 4 Halite NaCl Sylvite KCl Bischofite MgCl 2 6H 2 Mirabillite Na 2 S 4 10H 2 Thenardite Na 2 S 4 Arcanite K 2 S 4 Epsomite MgS 4 7H 2 Hexahydrite MgS 4 6H 2 Pentahydrite MgS 4 5H 2 Leonhardite MgS4 4H2 Kieserite MgS 4 H 2 Gypsum CaS 4 2H 2 Anhydrite CaS 4 Carnallite KCl MgCl 2 6H 2 Li-Carnallite LiCl MgCl 2 7H 2 D'Ansite 3NaCl 9Na 2 S 4 MgS 4 Kainite 4KCl 4MgS 4 11H 2 Glaserite 3K 2 S 4 Na 2 S 4 Bloedite Na 2 S 4 MgS 4 4H 2 Loeweite 6Na 2 S 4 7MgS 4 15H 2 Vanthoffite 3Na 2 S 4 MgS 4 Picromerite K 2 S 4 MgS 4 6H 2 Leonite K 2 S 4 MgS 4 4H 2 Langbeinite K 2 S 4 2MgS 4 Glauberite Na 2 S 4 CaS 4 Syngenite K 2 S 4 CaS 4 H 2 Pentasalt K 2 S 4 5CaS 4 H 2 Polyhalite K 2 S 4 MgS 4 2CaS 4 2H22 2 Lithiumsulfat Li 2 S 4 H 2, Li 2 S 4 2H 2 DB4 Li 2 S 4 K 2 S 4
Nachhaltigkeit für wen? Construcción del cono 23
Zinnwaldit einheimischer Lithium-Rohstoff KLi,Fe 2+,Al[AlSi 3 ) 10 ](F,H) 2 : 2 % Li 24
Zinnwaldit einheimischer Lithium-Rohstoff Zinnwald > 40.000 t Li (Seifert, Gutzmer 2010 BHT) Cinocec > 112.000 t Li Exakte Exploration Selektiver Bergbau Selektive Zerkleinerung Mechanische Trennung Magnetscheidung Chemisches Prozessing Li 2 C 3 25
Zinnwaldit einheimischer Lithium-Rohstoff SolarWorld Solicium GmbH 26
Zinnwaldit einheimischer Lithium-Rohstoff Chemisches Prozessing 50 70 % Kosten Thermische Behandlung 750 900 C ZWD + 100 bis 200 % Zuschläge Anhydrit, Kalk, Alkalisulfate wässrige Laugung 4 6 g/l Li + Fällung Li 2 C 3 Abfall?? 27
Delaminierung Vereinzelung der Glimmerschichten entlang der c-achse 140 C Verstehen wir die Mechanismen?? Li-Nitrat Mg-Nitrat ZWD.sne 7 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale 28
Schlussfolgerungen Innovationspotential der Chemie für eine ökonomisch effiziente und nachhaltige Verwertung mineralischer Ressourcen nutzen Anorganische Ressourcenchemie chemische Grundlagenforschung am Rohstoff Entwicklung nachhaltiger Verfahren erfordert interdisziplinäres Herangehen unter konkreten lokalen und sozioökonomischen Bedingungen 29
Danke 30
Hier steht die Kapitelüberschrift 31