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Introduction
Le lithium, principal composant des batteries modernes, a une longue histoire dans le domaine du stockage de l'énergie depuis sa découverte au 19e siècle. L'extraction du lithium s'est considérablement développée pour répondre aux besoins croissants de toutes les industries, en particulier dans le domaine des énergies renouvelables. Les États-Unis et l'Amérique du Sud sont d'importants producteurs de lithium, cette dernière étant l'endroit où se trouvent les plus grandes réserves de lithium au monde. Les sels de lithium, comme le carbonate de lithium et l'hydroxyde de lithium, sont les principaux produits de l'extraction du lithium. Les derniers développements dans les technologies d'extraction directe du lithium ont la capacité de changer l'industrie en augmentant l'efficacité et en réduisant l'impact sur l'environnement. Compte tenu de la demande croissante de lithium dans le monde, il sera essentiel de mettre en œuvre des méthodes de production de lithium durables et innovantes qui soutiendront la transition mondiale vers les énergies renouvelables, y compris les réserves mondiales de lithium.
Comment extrait-on le lithium ?
Les méthodes générales
Le lithium est extrait par différentes méthodes, généralement l'extraction de saumure à plat salé et l'extraction en roche dure.
Saumures à base de sel
Les salines, dont la plupart se trouvent dans le "Triangle du lithium" au Chili, en Argentine et en Bolivie, jouent un rôle important dans la production de lithium. Le processus d'extraction du lithium consiste à pomper la saumure dans les bassins d'évaporation. L'eau s'y évapore et la concentration en lithium augmente. La saumure est ensuite purifiée pour produire du chlorure de lithium ou du carbonate de lithium. L'extraction traditionnelle de la saumure présente néanmoins des inconvénients, notamment une consommation d'eau élevée et des conséquences possibles sur l'environnement. Pour faire face à ces problèmes, les technologues développent de nouvelles technologies pour extraire le lithium des marais salants et tentent ainsi de réduire la consommation d'eau, d'augmenter l'efficacité et de minimiser l'impact sur l'environnement. La demande de lithium étant appelée à augmenter, l'extraction durable de lithium à partir des marais salants sera tout aussi importante pour le passage à l'énergie durable.
Exploitation minière en roche dure
Le processus d'extraction en roche dure permet de remplacer l'utilisation des salines pour l'extraction du lithium. Le lithium est le principal constituant de divers minerais, dont le spodumène, la pétalite et la lépidolite, qui sont extraits de gisements de pegmatites. Le minerai extrait est concassé et traité afin de séparer les minéraux contenant du lithium du reste des matériaux. L'une des méthodes d'extraction typiques consiste à griller le minerai qui est concentré avec de l'acide sulfurique et convertit le lithium en une forme soluble dans l'eau, qui est ensuite purifiée et convertie en carbonate ou en hydroxyde de lithium. L'extraction à ciel ouvert, par exemple, présente l'avantage de ne pas dépendre des conditions météorologiques et d'offrir des taux de production plus rapides. Elle présente toutefois des inconvénients, tels qu'une plus grande consommation d'énergie et des conséquences pour l'environnement. L'industrie s'efforce d'inventer et de mettre en œuvre des méthodes durables pour résoudre ces problèmes et garantir ainsi la stabilité de l'industrie du lithium.
Techniques spécifiques de l'exploitation minière du lithium
Après avoir examiné les approches générales de l'extraction du lithium, nous allons maintenant nous pencher sur les techniques spécifiques utilisées pour extraire ce métal essentiel.
Séparation thermique, technique de traitement des minerais
La décomposition thermique est le processus de récupération du lithium à partir de minerais de roches dures. Une température élevée est appliquée pour décomposer les minéraux contenant du lithium. Cette procédure permet d'isoler le lithium de tous les autres éléments et, par conséquent, de l'obtenir pour le transformer en hydroxyde de lithium ou en carbonate de lithium.
La principale méthode de traitement des minéraux lourds et moyens.
Cette technique utilise les différentes densités des minéraux de lithium et des déchets. La solution de milieu lourd est utilisée pour mettre en suspension le minerai qui a été broyé. Cela permet de séparer les minéraux riches en lithium par un processus basé sur la gravité.
Séparation magnétique
C'est également l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour séparer le lithium des gisements de minerais contenant des minéraux magnétiques. Les minéraux de lithium sont éliminés de manière sélective au cours du processus de séparation magnétique, ce qui permet d'obtenir un concentré riche en lithium prêt pour une extraction ultérieure.
Approche manuelle de la technique de flottation en mousse
Enfin, la sélection de la méthode de flottation pour la base manuelle. Dans certains cas, les méthodes de cueillette manuelle et de flottation sont employées pour extraire les minéraux de lithium du minerai. Cette méthode consiste en un processus en plusieurs étapes qui commence par la séparation physique des minéraux contenant du lithium des autres matériaux (appelés gangue), puis passe à la flottation pour concentrer davantage le produit. En outre, la demande croissante de lithium incite à rechercher les gisements de lithium les plus importants pouvant être exploités par flottation.
Quels gisements de lithium peuvent être exploités par flottation du minerai ?
Les gisements de minerai de lithium couramment exploités par le procédé de flottation du minerai comprennent le spodumène, la pétalite et la lépidolite. Ces minéraux contenant du lithium se trouvent souvent dans des gisements de pegmatites, qui sont des roches ignées à gros grains. Dans cette étude de cas, nous nous concentrerons sur le processus de flottation d'un gisement de spodumène, car il s'agit du minerai de lithium le plus courant.
Processus de flottation du minerai de spodumène
Le processus de flottation du minerai de spodumène comprend plusieurs étapes, chacune étant conçue pour maximiser la récupération et la pureté du concentré de lithium. Découvrons le processus étape par étape.
Concassage et broyage du minerai
La première étape du processus de flottation du minerai consiste à concasser et à broyer le minerai de spodumène, qui constitue la matière première du processus. Le minerai est généralement broyé par un concasseur à mâchoires dans le but de réduire la taille du minerai à environ 150 mm. L'étape suivante est le concassage secondaire, où un concasseur à cône est utilisé pour broyer davantage le minerai et réduire la taille des particules à environ 25 mm.
Ensuite, le minerai est broyé à l'aide d'un broyeur à billes pour obtenir des particules d'une taille d'environ 150 à 200 microns. Le broyage fin est le facteur le plus important dans la libération des cristaux de spodumène des minéraux de gangue qui les accompagnent, qui sont principalement du quartz et du feldspath.
Conditionnement et préparation des boues
L'étape suivante consiste à broyer le minerai déjà concassé à la taille requise dans un broyeur, puis à le mélanger à de l'eau pour former une boue dans un réservoir de conditionnement. La boue est ensuite conditionnée avec des réactifs chimiques comprenant de l'oléate de sodium qui agit comme collecteur et du silicate de sodium qui est un dépresseur pour les minéraux de la gangue.
La phase de conditionnement se déroule généralement dans une cuve munie d'un agitateur mécanique afin de garantir une répartition uniforme des réactifs dans la suspension. Le pH de la suspension est également ramené dans cette fourchette de 8,5 à 9,5 à l'aide de carbonate de soude ou d'autres modificateurs de pH.
Sélection grossière et sélection plus propre
Après le processus de conditionnement, la boue est soumise à une sélection grossière à l'aide de cellules de flottation mécanique. Au cours de cette phase, des bulles sont formées dans la cellule de flottation en y injectant de l'air. Ces bulles se collent aux particules de spodumène hydrophobes. Les bulles riches en spodumène remontent à la surface et forment un concentré mousseux, qui est généralement le concentré brut.
Le concentré brut est ensuite traité par le processus de sélection plus propre, qui consiste en des étapes de flottation supplémentaires afin d'éliminer tous les minéraux de gangue restants. Les cellules de flottation plus propres fonctionnent d'une manière légèrement différente des cellules de flottation plus grossières, avec une densité de pulpe plus faible et des réactifs plus sélectifs, afin de produire un concentré de spodumène d'une plus grande pureté.
Récupération des déchets et nettoyages multiples
Par conséquent, l'étape de balayage est la dernière étape, et les résidus du nettoyeur sont utilisés dans cette étape. Lors de cette étape, des additifs supplémentaires sont utilisés dans les résidus afin de s'assurer que toutes les particules de spodumène qui ont pu s'échapper lors des étapes précédentes sont récupérées.
Le concentré issu des étapes de sélection et de récupération passe ensuite par différentes étapes de nettoyage afin d'augmenter encore le degré de pureté du concentré de spodumène. Ces étapes utilisent normalement des cellules de flottation à colonne qui, comparées aux cellules conventionnelles, offrent une meilleure efficacité de séparation en raison de leur plus grande hauteur et de la réduction des turbulences.
Déshydratation et séchage des concentrés
Le dernier concentré de spodumène est généralement calibré à environ 6% Li2O à l'aide de filtres à vide ou d'épaississeurs, puis il est déshydraté. Après le processus de déshydratation, le concentré est introduit dans un séchoir rotatif ou un séchoir flash jusqu'à ce que la teneur en humidité soit inférieure à 1%.
Stockage et transport des concentrés
Le spodumène sec est conservé dans des sacs scellés ou des conteneurs en vrac, afin d'éviter l'absorption d'humidité et la contamination. Le concentré est ensuite transporté vers des usines de traitement chimique, où il est transformé pour produire divers produits chimiques à base de lithium, notamment du carbonate de lithium ou de l'hydroxyde de lithium.
En comprenant parfaitement le processus de flottation de la mousse de spodumène dans les mines de lithium, les propriétaires seront en mesure d'ajuster leurs opérations et d'augmenter les taux de récupération et les teneurs en concentrés, ce qui, en retour, augmentera la valeur de leurs gisements de lithium.
| Catégorie d'équipement | Equipement | Gamme de tailles d'alimentation | Gamme de tailles de produits | Rôle |
|---|---|---|---|---|
| Concassage et broyage | - Concasseur à mâchoires | 500-1000 mm | 100-300 mm | Concassage primaire |
| - Concasseur à cône | 100-300 mm | 25-100 mm | Broyage secondaire | |
| Conditionnement et préparation des boues | - Réservoir de conditionnement | 25-100 mm | 25-100 mm | Mélange de minerai avec de l'eau et des réactifs |
| - Agitateur mécanique | 25-100 mm | 25-100 mm | Homogénéisation de la boue | |
| Sélection de l'ébauche et du balayage | - Cellule de flottation | 25-100 mm | 25-100 mm (résidus) | Séparation du spodumène des minéraux de la gangue |
| - Compresseur d'air | Fourniture d'air pour la flottation en mousse | |||
| En vedette et compensations multiples | - Colonne de flottaison | 25-100 mm | 0,1-1 mm | Valorisation du concentré de spodumène |
| - Séparateur magnétique à haut gradient (HGMS) | 0,1-1 mm | 0,1-1 mm | Récupération du spodumène dans les résidus de flottation | |
| Déshydratation et séchage des concentrés | - Filtre à vide | 0,1-1 mm | 10-30% humidité | Déshydratation du concentré de spodumène |
| - Filtre-presse | 0,1-1 mm | 8-20% humidité | Déshydratation supplémentaire du concentré | |
| Stockage et transport des concentrés | - Conteneurs en vrac | <1% humidité | <1% humidité | Stockage et expédition du concentré, prévention de l'absorption d'humidité |
Quels sont les défis et les opportunités de l'exploitation minière du lithium ？
L'industrie minière du lithium est confrontée aux préoccupations environnementales liées aux méthodes d'extraction, et plus particulièrement à l'utilisation de l'eau et aux émissions de carbone. Pour résoudre ces problèmes, l'industrie emploie des technologies innovantes et des méthodes respectueuses de l'environnement pour fabriquer des produits souhaitables, par exemple l'extraction directe du lithium et l'utilisation de sources d'énergie renouvelables. Il est également essentiel de se concentrer sur l'amélioration de l'efficacité des processus d'extraction et de récupération. Cependant, les véhicules électriques émergents et les systèmes de stockage d'énergie pour le secteur des énergies renouvelables sont les moteurs potentiels du marché du lithium. L'émergence de sources alternatives de lithium, par exemple les saumures géothermiques et les gisements riches en lithium, pourrait être un moyen d'augmenter l'offre mondiale. L'industrie minière du lithium peut aider la planète à s'engager sur la voie du développement durable et l'innovation technologique est le seul moyen d'atteindre un avenir à faible émission de carbone.
Conclusion
Extraction du lithium est une étape essentielle dans le processus de conversion vers un avenir vert et durable. Connaître les processus et les techniques d'extraction du lithium est important et permet d'avoir des opérations productives et respectueuses de l'environnement. Compte tenu des besoins mondiaux croissants en lithium, l'industrie devrait se concentrer sur le développement de solutions énergétiques propres et sur la réduction des dommages environnementaux associés au processus d'extraction.
En résumé, le parcours du lithium, de la mine à la batterie, est un exemple de l'interaction entre les énergies renouvelables, la responsabilité environnementale et le progrès technologique.
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