PROCÉDÉS DE PRODUCTION

4.4.1. Production de carbonate de lithium à partir des saumures

Du carbonate de lithium est actuellement produit à partir des saumures du Salar de Atacama (Chili), du Salar del Hombre Muerto (Argentine), de Silver Peak/Clayton Valley (Nevada, USA), de Zabuye (Tibet, Chine) et des salars de Dongtai, Xitai et Chaerhan (Qaidam Basin, Qinghai, Chine).

À Atacama, Silver Peak et au Qinghai, les saumures sont pompées à la surface où elles sont concentrées par évaporation au soleil dans une série de bassins successifs, dans lesquels sont récoltés d'abord le chlorure de sodium puis de potassium. Le lithium est ensuite précipité sous forme de carbonate par adjonction de chaux et de carbonate de sodium ("soda ash").

La Fig.32 schématise le procédé utilisé par Chemetall, d'après Garrett (2004), et la Fig. 33 celui utilisé par SQM.

Figure 32 - Schéma de production du carbonate de lithium par Chemetall à partir des saumures du Salar de Atacama et de Silver Peak (adapté d'après Garrett, 2004).

Figure 33 - Schéma de production du carbonate de lithium par SQM à partir des saumures du Salar de Atacama (source : www.sqm.com)

Le procédé utilisé par FMC en Argentine serait différent mais les détails n'en sont pas divulgués. La saumure initiale à 0,05 % Li passerait d'abord sur des pellets d'alumine polycristalline où le chlorure de lithium serait adsorbé, puis désorbé par lavage, plusieurs fois successivement, ce qui permettrait d'aboutir à une solution (saumure) à 1 % Li. C'est cette dernière saumure qui serait ensuite évaporée dans les bassins d'évaporation solaire. Contrairement à SQM et SCL au Chili, FMC ne récupère pas la potasse.

À Zabuye, au Tibet, compte tenu de l'altitude et de la latitude, les températures peuvent être très basses en hiver, et l'exploitant aurait adapté une méthode de concentration qui combine alternativement l'évaporation solaire et le gel : le gel par température très basse fait cristalliser certains sels. Mais le détail du procédé n'est pas publié.

4.4.2. Extraction et concentration des minéraux de lithium

Les minéraux de lithium sont exploités dans des mines à ciel ouvert à Greenbushes (Australie) et à Bikita (Zimbabwe). Ils sont exploités en mine souterraine par chambres et piliers dans certaines mines chinoises et l'étaient à Bernic Lake (Canada).

Le minerai est ensuite concentré par une série d'étapes : - concasseurs primaires et secondaires ;

- broyeurs ;

- séparation en milieu dense (HMS – "Heavy Media Separation") ; - Flottation ou séparation magnétique ;

- Filtrage, lavage et séchage.

Les concentrés de minéraux obtenus ont les teneurs standards suivantes (Roskill, 2009) :

- Concentré de spodumène de Greenbushes (Australie) : 5 % Li2O

- Concentré de spodumène de Maerkang (Chine) : 6 % Li2O

- Concentré de pétalite de Bikita (Zimbabwe) : 4,45 % Li2O

- Concentré de pétalite d'Itinga (Brésil) : 4,35 % Li2O

- Concentré de lépidolite de Yichun (Chine) : 4,65 % Li2O

4.4.3. Production de composés de lithium à partir des minéraux

La conversion du spodumène et autres minéraux en carbonate ou hydroxyde de lithium peut se faire par deux procédés principaux, la voie acide et la voie basique.

La voie acide, la plus répandue, a été mise au point par Lithium Corporation of America, désormais FMC, et a été utilisée dans son usine de Bessemer City (Caroline du Nord, USA) entre 1956 et 1998. Les étapes en sont les suivantes :

- Grillage du spodumène-α autour de 1100°C pour le transformer en spodumène-β, plus facilement attaqué par l'acide sulfurique;

- Refroidissement et broyage du produit obtenu, et attaque par de l'acide sulfurique à chaud à 200-250°C, qui dissout le lithium sous forme de sulfate Li2SO4. La pulpe

est ensuite rincée à l'eau qui entraine le sulfate de lithium en solution. Du calcaire est ajouté pour relever le pH et éliminer le fer et l'aluminium de la solution.

- La pulpe est ensuite filtrée. Un traitement à la chaux et au carbonate de sodium permet d'éliminer le calcium et le magnésium, avant une nouvelle filtration.

- La pulpe est alors neutralisée à l'acide sulfurique et concentrée dans un évaporateur à 250 g/l de Li2SO4. Elle est alors retraitée au carbonate de sodium à

90-100°C qui précipite le carbonate de lithium. (À Bessemer City, le sulfate de sodium résiduel était lavé, cristallisé et vendu en sous-produit).

CBL, au Brésil, utilise ce procédé, ainsi que certains transformateurs chinois.

La voie basique démarre par un grillage du spodumène en présence de chaux à 1030 - 1040°C. Il se forme du silicate de calcium et de l'oxyde de lithium. Le clinker obtenu est ensuite lessivé à l'eau chaude qui forme de l'hydroxyde de lithium. La solution est alors concentrée et cristallisée en hydroxyde de lithium monohydraté (LiOH.H2O) ou

séchée sous vide pour obtenir de l'hydroxyde de lithium LiOH. Ce procédé a été utilisé par Foote Mineral Company, désormais Chemetall, dans son usine de Kings Mountain, jusqu'en 1984. Il est aussi utilisé par certains transformateurs chinois.

4.4.4. Production du lithium métal

Le procédé classique dominant de production du lithium métallique est l'électrolyse d'un mélange chlorure de lithium (LiCl, 55 %) – chlorure de potassium (KCl, 45 %) anhydres fondus à 400°C. La réduction électrolytique du lithium se fait dans une cellule avec une cathode centrale en acier. Les anodes sont en graphite ou en alliage de titane. Une cloche située au-dessus de la cathode récupère le métal liquide en l'empêchant de réagir avec le chlore gazeux qui se dégage aux anodes.

Le procédé permet de récupérer 98 % du lithium contenu dans le LiCl. Une alimentation en LiCl et KCl de haute pureté permet d'obtenir du Li métal à 99,8 % de pureté.

D'autres procédés sont encore du domaine de la R&D, comme le procédé Limtech qui utilise directement du carbonate de lithium chloruré par le chlore dégagé par l'électrolyse, ou le procédé Raymor qui devait permettre la production de lithium directement à partir du spodumène.