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RÉSUMÉ
Le lithium a été découvert en 1817 par Johann August Arfvedson dans un silicate d’aluminium naturel, la pétalite. De par sa très grande réactivité chimique, cet élément n’existe pas dans le milieu naturel sous forme métallique mais dans des composés. Il est extrait de minéraux de type pegmatite, d’argiles ou de saumures. Ce sont ces dernières, notamment aux États-Unis et en Amérique du Sud, qui contribuent actuellement à la majorité de la production mondiale. Les applications du lithium sont multiples, métallurgie, chimie, nucléaire. Des quantités croissantes sont à prévoir dans un proche avenir dans le secteur des batteries, sa légèreté et ses propriétés de réduction garantissant de fortes densités d’énergie massique et volumique.
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Lithium was discovered in 1817 by Johan August Arfvedson during his analysis of petalite which is a natural lithium aluminium silicate. Due to its high reactivity, lithium never freely occurs in nature, and rather, only appears in compounds. Lithium can be extracted from a number of pegmatitic minerals, and from clays and brines. Clay and brine deposits, most notably in the USA and South America, are the primary global source of lithium production. Lithium has numerous applications: metallurgy, chemistry and nuclear. In the near future, increased supplies of lithium will be required in the battery sector, as its lightness and reducing properties guarantee high densities of energy mass and volumetric efficiency.
Auteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur Honoraire - Ancien Directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
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El-Aïd JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM), UMR 7569, Nancy Université (ENSG-INPL), CNRS
INTRODUCTION
Le lithium a été découvert en 1817 par Johann August Arfvedson dans un silicate d’aluminium naturel : la pétalite. Jöns Jacob Berzelius donna au nouvel élément le nom de lithium (du grec lithos = pierre) pour rappeler son origine minérale.
Depuis 1959, l’exploitation des saumures a pris une importance économique croissante au point que certaines compagnies, telles que Québec Lithium Corp., ont fermé leurs exploitations minières. Mais le développement de nouvelles applications du lithium dans les années 1970 à 1975 a relancé les exploitations minières en Australie, au Canada, au Zimbabwe et en Chine. Cependant les lacs salés, suite notamment à de nouvelles exploitations des saumures aux États-Unis, en Amérique du Sud (Chili, Argentine, Bolivie), contribuent à présent à la majorité de la production mondiale.
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Recyclage du lithium
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7. Obtention du lithium métal
L'obtention du lithium métal se fait à partir de LiCl obtenu à partir de Li2CO3.
Le carbonate de lithium est d'abord purifié pour enlever les impuretés gênantes à l'électrolyse et à la pureté du lithium final, en particulier les ions sodium, calcium, magnésium et sulfates. Le procédé le plus utilisé est le procédé au CO2. Il consiste à solubiliser le lithium sous forme de bicarbonate par ajout de CO2 en opérant sur une suspension de carbonate de lithium dans l'eau. Après une filtration qui élimine les impuretés précipitées, on précipite le lithium du filtrat sous forme de carbonate par décomposition thermique à 90 °C du bicarbonate. Le carbonate purifié est transformé en chlorure par réaction avec l'acide chlorhydrique. Par suite de la forte corrosion résultant de cette réaction, les réacteurs sont en aciers spéciaux ou en titane. Le chlorure de lithium est cristallisé, essoré puis séché. Il est extrêmement hygroscopique et un séchage final supplémentaire est nécessaire, juste avant l'électrolyse.
la destination du chlorure de lithium n'est pas uniquement la fabrication du lithium métal. En effet, il peut être utilisé sous sa forme anhydre haute pureté : dans des piles sèches fonctionnant à basse température, comme catalyseur d'oxydation, dans la fabrication des polyamides et de la cellulose. Sous sa forme anhydre de qualité technique, il est employé comme flux de brasage ou stabilisateur des fibres textiles lors du tissage.
Le lithium métal est obtenu par électrolyse ignée de son chlorure. Afin d'abaisser la température de l'électrolyse, un mélange proche d'un eutectique composé par 45 à 55 % de LiCl et par 55 à 45 % de KCl, est utilisé pour opérer entre 400 et 460 °C. L'électrolyse s'effectue dans une cellule de type Down comparable à la cellule produisant le sodium. Cette cellule comprend (figure 6) :
-
1 cuve en acier revêtue entièrement de briques réfractaires et calorifugées ;
-
4 anodes en graphite (dont une seule est représentée sur le schéma) ;
-
1 cathode annulaire en acier entourant les anodes ;
-
4 diaphragmes en toile métallique situés entre les électrodes pour empêcher la recombinaison...
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Obtention du lithium métal
ANNEXES
1 Données statistiques et économiques
1.1 1. Principales sociétés productrices de lithium
Les principales sociétés productrices de lithium à partir des saumures sont les suivantes [60] [61] :
-
la Sociedad Quimica y Minera (S.Q.M.) et Chemetall GmbH, salars d’Atacama au Chili ;
-
la Sociedad Chilena del Litio, salar d’Atacama (Chili) ;
-
la Chemical Foote Corp., Lithium, les saumures de Silver Peak (Nevada, États-Unis) et le salar de Hombre Muerto en Argentine ;
-
la CITIC Guoan Lithium, le lac salé de Taijiner, province de Qinghai, en Chine.
Un nombre assez réduit de sociétés exploite les minerais lithinifères en roche, entre autres :
-
Tantalum Mining Corp. (TANCO) à Bernic Lake au Canada ;
-
Bikita Minerals au Zimbabwe ;
-
Galaxy Ressources Ltd. pour le projet Mount Cattlin en Australie [62] ;
-
Talison minerals PTY en Australie (Greenbushes) ;
-
CITIC Guoan Lithium à...
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