Rührwerke und Mischlösungen für die Lithiumverarbeitung

Fast das gesamte Lithium wird derzeit entweder aus Lithiumchlorid-Sole, die aus dem Untergrund gepumpt wird, oder aus lithiumhaltigem Mineralgestein, dem Spodumen, gewonnen.

In jeder dieser Phasen ist Rühren unerlässlich, um eine gleichmäßige Durchmischung, eine korrekte Reaktionskinetik und einen effizienten Wärme- und Stoffaustausch zu gewährleisten.

Das aus Sole oder Spodumen raffinerierte Lithiumcarbonat muss von Verunreinigungen getrennt werden. In einem ersten Schritt geschieht dies durch ein Fällungskristallisationsverfahren. Um jedoch ein verarbeitungsfähiges Material für Batterien zu erhalten, ist ein weiterer Reinigungsschritt unumgänglich. In diesem Schritt wird Lithiumhydrogencarbonat durch Zugabe von CO2 aufgelöst. Anschließend werden die verbleibenden, festen Verunreinigungen abfiltriert und das reine Lithiumcarbonat wieder ausgefällt, wobei das CO2 wieder freigesetzt wird.

Dieser Karbonisierungsschritt umfasst zwei gerührte Reaktionsschritte, erstens die Karbonisierung mit CO2 und zweitens die Zersetzung und Kristallisation von reinem Lithiumcarbonat.

Die Umwandlung der löslichen Lithiumverbindungen (Lithiumchlorid aus Sole, Lithiumsulfat aus Mineralgestein) in Lithiumcarbonat erfolgt sehr häufig in Leitrohrkristallern, die in diesem Fall nicht mit Verdampfung, sondern meist mit der Zugabe von Natriumcarbonat arbeiten. In einer parallelen Prozesslinie wird Natriumsulfat, in der Regel ebenfalls in Leitrohrkristallern, als Nebenprodukt veredelt und gereinigt

Lithiumcarbonat aus Sole:

Die gereinigte Lithiumchloridlösung wird mit Natriumcarbonat (Soda) behandelt, um Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) auszufällen.

LiCl + Na₂CO₃ -> Li₂CO₃ + 2 NaCl

Lithiumcarbonat aus Mineralgestein Spodumen:

Die Lithiumsulfatlösung wird mit Natriumcarbonat behandelt, um Lithiumcarbonat auszufällen.

Li₂SO₄ + Na₂CO₃ -> Li₂CO₃ + Na₂SO₄

Für diese Prozesse setzt EKATO seine effiziente Axialpumpe EKATO TORUSJET in den Leitrohrkristaller ein. Diese Lösung bietet verschiedene Vorteile:

Effizientere Axialströmung bis zu 30 %, was zu größeren Fördermengen führt.
Reduzierung des Stromverbrauchs um bis zu 30 %, was zu niedrigeren Betriebskosten führt.
Schonende Behandlung von Feststoffen zur Verbesserung der Partikelgrößenverteilung und der Produktqualität.
Zuverlässige Produktionsleistung und Produktqualität

Zusätzlich zum Rührwerk können wir durch Laborversuche in unserem eigenen Leitrohrkristaller und entsprechende CFD-Analysen zu einem effizienten Kristallerdesign beitragen.

Karbonisierung und Zersetzung sind zwei Schritte im Lithiumaufbereitungsprozess, die darauf abzielen, Verunreinigungen zu entfernen und das Lithium in eine Form zu bringen, die weiter gereinigt und kristallisiert werden kann.

Bei der Karbonisierung wird der Lithiumlösung Kohlendioxid oder ein Karbonatsalz zugesetzt, das mit unerwünschten Metallionen reagiert und unlösliche Ausfällungen bildet. Für diesen Schritt kann ein Kombi-  Begasungsreaktor verwendet werden, der den Vorteil hat, dass das CO2 aus dem Zersetzungsschritt recycelt wird.

Das EKATO Kombi-Begasungs-System kann an nahezu jede Behälterkonfiguration und -größe angepasst werden.

Während der Zersetzung wird die Lösung erhitzt, um alle verbleibenden löslichen Lithiumverbindungen, wie Sulfate oder Chloride, aufzuspalten und Lithiumoxid freizusetzen. Das Lithiumoxid kann dann in Wasser aufgelöst und mit einer Säure neutralisiert werden, um eine reine Lithiumlösung zu erhalten. Diese Lösung kann dann kristallisiert werden, um hochwertiges Lithiumcarbonat oder -hydroxid zu erhalten. Das bei der Zersetzung freigesetzte CO2 wird recycelt, indem es in den vorherigen Karbonisierungsprozess zurückgeführt wird, wo es durch das EKATO Combined Gassing System umgesetzt wird.

Für diesen Zersetzungs- und Kristallisationsprozess setzt EKATO auf Rührwerke mit dem hocheffizienten EPOX-R, der zahlreiche Vorteile bietet:

• Sehr gute Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung
• Hoher lokaler Stromverbrauch
• Effiziente Kristallisation für hochreines Lithiumcarbonat
• Optimierte CO₂-Rezirkulationsstrategien

1. Aufkonzentrierung und Primärkristallisation von Lithiumhydroxid-Monohydrat

• Beschreibung des Verfahrens: Die Lithiumhydroxidlösung wird anschließend durch Eindampfen konzentriert, um eine gesättigte Lösung zu erhalten. Das Lithiumhydroxid-Monohydrat (LiOH-H₂O) wird durch weiteres Verdampfen oder Abkühlen der Lösung auskristallisiert.
• Verwendung eines Leitrohrkristallers: Hier wird typischerweise ein Leitrohrkristaller eingesetzt. Der Leitrohrkristaller gewährleistet eine kontrollierte Kristallisation von Lithiumhydroxid-Monohydrat durch kontinuierliche Zirkulation und gleichmäßige Temperaturverteilung. Dies führt zu einer einheitlichen Kristallgröße und erleichtert die Trennung der Kristalle von der Mutterlauge.

2. Aufreinigung durch Umkristallisation

• Beschreibung des Verfahrens: Das bei der Primärkristallisation gewonnene Lithiumhydroxid-Monohydrat kann noch Verunreinigungen enthalten. Um eine höhere Reinheit zu erreichen, kann das Lithiumhydroxid erneut in Wasser aufgelöst und einem Umkristallisationsprozess unterzogen werden. Dabei werden die Verunreinigungen aufgelöst und das gereinigte Lithiumhydroxid-Monohydrat kristallisiert erneut.
• Verwendung eines Leitrohrkristallers: Der Leitrohrkristaller ist auch in dieser Phase sehr nützlich. Er ermöglicht eine gleichmäßige Rekristallisation, indem er die Lösung umwälzt und für eine homogene Übersättigung und Temperaturverteilung sorgt. Das Ergebnis ist eine bessere Kontrolle der Kristallgröße und eine höhere Reinheit des Endprodukts.

3. Endkristallisation für hochreines Lithiumhydroxid-Monohydrat

• Beschreibung des Verfahrens: Besonders reines Lithiumhydroxid-Monohydrat wird für Anwendungen wie die Batterieherstellung benötigt. Daher kann eine zusätzliche Kristallisation durchgeführt werden, um das Produkt weiter zu reinigen und es auf die gewünschten Spezifikationen zu bringen.
• Verwendung eines Leitrohrkristallers: Der Einsatz eines Leitrohrkristallers ist auch in diesem Schritt von Vorteil, um hochreines Lithiumhydroxid-Monohydrat herzustellen. Dieser stellt sicher, dass die Kristalle gleichmäßig und frei von Einschlüssen oder Verunreinigungen sind, indem er die Kristallisationsbedingungen genau kontrolliert. Durch die kontinuierliche Strömung im Kristaller wird auch die Gefahr der Agglomeratbildung verringert.

• Effiziente Zirkulation und Wärmeübertragung fördern ein gleichmäßiges Kristallwachstum.
• Bessere Kontrolle der Kristallgröße und Partikelgrößenverteilung
• Geringeres Risiko von Ablagerungen und Anbackungen führt zu einem effizienteren und stabileren Betrieb
• Energieeffizient

Insgesamt ist der Leitrorkristaller ein wichtiger Bestandteil der Anlage für die Herstellung von hochreinem Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid-Monohydrat, das sich durch seine Fähigkeit zur kontrollierten Kristallisation und effizienten Reinigung auszeichnet.

Aufkonzentrierung, Laugung und Neutralisation

Bei der Herstellung von Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid-Monohydrat aus Spodumen ist den oben genannten Fällungs- und Reinigungsschritten ein weiterer wichtiger Prozessschritt vorgeschaltet, bei dem unsere Rührwerke von großer Bedeutung sind:

Die Umwandlung des Spodumenkonzentrats in Lithiumsulfat. Hier spielen  Rührwerke eine wesentliche Rolle bei der Auslaugung und der anschließenden Neutralisation.

Das geröstete β-Spodumen wird mit Schwefelsäure (H₂SO₄) bei hoher Temperatur ausgelaugt, um Lithium in Lithiumsulfat (Li₂SO₄) umzuwandeln, wobei andere Mineralien als unlösliche Rückstände zurückbleiben.

beta-Spodumen + H₂SO₄ -> Li₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + SiO₂

Das Lithiumsulfat wird in Wasser aufgelöst, so dass eine Lithiumsulfatlösung entsteht.

Mit jahrzehntelanger Erfahrung in den verschiedenen Auslaugungsprozessen sorgen unsere Rührwerke für eine effiziente und leistungsstarke Durchmischung, um die Feststoffe in Suspension zu halten und die Auslaugungsreaktion zu verbessern. Unsere Rührwerke sind speziell für die sehr korrosiven und abrasiven Bedingungen, sowie die hohen Temperaturen ausgelegt, welche eine möglichst lange Lebensdauer des Equipments gewährleistet. Die Rührwerke werden so ausgelegt, um Ablagerungen im Inneren des Behälters auf ein Minimum zu reduzieren und gewährleisten eine gleichmäßige Temperaturverteilung.

Die wachsende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und die begrenzte Verfügbarkeit von Lithium-Ressourcen haben einen Anreiz für die Entwicklung effizienter und nachhaltiger Methoden zum Recycling von Lithium aus gebrauchten Batterien geschaffen.

Immer mehr Methoden werden entwickelt, um Lithium aus recycelten Elektrofahrzeugbatterien zurückzugewinnen. Dabei werden hydrometallurgische Prozesse genutzt, die auf dem aktiven Material, der sogenannten Schwarzmasse, basieren.

EKATO ist einer der führenden Anbieter für kundenspezifische Rührwerke und Mischlösungen in hydrometallurgischen Prozessen. Dieses umfangreiche Know-how kann übertragen werden und verhilft Ihrem chemischen Batterierecyclingprojekt zu schnellem Erfolg.