Hard rock lithium mineral processing

스포듀민(spodumene), 페타라이트(petalite), 레피도라이트(lepidolite) 등의 리튬 광석에서 리튬을 추출하기 위해서는 대부분 고온 혹은 고압, 강산 등의 혹독한 조건이 필요합니다. 그중에서도 스포듀민은 대부분의 리튬 광산에서 산출되는 광석입니다. 일반적으로 발견되는 α-스포듀민(결정 형태에 따라 α, β, γ로 나뉨)은 산과 알칼리에 대한 내성이 있기 때문에, 이들 시약에 대한 내성이 약한 β-스포듀민으로 상변화를 시킬 필요가 있습니다 (공정온도 1,000-1,100도에서 발생).

 

따라서, 현재 세계적으로 널리 적용되는 스포듀민의 공정은 상변화를 위한 가소(calcination)와 수용성 리튬 화합물을 형성시키기 위한 로스팅(roasting)을 중심으로 구성되어 있습니다 (즉, 2단의 열처리 과정이 필요).

 

· 가소(Calcination): 상변화를 위한 공정으로, 별도의 추가 시약없이 광석만을 가열(스포듀민 광석에만 해당)

· 로스팅(Roasting): 침출공정에 적합한 형태의 화합물을 형성하기 위한 공정으로, 황산(sulfuric acid)가 많이 사용되며 공정의 개선을 위해 다른 황화물, 염화물, 탄산화물 등의 시약이 연구됨

· 침출(Leaching): 로스팅 과정 중 형성된 화합물은 대부분 물에 용해 가능한 수용성 화합물이기에, 침출은 수침출(water leaching)인 경우가 많음

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기술동향: technological trends in hard rock processing

 

위의 글에서 보셨듯, 리튬 생산 공정의 메인은 두 단계의 열처리입니다. 이 과정에서 상당량의 에너지가 필요·소요되는데, 이는 리튬 광석의 처리 공정을 개선시켜야 되는 부분들 중 가장 우선시되는 부분입니다*. 따라서, 새로운 화합물을 형성함으로써 공정에 요구되는 온도, 압력 등을 낮추고, 친환경 에너지를 활용함으로써 탈탄소(탄소 중립)을 달성하려는 연구들이 이루어지고 있습니다.

 

여느 다른 광석과 마찬가지로 저품위 광석에 대한 처리법, 회수율(침출율 등)의 개선 또한 과제로 남아 있습니다.

 

*[참고] 이는 수십년째 직면하고 있는 문제이며, 가격 경쟁에서 상당한 우위를 보이는 염호에서 본격적으로 리튬을 생산한 이후로 많은 광산을 닫게 만든 것이기도 합니다. 이후 리튬 가격이 상승함에 따라, 다시 광석으로부터 리튬을 생산하기 시작하였습니다.

 

(1) Calix Electric Calcinator

 

가장 대표적인 사례로 Calix's Electric calcination이 있습니다. 해당 기술은 호주의 환경 기술 관련 기업인 Calix와 대표 스포듀민 정광 생산업체인 Pilbara minerals의 합작 아래 연구가 이루어지고 있습니다.

Calix flash calcination

 

해당 프로젝트를 통해 달성하고자 하는 궁극적인 목표는 아래와 같습니다.

 

· 친환경 에너지 사용: 일반적으로 화석 연료가 사용되는 로터리 킬른(rotary kiln)을 대신하여, 친환경 에너지만을 사용

· 저품위 정광, 미세입자의 광석 장입: 전체 공정의 리튬 회수율을 상승