Direct Lithium Extraction (DLE)

리튬은 흔히 brine deposit인 염호(salt lake)와 hard rock deposit인 광물로부터 생산됩니다. 이 두 가지의 광상은 각기 다른 성질을 가지고 있는데, 서로를 비교해보았을 때 아래와 같은 대표적인 단점이 있습니다.

 

(1) Brine deposit: 농축을 위한 증발 과정이 필요하며, 이는 생산기간이 길어지고 환경적인 요소에 영향을 많이 받음

(2) Hard rock deposit: 산/알칼리 등의 시약에 대한 광석의 저항을 낮추기 위해, 별도로 고온에서 처리할 필요가 있으며 생산단가가 높아지는 주요 원인

 

또한, 공통적으로 환경에 좋지 않은 영향을 미칩니다 (광석의 경우 일반 광산개발과 같으며, 염호 또한 농축을 위해 지하에서 퍼 올릴 필요가 있음). Direct Lithium Extraction (DLE)는 brine deposit으로부터 친환경적으로 리튬을 추출하기 위한 방법으로 현재 일부 상용목적으로 사용되는 공정입니다.

 

DIRECT LITHIUM EXTRACTION: DLE

 

DLE는 리튬을 함유하고 있는 염호로부터 리튬을 선택적으로 추출하기 위해 제안된 공정이며, 현재 다른 상용공정들과 마찬가지로 탄산리튬(Li₂CO₃), 염화리튬(LiCl), 수산화리튬(LiOH) 등으로 최종 생산합니다.

 

염수는 별도의 농축과정 없이 추출공정으로 보내지며, 추출은 이온 교환 레진과 같은 흡착 등의 방법으로 이루어집니다. 따라서, 농축을 위한 넓은 면적(pond 등)이 필요없고, 리튬을 선택적으로 추출한 뒤 염수는 나머지 성분을 대부분 포함한 채로 원래 있던 곳(대수층)으로 보내집니다. 따라서, 대수층 내에 존재하는 양의 손실이나 환경적으로 미치는 영향이 적습니다. 레진은 리튬을 염화리튬(LiCl)의 형태로 추출-탈거하며, 배터리 등급의 리튬을 생산하기 위하여 용출액(eluate)은 역삼투압, 증발 등을 통해 농축됩니다.

 

(1) Main DLE technologies

 

· Adsorption: 물리적으로 염화리튬을 흡착제(sorbent)의 표면에 흡착

· Ion exchange: 수용액 내의 리튬이온과 수소 이온(proton) 혹은 다른 양이온과 교환 (리튬의 탈거와 회수를 위해 흔히 산 용액이 사용)

· Solvent extraction*: 유기용매를 이용하여 염화 리튬 혹은 리튬 이온을 추출

*[참고] 용매추출 - 금속회수를 위한 용매추출법과 주요용어

 

Main DLE technologies

 

(2) DLE & Refining companies: DLE & 정제기술 회사

 

[참고] 아래의 그림은 글 작성일 기준으로 DLE & 정제기술을 개발중인 회사들의 기술 단계(Lab-Pilot-Demo-Commercial level)와 주력으로 개발하고 있는 정제기술(adsorption-ion exchange-solvent extraction-(electro-) membrane-electro chemical)을 나열한 것입니다.

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DLE 공정의 장점

 

앞서 설명되었다시피, 기존의 공정들과 비교하였을 때 환경적인 측면이 가장 큰 장점입니다. 이외에도 선택적인 리튬 추출을 바탕으로 한 여러 이점이 있으며, 이는 아래와 같습니다.

 

· 물 사용량 절감 및 리튬 추출 후 대수층 충진

· 저품위 광상으로부터 경제적인 리튬 추출이 가능: 리튬의 선택적인 추출로 길고 복잡한 정제 공정의 필요성이 적음

· 낮은 탄소발자국 및 공정상 발생하는 폐기물 양 감소

· 기존의 리튬 생산 공정(염호)보다 짧은 생산 기간: 기존 염호에서 리튬을 생산하기 위한 방법(농축 포함)은 일반적으로 12-18개월으로 알려져있음

· 회수율에 영향을 미치는 불순물을 걸러낼 수 있음: 기존 공정의 정제공정은 침전을 통해 이루어지는 경우가 있으며, co-precipiation 등은 리튬 회수율/순도를 떨어트릴 수 있음

 

한편, 염호마다 화학조성의 차이가 심하기 때문에 여러 환경에서의 테스트가 필요하며 다른 공정에 비해 개발기간이 짧아 기술적인 문제가 있을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, DLE는 환경적 & 경제적 측면을 모두 만족시킬 수 있는 기술이며, 염호 광상의 지속가능한 개발을 가능하도록 해줄 것으로 보입니다.