리튬(Lithium) 광상과 주요 광석

리튬(lithium)은 근래 휴대전자기기와 전기차을 위한 이차전지로써 리튬 이온 배터리(LIB, Lithium-Ion Battery)에 주로 사용되고 있습니다. 이 외에도 유리, 세라믹의 용해점을 낮추는데 사용하는 용제(플럭스, flux) 등으로 이용되고 있습니다. 최근에 이차전지의 수요가 증가함에 따라 리튬 생산량을 늘려가고 있으며, 폐배터리에서 다른 유가 금소들(valuable metals)을 회수하면서 부산물로 생산되기도 합니다. 주로 규산염 광물(스포듀민, 레피도라이트, 페타라이트) 혹은 리튬이 부화되어 있는 염호 등에서 발견됩니다.

 

Lithium Deposit: 리튬 광상

 

아래는 리튬이 있는 광상과 대표적인 광물들을 나타낸 것입니다. 리튬 광산은 다음과 같이 주로 두 개의 광상, brine(염호)과 hard rock(광석)에서 생산 및 공급되고 있습니다.

 

Lithium deposit

(1) Brine deposits

 

리튬이 부화된 지표의 염수나 지하의 대수층에 용해되어 있는 리튬을 추출합니다. 아르헨티나, 볼리비아와 칠레(Lithium Triangle) 및 미국 서부 등의 대륙 내부에 발달하였습니다. 특히, 볼리비아의 우유니 소금 호수(Salar de Uyuni)의 경우 전 세계 리튬 매장량의 절반 정도가 존재하는 것으로 알려져 있습니다.

 

(2) Hard rock deposits

 

거정질 화강암 내에 리튬 광석광물이 부화되는 유형이며, 주석(Sn), 탄탈럼(Ta) 등이 주요 부산물로 산출됩니다. 서호주(Greenbushes), 캐나다(Tanco mine) 및 짐바브웨(Bikita) 등에 가행 중인 대규모의 광산들이 존재합니다.

 

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Major Lithium Ore: 주요 리튬 광석

 

(1) Silicate ore

 

대부분의 리튬광석은 규산염 형태(혹은 알루미노규산염)이며, 아래의 스포듀민(spodumene)과 같이 Li₂O-Al₂O₃-xSiO₂의 화학성분을 가지고 있습니다. 스포듀민의 변질 광석인 유크립타이트(eucryptite, LiAlSiO₄) 외에 정장석류(orthoclase, LiAlSi₃O₆) 페타라이트(petalite, LiAlSi₄O₈) 등이 있습니다. 이 중, 리튬의 주광석이 되는 스포듀민은 결정형태에 따라서 α-spodumene과 β-spodumene으로 나누어지는데, 900℃ 이상에서 α 형태가 β 형태로 전환되는 특징이 있습니다.

 

Spodumene

Silicate

화학성분: LiAlSi₂O₆

리튬의 추출을 위하여 가장 많이 가공되는 규산염 광석.

순수한 스포듀민은 약 8%의 리튬을 함유.

Petalite

Silicate

화학성분: LiAlSi₄O₁₀

순수한 페타라이트는 약 5%의 리튬을 포함.

 

 

 

 

 

(2) Lithium Mica ore

 

리튬 운모는 불순물(철, 루비듐, 탄탈럼 등)이 많이 포함되어 있어 분리 공정에 어려움이 있으며, 환경적으로 문제가 있을 수 있습니다. 대규모 광상이 거의 없으나 꾸준히 개발되고 있는 중요한 리튬 원료입니다. 대표적으로 레피도라이트(lepidolite)와 진왈다이트(zinnwaldite)가 있습니다.

 

Lepidolite

Li-Mica

화학성분: K(Li,Al)₃(Al,Si)₄O₁₀(F,OH)₂

순수한 레피도라이트는 약 5%의 리튬을 포함.

Zinnwaldite

Li-Mica

화학성분: KLiFeAl(AlSi₃)O₁₀(F,OH)₂

레피도라이트와 유사하며, 레피도라이트에 비해 철 및 불순물이 다량 포함된 형태.

 

 

 

 

 

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Lithium Production: 리튬 생산

 

리튬을 원료로부터 생산 방법은 원료의 형태(염호 혹은 광석)에 따른 차이가 있을 뿐, 광석끼리의 차이는 거의 없습니다. 생산 방법에 대한 내용은 아래의 글을 참고하시기 바랍니다.

 

- Solar evaporation

- Direct Lithium Extraction (DLE)

- Hard rock mineral processing