Development of a Chloride Route for Lithium Extraction from Spodumene

Développement d'une voie chlorure pour la récupération du lithium contenu dans les minerais de spodumene Le lithium est un composant majeur des batteries Li-ion, utilisées dans la fabrication de nombreux appareils électroniques portables. La transition énergétique entraîne le passage des véhicules thermiques aux véhicules électriques et hybrides, qui repose principalement sur l'utilisation de batteries Li-ion pour le stockage réversible de l'énergie. Le développement des véhicules électriques basés sur la technologie lithium-ion est à l'origine d'une demande record de sel de lithium (principalement carbonate et hydroxyde de lithium). Le spodumène est la principale source de lithium à partir de minerais. Son traitement nécessite une transformation de phase de la forme α à la forme β, suivie d'un grillage conduisant à la formation d'un sel de lithium après des étapes de lixiviation, de purification et de récupération. Dans cette thèse, le concentré de spodumène de la région de Pilbara en Australie occidentale a été caractérisé pour le traitement thermique et hydrométallurgique. Le traitement thermique est responsable de la formation de fissures dans les grains qui deviennent plus visibles avec l'augmentation de la température. La désintégration du matériau, la fusion et l'agglomération avec les minéraux contenus dans la gangue ont également été observées en augmentant la température jusqu'à 1050 °C. Des énergies d'activation apparentes de 655±20 kJ mol-1 ont été calculées pour la transformation de l'α-spodumène, ce qui confirme une forte dépendance à la température pour les transformations polymorphes du spodumène. Par la suite, nous avons étudié une voie alternative aux méthodes conventionnelles (procédé à l'acide sulfurique) pour traiter le concentré de spodumène dans le but de réduire la consommation d'énergie élevée des étapes de transformation de phase et de grillage au sulfate. Pour ce faire, nous avons procédé à la chloration directe de l'α-spodumène avec du chlorure de calcium, suivie d'une lixiviation à l'eau du résidu pour récupérer le chlorure de lithium. L'analyse du résidu obtenu après lixiviation a indiqué que la forme α était le seul polymorphe présent, ce qui suggère que l'extraction se fait directement à partir de la phase α. Dans des conditions optimales, un traitement thermique à 1000 °C pendant 60 minutes du concentré de spodumène en présence de chlorure de calcium à un rapport molaire chlorure de calcium/spodumène de 2,0 est nécessaire pour extraire près de 90 % du lithium et récupérer 85 % dans la liqueur de lixiviation. Une énergie d'activation apparente d'environ 122±6 kJ mol-1 a été calculée pour des températures allant de 800 à 950 ℃. La liqueur obtenue après lixiviation a été purifiée par échange d'ions et extraction par solvant afin de récupérer du chlorure de lithium d'une pureté suffisante pour être considéré comme un précurseur dans la production de matériaux pour batteries au lithium-ion.