Tests et techniques relatifs au lithium

Sources géologiques de lithium

Pegmatites

On pense que les pegmatites se forment à partir : 1) de magmas granitiques au stade final de la cristallisation, ou 2) en raison de la fusion partielle de roches crustales. Dans les deux cas, la composition de la roche-source ou de la roche-mère doit contenir des fluides résiduels, riches en éléments comme le fluor, le phosphore et le bore, qui ne sont pas facilement incorporés dans les masses fondues. Ces éléments, en présence d'une forte teneur en eau, réduisent la température de solidus, la viscosité et la densité (Bradley et McCauley, 2013). Ces conditions conduisent à la formation relativement rapide de roches ignées mégacristes. Les pegmatites à lithium-caesium-tantale (LCT) abritent généralement des minéraux minéralisés contenant du lithium, comme le spodumène, la pétalite et la lépidolite. Les pegmatites LCT sont généralement associées à des granites de type S peralumineux. L'étain et le rubidium sont aussi fréquemment associés aux gisements de Li.

Méthodes d'analyse suggérées :

MA270 - ICP-ES-MS multiacide, 41 éléments

MA370 - ICP-ES multiacide, 23 éléments

PF370 - Fusion de peroxyde ICP-ES, 17 éléments

Tableau 1 : Minéraux lithifères les plus courants et les plus économiques dans les gisements pegmatitiques

Minéral	Formule	FAMILLE	Li (%)
Spodumène	LiAlSi2O6	Pyroxène	3,7
Lépidolite	K2(Li)3-4Al8-5Si6-8O20(F,OH)4	Mica	1,4 - 3,6
Groupe mica	X2Y4-6Z8O20(OH,F)4	Mica	1,4 - 3,6
Groupe mica	X = K, Na, Ca, Ba, Rb, Cs	Mica	1,4 - 3,6
Groupe mica	Y = Al, Mg, Fe, Mn, Cr, Ti, Li	Mica	1,4 - 3,6
Groupe mica	Z = Al, Si	Mica	1,4 - 3,6
Pétalite	LiAlSi2O10	Feldspathoïde	1,6 - 2,3
Amblygonite	(Li,Na)Al(PO4)(F,OH)	Amblygonite	3,4 - 4,7
Triphylite-lithiophilite	Li(Fe,Mn)PO4	Triphylite	4,4

Hectorite et autres argiles

L'hectorite est une smectite de magnésium et de lithium associée à la bentonite. Le plus grand gisement connu se trouve dans le complexe de la caldeira McDermitt, à la frontière entre le Nevada et l'Oregon, aux États-Unis, où il se présente sous la forme d'une série de lentilles allongées. On trouve aussi des argiles d'hectorite dans plusieurs autres régions de l'ouest des États-Unis et du Mexique. On pense que le minéral se forme par altération hydrothermale d'unités sédimentaires volcaniclastiques riches en lithium.

D'autres gisements d'argile lithique comprennent :

1. Le gisement supergénique volcanique de Macusani au Pérou. La minéralisation est logée dans un tuf altéré et contient des teneurs en Li allant jusqu'à 0,75 % de Li₂O, (ainsi que jusqu'à 1 % de U₃O₈).
2. Le gisement sédimentaire de Rhyolite Ridge dans le Nevada, aux États-Unis. Le lithium est logé dans la searlésite, un minéral de sodium-boron-silicate, ainsi que dans d'autres minéraux argileux.

Méthodes d'analyse suggérées :

AQ250-EXT - Trousse étendue, 53 éléments, 0,5 g

MA270 - ICP-ES-MS multiacide, 41 éléments

MA370 - ICP-ES multiacide, 23 éléments

PF370 - Fusion de peroxyde ICP-ES, 17 éléments

Saumures

Continentales

Les saumures sont des solutions hautement salines souvent riches en Li, Mg, Ca, K, Na, SO₄ et autres éléments qui forment généralement des sels solubles. On pense que la source du lithium dans les saumures continentales est due aux interactions des eaux souterraines météoriques avec les roches volcaniques. Ces eaux sont contenues dans un bassin de drainage fermé et remontent à la surface au point le plus bas du bassin. Les lacs salés (playa ou salar) se forment dans les climats arides où l'évaporation est supérieure aux précipitations. Ils précipiteront le Li sous forme de chlorure et la concentration dépendra du taux d'évaporation par rapport à la recharge en eau douce.

Les ressources de saumure de lithium les plus riches sont situées dans les salars de haute altitude du nord du désert d'Atacama en Argentine, en Bolivie et au Chili. Le lithium est également extrait de saumures en Chine et au Tibet et de saumures souterraines en Californie et au Nevada. Les teneurs des saumures productrices varient beaucoup, de 3 000 à 100 mg/L. Le minéral est généralement extrait là où se trouvent les saumures, qui sont pompées à la surface et concentrées par évaporation.

Géothermales

Des solutions salines chaudes, mues par la chaleur géothermique, circulent à travers les roches hôtes et lixivient des traces de métaux alcalins, dont le lithium. L'extraction de Li à partir de saumures géothermales est actuellement limitée, mais étant donné la popularité de ce métal, la production à partir de cette source est susceptible d'augmenter. À titre d'exemple, la saumure de la centrale géothermale de Salton Sea contient du Li d'une teneur de 200 pm.

Méthode d'analyse suggérée :

ICPTV-W - Analyse des échantillons de saumure pour les métaux totaux ou dissous

Minéralogie

Le lithium peut être distribué dans une gamme de minéraux au sein d'un même gisement, ce qui influence grandement le potentiel économique et les décisions d'investissement. De plus, la pureté et la connaissance des impuretés sont d'une importance capitale pour le lithium lorsqu'on cherche des marchés.

Diffraction des rayons X (XRD)

Le schéma XRD d'un échantillon d'exploration de roche dure contenant 0,24 % de Li (par dosage chimique) est présenté ci-dessous. La XRD identifie clairement le minéral primaire porteur de Li (spodumène) à une concentration de 4 % en poids. Cependant, il faut noter que la XRD ne peut pas détecter avec précision les éléments en solution solide, comme le Li dans les micas.

Qemscan/MLA

Dans la plupart des cas, la minéralogie automatisée utilisant QEMSCAN/MLA sera capable de déterminer le dépôt des éléments, cependant, il n'est pas possible de détecter le Li élémentaire en raison des limitations du détecteur.

Ablation au laser

Dans le tableau 2, le comportement du Li a été déterminé par une analyse ponctuelle ICP-MS par ablation au laser. Les résultats de l'ablation au laser indiquent que jusqu'à 30 % du contenu en Li est logé dans les micas. Ceci était indétectable par le QEMSCAN, la XRD ou l'analyse chimique et est une information critique pour déterminer les processus métallurgiques appropriés.

Tableau 2 : Analyse ponctuelle ICP-MS par ablation laser

Minéral	Li (%)	Cs (ppm)	Rb (ppm)	Ta (ppm)	Al (%)	Fe (%)	K (%)	Si (%)
Spodumène	4,0	0,4	1	30	14,9	0,1	< 0,1	29,4
Groupe mica	1,5	1340	27600	112	16,7	1,3	8,4	22,1
Feldspath potassique	< 0,1	620	16300	< 0,1	0,2	< 0,1	13,6	29,2
Plagioclase	< 0,1	< 0,1	6	< 0,1	11,2	17,3	< 0,1	31,2
Quartz	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1	46,8

Essais métallurgiques et élaboration de schémas de traitement

Saumures et évaporites

• Caractérisation des saumures et des évaporites (analyse chimique, QXRD, QEMSCAN)
• Essais de cristallisation - cristallisation contrôlée des sels
• Essais de flottation - amélioration des principaux minéraux lithiques par flottation ou flottation inverse
• Méthodes de valorisation - essais en usine pilote

Pegmatites

• Caractérisation minéralogique - XRD, QEMSCAN, ablation laser ICP-MS
• Essais de broyage
• Essai sur la teneur et essais de fractionnement par taille - possibilité de rejeter les fractions sous-économiques en fonction de leur taille
• Enrichissement par gravité - séparation des impuretés en fonction de la densité du minéral
• Valorisation par flottation - amélioration des principaux minéraux lithiques par flottation ou flottation inverse

Traitement du lithium à partir d'argiles

• Études systématiques de développement de processus pour l'amélioration et la récupération du lithium à partir de dépôts de lits de lacs secs
• Caractérisation des minéraux par analyse ponctuelle par ablation laser ICP-MS et XRD
• Analyse chimique de la teneur et analyse de la fraction granulométrique
• Optimisation du processus : torréfaction ; lixiviation à l'eau de la calcine et précipitation. Le procédé de torréfaction de la calcine et du gypse est appliqué pour convertir le lithium présent dans l'argile en sulfate de lithium soluble dans l'eau. Les impuretés de la solution de lixiviation sont éliminées par précipitation et échange d'ions. Le carbonate de lithium de haute pureté est précipité par l'ajout de carbonate de soude. Une récupération du lithium de plus de 80 % a été démontrée.

Références

Bradley, Dwight, and McCauley, Andrew, 2013, A preliminary deposit model for lithium-cesium-tantalum (LCT) pegmatites (ver. 1.1, December 2016): U.S. Geological Survey Open-File Report 2013–1008, 7 p.