Qu’est-ce que le lithium ?
Le lithium est le plus petit élément métallique alcalin, avec un numéro atomique de 3 et un poids atomique de 6,941.
Il est l’un des métaux les plus mous, a un point de fusion bas et est très réactif, réagissant avec l’oxygène, l’eau et l’azote de l’air et s’oxydant facilement.
Utilisations du lithium
Le lithium a de nombreuses utilisations dans l’industrie de la céramique, y compris le verre et la céramique, où le composé de lithium, le carbonate de lithium, est utilisé comme modificateur dans les glaçures. Il est également utilisé comme additif dans le verre résistant à la chaleur et le verre optique.
Les piles au lithium sont des piles primaires et les piles lithium-ion sont des piles secondaires qui peuvent être rechargées et utilisées à plusieurs reprises, mais ces dernières années, les piles lithium-ion sont devenues de loin l’utilisation la plus courante.
Les batteries lithium-ion sont utilisées dans de nombreux appareils électroniques modernes tels que les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables et les véhicules électriques. Les batteries lithium-ion ont une densité énergétique élevée, une longue durée de vie, un poids léger, une grande efficacité de charge et un faible taux d’autodécharge. Ces propriétés font des batteries lithium-ion une source d’énergie essentielle dans la société moderne.
Le lithium, quant à lui, est utilisé dans les matériaux des réacteurs nucléaires, les catalyseurs de polymérisation pour la synthèse organique et comme composant d’alliage du magnésium et de l’aluminium. Comme il présente une réaction de flamme rouge vif, il est également utilisé comme matériau pour les feux d’artifice et comme déshumidificateur qui utilise sa réactivité avec l’humidité.
Propriétés du lithium
Le lithium est un métal doux, blanc argenté, qui se caractérise par le fait qu’il est le plus léger de tous les éléments métalliques. Dans la nature, il est largement répandu dans les minerais et les roches tels que le mica lithié, la pierre pédalée et la pierre lithiée.
Il est stable à l’air sec et ne s’oxyde pratiquement pas. Toutefois, en présence d’humidité, il réagit avec l’azote même à température ambiante, produisant des nitrures. Il brûle également pour former des oxydes lorsqu’il est chauffé.
Le lithium réagit violemment avec l’eau, même à température ambiante, pour produire de l’hydrogène, qui s’enflamme. Cependant, ce n’est pas aussi violemment que le potassium et le sodium, qui sont également des métaux alcalins. Son point de fusion est de 180°C et son point d’ébullition de 1330°C, le plus élevé des éléments métalliques alcalins.
Autres informations sur le lithium
1. Répartition du lithium
Le lithium est largement répandu sur la terre, mais en raison de sa réactivité extrêmement élevée, il n’existe pas sous forme de lithium, mais sous la forme de différents composés. Il représente 0,004 % des constituants de la croûte terrestre et peut être extrait des saumures des lacs salés ou raffiné à partir des minerais suivants.
- Amblygonite (2LiF, Al2O3 et P2O5)
- Spodumène (Li2O, Al2O3 et 4SiO2)
- Pétalite (Li2O-Al2O3-8SiO2)
- Lépidolite (K(Li,Al)3(Al,Si,Rb)4O10(F,OH)2)
2. Méthodes de production du lithium
Le lithium est extrait des minerais et des saumures, mais comme il n’est pas à l’état solide lorsqu’il est extrait, les composés de lithium présents dans les minerais et les saumures peuvent être convertis en carbonate de lithium, puis électrolysés pour produire du lithium solide, comme décrit ci-dessous.
Extraction du carbonate de lithium des minerais
Après le grillage et le broyage du minerai, de l’acide sulfurique est ajouté et chauffé pour produire une solution de sulfate de lithium. Du carbonate de sodium et de l’hydroxyde de calcium sont ajoutés à la solution de sulfate de lithium pour éliminer les impuretés telles que le fer et l’aluminium.
La solution de sulfate de lithium réagit avec du carbonate de sodium pour précipiter le lithium sous forme de carbonate de lithium, qui est ensuite lavé et séché.
Extraction du carbonate de lithium de la saumure
La saumure contenant du chlorure de lithium est séchée au soleil pour concentrer le chlorure de lithium. On y ajoute du carbonate de sodium pour précipiter le carbonate de lithium, qui est ensuite lavé et séché.
Production de lithium simple (lithium métallique) à partir de carbonate de lithium
Le carbonate de lithium obtenu à partir de minerais et de saumures réagit avec de l’acide chlorhydrique pour former du chlorure de lithium. Du chlorure de potassium est ajouté à ce chlorure de lithium et fondu à haute température pour l’électrolyse, ce qui entraîne la précipitation de lithium liquide à la cathode et de chlore à l’anode.
Seul le lithium liquide peut être récupéré pour obtenir du lithium autonome. Le chlorure de potassium a un potentiel de décomposition plus élevé que le chlorure de lithium et est donc utilisé comme solvant pendant l’électrolyse.