„Solche Reinigungsprozesse spielen eine wichtige Rolle auf dem Weg zu hochreinen Lithiumsalzen, die bei der Produktion von Lithiumbatterien und Lithiumionen-Akkumulatoren benötigt werden“, erklärt Dirk Steinhilber, Technical Markting Manager im Geschäftsbereich Liquid Purification Technologies von Lanxess.

Ökonomische Enthärtung verdünnter Lithiumsolen
Gegenüber der traditionellen Feinreinigung von Lithiumsolen, die vor allem auf Fällungsoperationen beruht, bringt der Einsatz von Ionenaustauschern mehrere Vorteile. Steinhilber erläutert: „Sowohl der Investitions- als auch der Zeitbedarf für die Calciumentfernung liegt signifikant niedriger, wenn Ionenaustauschprozesse genutzt werden.“

Das makroporöse Lewatit TP 308 wurde speziell für die Behandlung niedrig konzentrierter Lithiumsalzlösungen (cLi < 2 g/l) entwickelt, die Alkali-, Erdalkali- und Schwermetalle in relativ hohen Konzentrationen von 100 mg bis zu mehreren Gramm je Liter enthalten. Solche Lösungen fallen zum Beispiel im Zuge der Aufarbeitung geothermischer Solen nach der Desorption vom primären Adsorbermaterial an.

Die Entfernung der mehrwertigen Ionen – vorrangig Calcium – aus solchen Lösungen gelingt sehr effizient bei niedrigem Schlupf und aufgrund der hervorragenden Austauschkinetik auch bei hohen Flussraten. Gleichzeitig ist der Druckabfall relativ gering. Laboruntersuchungen belegen die überlegene Leistung von Lewatit TP 308 im Vergleich zu verschiedenen Wettbewerberprodukten.

Das Harz zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Totalkapazität von mehr als 4,3 eq/l (Äquivalenten pro Liter) aus. Dies führt zu längeren Standzeiten und somit größeren Zeitabständen zwischen den Regenerierphasen als bei Standardharzen. Damit sinkt der spezifische, also auf die Betriebszeit bezogene Bedarf an Regenerierchemikalien. Insgesamt ergibt dies ein Plus an Anlagenverfügbarkeit bei geringeren Betriebskosten. „Eine speziell modifizierte Polymerstruktur des Harzes sorgt für eine lange Lebensdauer auch bei häufiger Regeneration und macht das Verfahren ökonomisch noch attraktiver“ betont Steinhilber.

Maßgeschneiderte Harze für unterschiedliche Lithiumkonzentrationen
Auch für die Reinigung konzentrierter Lithiumsalzlösungen bietet Lanxess maßgeschneiderte Ionenaustauscherharze, die den Anwendungsbereich von Lewatit TP 308 ergänzen bzw. erweitern.

So können die monodispersen Harze Lewatit MonoPlus TP 208 und Lewatit MonoPlus TP 260 eingesetzt werden, um zweiwertige Ionen, namentlich Calcium, Magnesium, Strontium und Barium, im Konzentrationsbereich von 1 - 100 mg/l aus Solen mit typischerweise 10 g/l Lithiumgehalt zu entfernen. Dabei eignet sich Lewatit MonoPlus TP 208, ein Harz mit chelatisierenden Iminodiessigsäure (IDA)-Gruppen, bevorzugt für Lithiumchlorid- und  sulfatlösungen, während Lewatit MonoPlus TP 260 mit Aminomethylphosphonsäure (AMPA)-Gruppen bei der Behandlung von Lithiumhydroxidlösungen die höchste nutzbare Kapazität besitzt.

Neben den monodispersen Harztypen der Reihe MonoPlus bietet Lanxess auch MDS-Typen dieser beiden Harze an, deren Polymerkügelchen mit ca. 0,4 mm Durchmesser kleiner sind als die der Standardtypen mit 0,6 - 0,7 mm. Als Folge der deutlich größeren spezifischen Oberfläche zeigen MDS-Harze eine beschleunigte Austauschkinetik und eine signifikant höhere nutzbare Kapazität. Sie sind außerdem sowohl osmotisch als auch mechanisch stabiler.

Sie ermöglichen es, Verunreinigungen nahezu vollständig zu entfernen. So bleiben zum Beispiel in einer konzentrierten Lösung von Lithium- und Natriumchlorid, die 10 ppm Calcium enthält, nach der Behandlung mit Lewatit MDS TP 208 nur Calciumspuren im ppb-Bereich zurück.

So erhaltene, hochreine Lithiumsalzlösungen werden vor allem bei der elektrolytischen Gewinnung von Lithiumverbindungen benötigt, um die Membranen der Elektrolysezellen vor Ablagerungen und Verblockung zu schützen.