SCHOTT solutions Nr. 2/2016 > Produkte und Know-how

Lithiumgewinnung in Südamerika
Lithiumgewinnung in Südamerika: In großen Becken lässt man Salzwasser verdunsten, bis nur noch eine konzentrierte Salzlösung übrig bleibt. Anschließend wird daraus Lithiumcarbonat extrahiert. Foto: Getty Images

Lithium – begehrt wie nie


Der Schlüsselrohstoff Lithium steckt nicht nur in Lithium-Ionen-Akkus. Auch CERAN® Kochflächen und andere Produkte aus Glaskeramik verdanken ihm ihre besonderen Eigenschaften. Die rasant steigende Nachfrage nach Lithium lässt den Rohstoffpreis in die Höhe schnellen.


Dr. Uta Neubauer

In der Welt der chemischen Elemente nimmt Lithium eine Sonderstellung ein. Im ­Periodensystem steht es an dritter Stelle hinter den Gasen ­Helium und Wasserstoff und ist somit das erste feste ­Element. Zugleich ist es das leichteste Metall überhaupt. Auf dem Rohstoffmarkt gilt Lithium momentan ebenfalls als Ausnahmeerscheinung, denn während viele Metalle unter Druck geraten, explodieren die ­Preise für Lithium. Der Grund: Batteriehersteller kaufen den Markt leer, um Lithium-Ionen-Akkus für Elektro­fahrzeuge, Smartphones und andere mobile Geräte herzustellen. Auch in vielen weiteren Produkten – von Aluminiumlegierungen über Schmiermittel und Antidepressiva bis zu Erzeugnissen der Glas- und ­Keramikindustrie – spielt Lithium eine Schlüsselrolle.

SCHOTT verwendet Lithium in der Produktion von Glaskeramiken, etwa für CERAN® Kochflächen, ROBAX® Feuersichtscheiben für Kamine, ZERODUR® und für verschiedene Sicherheits- und Brandschutzgläser. „Unsere Glaskeramiken basieren auf einem Lithium-Aluminium-Silikat-System”, erklärt Dr. ­Martin Heming, Leiter Forschung und Entwicklung bei SCHOTT. „Die Glaskeramik wird zunächst wie Glas hergestellt, geschmolzen und in die entsprechende Form gebracht.” Dann folgt – anders als bei der Glasproduktion – eine Nachbehandlung bei 800 bis 900 Grad Celsius, bei der sich die charakteristischen Nanokristalle bilden.
Glasschmelze
Während der Glasschmelze vollzieht sich ein komplexer Prozess. Foto: SCHOTT/ C. Costard
In konventionellem Glas gelten Kristalle als ­Fehler, nicht so bei den Glaskeramiken, denn deren Lithium-Aluminium-Silikat-Kristalle besitzen außergewöhnliche Eigenschaften: Zum einen sind sie so winzig, dass sie Licht genauso brechen wie die Glasphase – die Glaskeramik bleibt daher trotz der Kristalle transparent. Technisch hochinteressant ist vor allem, dass sich die lithiumhal­tigen Kristalle bei Erhitzung zusammenziehen, statt sich auszudehnen wie das Restglas. Bei einem Kristallanteil von etwa 70 Prozent hebt die Kristallschrumpfung die Ausdehnung der Glasphase sogar komplett auf. Fachleute bezeichnen das als „thermische Nullausdehnung”. SCHOTT Glaskeramiken sind sowohl hochtemperatur- als auch hitzeschockbeständig. Selbst eine glühend heiße Glaskeramikplatte kann man in Eiswasser tauchen, ohne dass sie sich verzieht oder zerspringt.

Nicht nur Köche und Kaminbesitzer profitieren von den lithiumhaltigen Glas­keramiken. Auch das Brandschutzglas PYRAN® Platinum  wird daraus gefertigt, um im Brandfall hohe Temperaturen und ein plötzliches Abkühlen durch Löschwasser unbeschadet zu überstehen. In Teleskopen und anderen Messgeräten sowie in der Halbleiterproduktion kommen Glaskeramiken ebenfalls zum Einsatz, da sie aufgrund ihrer Nullausdehnung für besondere Präzision sorgen.
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Lithium Market by Sector: Forecast Global Growth Rates 2015 – 2025


Stärkere Nachfrage, höhere Preise


Bei der Auswahl der Rohstoffe für Glaskeramiken ist Sorgfalt geboten. „Die meisten Lithiumminerale besitzen nicht die Qualität, die wir für unsere Produkte brauchen”, sagt Dr. Heming. Die weltweit größten Abbaugebiete für Lithium liegen in Chile und Westaustralien. In Chile wird Lithium aus der Sole eines Salzsees in der Atacamawüste gewonnen, Australien wiederum verfügt über große mineralische Vorkommen. In zahlreichen weiteren Ländern, von Argentinien und China über Portugal bis Simbabwe, gibt es ebenfalls Abbaustätten. Wegen der steigenden Nachfrage ist vielerorts ein Ausbau der Kapazitäten geplant. Schnell hochfahren lässt sich die Produktion allerdings nicht, denn bis zur Inbetriebnahme neuer Anlagen vergehen noch ein bis zwei Jahre. Die Gewinnung aus Sole ist zudem ein langwieriger Prozess, da allein deren Aufkonzentrierung, die in großen Becken durch Sonnenwärme erfolgt, zwölf bis 18 Monate dauert.
Lithiumcarbonat
Lithiumcarbonat ist ein Schlüsselrohstoff für viele Glas- und Glaskeramikprodukte. Foto: SCHOTT/ A. Sell
Wegen der boomenden Elektromobilität prognostizieren Rohstoffexperten daher in den nächsten Jahren erhebliche Versorgungsengpässe. Damit werden die Preise für Lithiumverbindungen deutlich ansteigen. Die Preise für hochreines Lithiumcarbonat, eine industriell häufig verwendete Lithiumverbindung, schießen schon jetzt in die Höhe, teilweise auf mehr als das vierfache Niveau. Mit dem Ausbau der Produktionskapazitäten in den nächsten Jahren dürfte sich der starke Preisanstieg wieder etwas beruhigen. Laut Analysten der Deutschen Bank wird er sich ab dem Jahr 2020 aber auf einem hohen Niveau einpendeln.

Zur Entspannung des Marktes könnte die Rückgewinnung von Lithium aus ausgedienten Akkus beitragen. Doch das Recycling sei kompliziert, betont Dr. Heming: „Es gibt zwar ein paar Pilotprojekte, aber noch keine industrietauglichen Verfahren.” Letztendlich werden auch die Batterien der Zukunft kaum ohne Lithium auskommen, genauso wie bei der Herstellung von Kochflächen, Feuersichtscheiben und Co. laut Dr. Heming kein Weg an Lithium vorbeiführt: „Für unsere Glaskeramiken brauchen wir ein kleines, hochpolares Ion, das sich optimal in den Kristall einpasst.” Einen Ersatz für den Sonderling Lithium hat das Periodensystem der chemischen Elemente nicht zu bieten. —
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