SEMANA 12 Y SEMANA 13: PROCESO DE ESTRACCION DEL LITIO Y PROCESO DE BENEFICIO (RESUMEN DEL TEMA Y ABJUNTO DE ARCHIVOS)

                     

                                            
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                                            RESUMEN:

  PROCESO DE ESTRACCION DEL LITIO Y PROCESO DE BENEFICIO

Extracción de litio a partir de salmueras

Las salmueras ricas en litio, que contienen cloruro de litio (LiCl) disuelto, son la fuente principal en el "Triángulo del Litio" (Chile, Argentina, Bolivia). Este método representa aproximadamente el 60% de la producción mundial de litio.

a. Extracción

• Perforación y bombeo:
• Se perforan pozos de 100-300 metros de profundidad en los salares para acceder a los acuíferos subterráneos que contienen salmuera. Bombas de alta capacidad extraen la salmuera a razón de 20-100 litros por segundo, dependiendo de la operación.
• La salmuera tiene concentraciones de litio que varían entre 200-2000 ppm (partes por millón), junto con otros iones como sodio (Na⁺), potasio (K⁺), magnesio (Mg²⁺), calcio (Ca²⁺) y cloruro (Cl⁻).
• Almacenamiento en piscinas de evaporación:
• La salmuera se transfiere a piscinas poco profundas (1-2 metros) de gran superficie (hasta 1 km² por piscina). Estas piscinas están revestidas con geomembranas para evitar filtraciones.
• La evaporación solar elimina el 90-95% del agua en 12-24 meses, dependiendo del clima (temperatura, radiación solar, viento). Por ejemplo, en el Salar de Atacama (Chile), la evaporación puede ser de 5-10 mm/día.
• Durante este proceso, se concentran sales de cloruro de sodio (NaCl) y cloruro de potasio (KCl), que precipitan primero debido a su menor solubilidad.

b. Beneficio (procesamiento)

• Eliminación de impurezas:
• Magnesio: El magnesio (Mg²⁺) es una impureza crítica porque forma compuestos insolubles con el litio. Se elimina añadiendo cal (Ca(OH)₂) para precipitar hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂): Mg2++2Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+2Ca2+Mg^{2+} + 2Ca(OH)_2 \rightarrow Mg(OH)_2 \downarrow + 2Ca^{2+}Mg2++2Ca(OH)2​→Mg(OH)2​↓+2Ca2+
• Calcio y sulfatos: Se añaden pequeñas cantidades de carbonato de sodio (Na₂CO₃) o sulfato de sodio (Na₂SO₄) para precipitar carbonato de calcio (CaCO₃) o sulfato de calcio (CaSO₄).
• Precipitación de carbonato de litio:
• La salmuera concentrada, con un contenido de litio de ~6 g/L, se trata con carbonato de sodio (Na₂CO₃) en reactores a 80-90°C para precipitar carbonato de litio (Li₂CO₃): 2LiCl+Na2CO3→Li2CO3↓+2NaCl2LiCl + Na_2CO_3 \rightarrow Li_2CO_3 \downarrow + 2NaCl2LiCl+Na2​CO3​→Li2​CO3​↓+2NaCl
• El carbonato de litio tiene una solubilidad baja (~13 g/L a 20°C), lo que permite su separación como sólido.
• Filtración, lavado y secado:
• El precipitado se filtra mediante filtros prensa o centrífugas, se lava con agua desionizada para eliminar trazas de cloruros y se seca a 100-120°C.
• El producto final es carbonato de litio con una pureza de 99,5% o superior, apto para baterías (grado "battery grade").
• Producción de hidróxido de litio (opcional):
• Para obtener hidróxido de litio (LiOH·H₂O), el carbonato de litio se disuelve en agua y se trata con hidróxido de calcio (Ca(OH)₂): Li2CO3+Ca(OH)2→2LiOH+CaCO3↓Li_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2LiOH + CaCO_3 \downarrowLi2​CO3​+Ca(OH)2​→2LiOH+CaCO3​↓
• Alternativamente, se usa electrólisis para convertir cloruro de litio (LiCl) en hidróxido de litio.
• El hidróxido de litio es cada vez más demandado para baterías de alto rendimiento (por ejemplo, en vehículos eléctricos).

c. Rendimiento y eficiencia

• Rendimiento: Se recupera aproximadamente el 50-60% del litio contenido en la salmuera, debido a pérdidas durante la evaporación y la precipitación.
• Consumo de agua: Se requieren 1-2 millones de litros de agua por tonelada de carbonato de litio, lo que genera preocupaciones en regiones áridas.
• Tiempo: El proceso completo (evaporación + beneficio) puede tomar hasta 2 años, principalmente por la evaporación.

Extracción de litio a partir de rocas duras

Etapa	Subproceso	Descripción	Detalles Técnicos	Parámetros Clave	Observaciones
Extracción	Minado	Extracción de roca con espodumena mediante minería a cielo abierto o subterránea.	- Uso de explosivos para fragmentar roca. - Excavación con maquinaria pesada. - Ejemplo: Greenbushes (Australia) con 1-2% de Li₂O.	- Depósito: Espodumena (LiAlSi₂O₆). - Concentración inicial: 1-2% Li₂O.	- Tipo de minería depende de la geología del depósito. - Genera impacto ambiental por remoción de suelo.
	Trituración y molienda	Reducción del tamaño de la roca para liberar el mineral de litio.	- Chancadoras: Reducen roca a <10 cm. - Molinos de bolas: Partículas de 100-200 µm.	- Tamaño final: ~100-200 micrómetros.	- Facilita separación de espodumena de ganga (cuarzo, feldespato, mica).
Beneficio (Procesamiento)	Concentración	Separación de espodumena de otros minerales.	- Flotación por espuma: Uso de colectores (ácidos grasos) y espumantes. - Separación magnética/gravitacional: Elimina magnetita u otros minerales pesados.	- Concentrado: 6-8% Li₂O.	- Mejora la pureza del concentrado antes de calcinación.
	Tratamiento térmico (Calcinación)	Conversión de espodumena alfa a beta para mayor reactividad.	- Calentamiento en hornos rotatorios a 950-1100°C. - Reacción: LiAlSi2O6(α)→calorLiAlSi2O6(β)\text{LiAlSi}_2\text{O}_6 (\alpha) \xrightarrow{\text{calor}} \text{LiAlSi}_2\text{O}_6 (\beta)LiAlSi2​O6​(α)calor​LiAlSi2​O6​(β)	- Consumo energético: 15-20 GJ/t de concentrado. - Temperatura: 950-1100°C.	- Proceso intensivo en energía. - Fase beta es más susceptible a lixiviación.
	Lixiviación ácida	Extracción de litio mediante reacción con ácido sulfúrico.	- Mezcla con H₂SO₄ concentrado a 250-300°C. - Reacción: 2LiAlSi2O6+H2SO4→Li2SO4+Al2(Si2O5)2+H2O2LiAlSi_2O_6 + H_2SO_4 \rightarrow Li_2SO_4 + Al_2(Si_2O_5)_2 + H_2O2LiAlSi2​O6​+H2​SO4​→Li2​SO4​+Al2​(Si2​O5​)2​+H2​O	- Consumo de H₂SO₄: ~1,2 t/t de concentrado. - Temperatura: 250-300°C.	- Forma sulfato de litio (Li₂SO₄) soluble.
	Purificación	Eliminación de impurezas y precipitación del producto final.	- Disolución de Li₂SO₄ en agua. - Adición de Na₂CO₃ para precipitar Li₂CO₃ o Ca(OH)₂ para LiOH·H₂O. - Múltiples filtraciones y lavados.	- Impurezas eliminadas: Aluminio, hierro, sílice. - Pureza final: ≥99,5% (Li₂CO₃ o LiOH).	- Producto apto para aplicaciones industriales (baterías).
	Producto final	Obtención de compuestos de litio de alta pureza.	- Carbonato de litio (Li₂CO₃) o hidróxido de litio (LiOH·H₂O).	- Pureza: ≥99,5% (grado batería).	- Listo para uso en baterías de iones de litio.
Rendimiento y Eficiencia	Rendimiento	Porcentaje de litio recuperado del mineral.	- Recuperación: 80-90% del litio en espodumena.	- Más eficiente que salmueras (50-60%).	- Menores pérdidas en comparación con evaporación de salmueras.
	Consumo energético	Energía requerida por el proceso.	- Total: 15-30 GJ/t de Li₂CO₃.	- Principal consumo en calcinación y lixiviación.	- Alta huella de carbono (~15-20 t CO₂/t Li₂CO₃).
	Residuos	Subproductos generados.	- Relaves mineros y aluminosilicatos.	- ~10-15 t de relaves/t de concentrado.	- Subproductos reutilizables en construcción.

 

Procesos Emergentes para la Extracción y Beneficio del Litio 

1. Extracción Directa de Litio (DLE)

La Extracción Directa de Litio (DLE) es un conjunto de tecnologías innovadoras diseñadas para extraer litio de salmueras sin depender del proceso tradicional de evaporación solar, que es lento, intensivo en agua y depende de condiciones climáticas. Estas tecnologías buscan mejorar la eficiencia, reducir el impacto ambiental y permitir la explotación de salmueras con menores concentraciones de litio (por ejemplo, <200 ppm).

 

Tecnologías principales

·         Adsorción (resinas o zeolitas):

o    Descripción: Se utilizan materiales adsorbentes selectivos, como óxidos de manganeso (por ejemplo, LiMn₂O₄) o zeolitas modificadas, que capturan iones de litio (Li⁺) de la salmuera mientras permiten el paso de otros iones como sodio, potasio o magnesio. La salmuera se hace pasar por columnas llenas de estos materiales, donde el litio se une químicamente al adsorbente.

o    Proceso:

1.       La salmuera fluye a través de una columna de resina, donde el litio es adsorbido selectivamente.

2.       Se eluye el litio usando una solución ácida (como HCl diluido) o agua para liberar LiCl concentrado.

3.       El LiCl se procesa con carbonato de sodio (Na₂CO₃) para precipitar carbonato de litio (Li₂CO₃) o con electrólisis para obtener hidróxido de litio (LiOH).

o    Ejemplo: Empresas como Livent y Eramet usan resinas basadas en óxidos de manganeso en proyectos piloto en Argentina y Chile. En el Salar de Atacama, pruebas han alcanzado selectividades de >95% para Li⁺.

o    Avances recientes: En 2025, publicaciones en X destacan resinas de manganeso dopadas con aluminio que mejoran la capacidad de adsorción y reducen la degradación del material tras ciclos repetidos.

·         Intercambio iónico:

o    Descripción: Similar a la adsorción, pero utiliza materiales de intercambio iónico (como polímeros o resinas específicas) que intercambian iones de litio por otros cationes (por ejemplo, H⁺ o Na⁺). Estos materiales tienen sitios activos diseñados para alta selectividad hacia Li⁺.

o    Proceso:

1.       La salmuera pasa por un lecho de resina de intercambio iónico, donde Li⁺ reemplaza otro ion en la estructura del material.

2.       El litio se extrae usando una solución regeneradora (por ejemplo, ácido sulfúrico diluido).

3.       El concentrado de litio se purifica para obtener Li₂CO₃ o LiOH.

o    Ejemplo: Standard Lithium en Arkansas (EE.UU.) utiliza intercambio iónico para extraer litio de salmueras geotérmicas con concentraciones tan bajas como 100 ppm.

2. Reciclaje de Baterías

El reciclaje de baterías de iones de litio es un proceso emergente para recuperar litio, cobalto, níquel y otros metales de baterías usadas, impulsado por la creciente demanda de economía circular y la necesidad de reducir la dependencia de la minería. Actualmente, el reciclaje aporta <5% de la producción mundial de litio, pero su relevancia crece con el aumento de vehículos eléctricos y regulaciones ambientales.

Tecnologías principales

·         Hidrometalurgia:

o    Descripción: Las baterías se disuelven en soluciones ácidas para recuperar metales como litio, cobalto y níquel en forma de compuestos solubles. Es el método más eficiente para recuperar litio.

o    Proceso:

1.       Desmontaje y trituración: Las baterías usadas (de vehículos eléctricos, dispositivos electrónicos) se descargan, desmontan y trituran en un ambiente controlado (bajo atmósfera inerte para evitar incendios).

2.       Lixiviación ácida: Los materiales triturados ( ánodo, cátodo, electrolito) se tratan con ácidos como H₂SO₄, HCl o ácidos orgánicos (como cítrico) a temperaturas de 50-80°C. Esto disuelve metales en soluciones de sulfatos o cloruros.

3.       Separación y purificación: Se usan técnicas como precipitación selectiva, extracción por solventes o intercambio iónico para separar litio, cobalto y níquel. Por ejemplo, se añade Na₂CO₃ para precipitar Li₂CO₃: [ Li_2SO_4 + Na_2CO_3 \rightarrow Li_2CO_3 \downarrow + Na_2SO_4 ]

4.       Producto final: Se obtiene carbonato de litio (Li₂CO₃) o hidróxido de litio (LiOH) con pureza ≥99,5%, aptos para nuevas baterías.

o    Ejemplo: Li-Cycle en Norteamérica usa hidrometalurgia para recuperar hasta el 95% de los materiales de baterías, incluyendo litio, con un proceso de circuito cerrado que recicla reactivos.

o    Avances recientes: En 2025, investigaciones en X destacan el uso de ácidos orgánicos biodegradables (como ácido málico) que reducen el impacto ambiental de la lixiviación.

·         Pirometalurgia:

o    Descripción: Las baterías se funden a altas temperaturas (>1000°C) para recuperar metales valiosos como cobalto y níquel, pero el litio suele perderse en las escorias.

o    Proceso:

1.       Fusión: Las baterías trituradas se calientan en hornos (rotatorios o de arco eléctrico) con fundentes para separar metales en una fase metálica (Co, Ni, Cu) y una escoria (que contiene litio, aluminio, etc.).

2.       Refinación: La fase metálica se procesa para obtener aleaciones de cobalto y níquel, mientras que la escoria suele descartarse o usarse en construcción.

3.       Recuperación limitada de litio: El litio forma óxidos o silicatos en la escoria, que son difíciles de recuperar económicamente.

o    Ejemplo: Umicore en Bélgica utiliza pirometalurgia para reciclar baterías, enfocándose en cobalto y níquel, pero con pérdidas de litio de hasta el 80%.

o    Avances recientes: Nuevos procesos combinan pirometalurgia con hidrometalurgia posterior para recuperar litio de las escorias, alcanzando rendimientos de ~50%.