Litio: todo sobre su explotación y usos

Marco Hernandez

Todos tenemos aparatos electrónicos que funcionan con baterías de ion litio en casa. Tabletas, celulares, controles remotos, relojes… Todos tienen baterías de ion litio en su interior. Te has preguntado: ¿Qué es y de donde viene el litio?

¿Qué es el litio?

El litio es un elemento químico (símbolo Li) que se encuentra en la serie de Metales Alcalinos. En su forma pura, es un metal blando, de color blanco plata, que se oxida rápidamente en aire o agua. Su densidad es la mitad de la del agua, siendo el metal y elemento sólido más ligero. Su abundancia en la corteza terrestre es baja, 0.006%, ocupando el 27° lugar en abundancia. Tiene excelentes condiciones en la conducción del calor y la electricidad, su estructura electroquímica permite el flujo reversible de electrones, lo que facilita la carga y descarga de baterías.

Litio en forma de espomudena

Es un elemento altamente reactivo, por lo que no se le encuentra en estado libre en la naturaleza, existe sólo combinado en la forma de minerales de litio y disuelto en salmueras naturales. Una de las principales fuentes de litio es el mineral espodumena, el cual está asociado a pegmatitas. Este mineral es un silicato anhidro de formula LiAlSi2O6 con un contenido de litio que puede variar entre el 1% y el 5% expresado como Li2O. Este mineral es duro, abrasivo y bastante resistente al ataque químico. Otros minerales portadores son: ambligonita, petalita, y lepidolita. Sin embargo, los mayores yacimientos se encuentran principalmente en salmueras naturales, pozos petrolíferos, campos geotermales y agua de mar.

Para comercializarlo, el LiO2 se debe procesar para convertirlo en carbonato, clorato e hidróxido de litio monohidratado. El carbonato de litio es el producto con mayor volumen de transacción comercial, convirtiéndolo en el compuesto más importante. El carbonato es la materia prima para obtener todos los demás compuestos que requiere la industria.

Yacimientos principales

Bolivia, Chile y Argentina concentran más de la mitad de los 40 millones de toneladas de litio que, se estima, subyacen en el planeta. El triángulo del litio, cuyos ejes o vértices forman e incluyen el Salar del Hombre Muerto (Argentina), el Salar de Uyuni (Bolivia) y el Salar de Atacama (Chile), sumados a los salares que se ubican dentro del área comprendida, se ubican todos a grandes alturas, más precisamente en la región de la Puna de Atacama. En China se han confirmado reservas en salmueras, que representan aproximadamente un 16% de las reservas mundiales. En Australia la producción proviene principalmente de yacimientos de espodumena, al igual que en Estados Unidos y Canadá.

Según la Comisión Chilena del Cobre, la fuente más importante de este litio son las salmueras continentales que se hallan en los salares, concentrando el 72% del total mundial. Mientras tanto, el 25% se encuentra en minerales en rocas pegmatíticas y sedimentarias, y el 3% restante en otras fuentes como salmueras de campos petrolíferos y geotermales.

Usos

Entre las principales aplicaciones del litio se pueden mencionar: La producción de compuestos organometálicos principalmente butillitio e hidruro de litio; como agente reductor en química orgánica; etc. Pero sin duda, la mayor aplicación actual del litio es como componente de las baterías de celulares, equipos electrónicos y en la nueva generación de automóviles. Según el USGS, la producción de litio mundial va a las industrias de cerámicos y vidrio, 35%; baterías, 29%; grasas lubricantes, 9%; Colada continua, 6%; aires acondicionados, 5%; producción de polímeros, 5%; producción primaria de aluminio, 1%; y otros usos, 10%.

Industria del Aluminio

Adición de carbonato de litio (Li2CO3) al baño de criolita (Na3AlF6 , fluoruro de aluminio y sodio) para obtención de aluminio (electrólisis de sales fundidas) disminuye el punto de fusión del baño, permitiendo una menor temperatura de operación. Se aumenta productividad, se reduce consumo de energía y se reduce emisión de flúor al ambiente.

Industria del Vidrio y Cerámica

Al agregar óxido de litio (Li2O) como aditivo se disminuye el punto de fusión, se mejora las propiedades de escurrimiento del material fundido y se reduce el coeficiente de expansión térmica del producto terminado

Grasas lubricantes

Las grasas a base de jabones de litio (fabricadas a partir de hidróxido de litio (LiOH)) denominadas grasas multipropósito, conservan sus propiedades lubricantes en un amplio rango de temperatura (bajo 0 °C hasta 200 °C) poseen muy buena resistencia al agua y a la oxidación. Son utilizadas en todo tipo de transportes, tanto industriales como militares.

Sistema de aire acondicionado y control de humedad

El bromuro de litio (LiBr) y el cloruro de litio (LiCl) en forma de salmueras, se usan en sistemas industriales de acondicionamiento y deshumidificación de aire, aprovechando que ambos compuestos tienen propiedades altamente higroscópicas que le permiten absorber la humedad del aire.

Uso medicinal

El carbonato de litio (Li2CO3) se usa en el tratamiento de síndromes depresivos (en pequeñas dosis).

Caucho sintético

Se usan compuestos órgano-litio (butillitio) como catalizadores de polimerización. Este compuesto es un catalizador específico en la polimerización iónica del isopreno, estireno y butadieno para la obtención de cauchos especiales empleados en la manufactura de neumáticos de alta duración.

Baterías de Litio

La utilización de litio metálico como ánodo en baterías primarias (pilas no recargables) ha tenido un rápido crecimiento, aunque el consumo es relativamente bajo por las pequeñas cantidades requeridas. Las pilas tipo botón, usadas en equipos miniaturizados (marcapasos, relojes, audífonos, calculadoras, etc.) han tenido un gran crecimiento. También se usa en pilas y/o baterías secundarias (pilas recargables) de celulares, etc. Las pilas de litio entregan una cantidad de energía mucho mayor que las baterías comunes.

Extracción del Mineral

En yacimientos rocosos:

Los minerales de litio se explotan mediante minería a rajo o tajo abierto. Este proceso es comúnmente usado en Estados Unidos, Australia, Canadá. El contenido promedio de Li2O es de 1,5%.

El material extraído es sometido a procesos de concentración, el cual comprende triturado (chancado), molienda y flotación, obteniéndose un concentrado de litio con una ley de 6,0 a 6,5% de Li2O. El concentrado de espodumena natural o forma alfa es transformado por calcinación a la forma beta que es más reactiva.

Se realiza un tratamiento en caliente con ácido sulfúrico (tostación ácida). Posteriormente, la mezcla de sulfato de litio formada, mineral residual y exceso de ácido se envía a un estanque de lixiviación para la obtención de soluciones de sulfato de litio, las cuales son consecutivamente neutralizadas, purificadas y concentradas en evaporadores de triple efecto. Finalmente, las soluciones son tratadas con carbonato de sodio Na2CO3 para la obtención final de carbonato de litio.

Proceso de Producción de Carbonato de Litio.

En salmueras:

El proceso para recuperar litio a partir de las salmueras consiste básicamente en bombear salmueras desde pozos de extracción a un sistema de pozas de evaporación solar, donde las salmueras se concentran en proceso continuo y en etapas sucesivas durante un período de 14 a 15 meses, desde aprox. 0,2% de litio hasta cerca de 6% de litio. Durante la concentración se eliminan impurezas (sales de sodio, potasio y magnesio) que cristalizan en las pozas en forma secuencial, utilizándose la silvinita para producir cloruro de potasio.

La alimentación a las pozas es una mezcla de salmueras que permite evitar o minimizar la precipitación de sales de litio. La salmuera concentrada es una solución de cloruro de litio con algunas impurezas remanentes, es transportada a una planta química para su purificación final. Primero se remueve el boro mediante extracción por solventes y después se elimina el magnesio en dos etapas, como carbonato de magnesio e hidróxido de magnesio. Finalmente, la salmuera purificada se trata con una solución de carbonato de sodio, produciéndose por precipitación en caliente carbonato de litio, que es filtrado, lavado y secado.

El producto final se comercializa principalmente en forma de gránulos con una pureza mínima de 99.2%, existiendo el grado batería con 99.5%.

Consecuencias ambientales

Los principales impactos ambientales de la extracción de litio no difieren en gran medida de la extracción de otros minerales: consumo y contaminación de agua, impactos en el paisaje, introducción de caminos de exploración en ecosistemas sensibles, instalación de infraestructura, impacto en la flora y fauna de la actividad industrial donde antes no la había, generación de residuos sólidos y químicos.

Depósitos donde se evaporan las salmueras y se extraen las sales de litio. Chile (SQM)

Sales de litio. Chile (SQM)

Cuando la explotación se da en salinas, la salmuera es bombeada mediante perforaciones y luego se la expone al sol para evaporar el líquido y concentrar los componentes de interés. La concentración de litio en las salmueras es baja y varía dentro de cada salar, y entre los distintos salares, fluctuando entre unas pocas decenas de partes por y poco más de mil, de acuerdo con estos valores puede estimarse que por cada tonelada de litio extraída se evaporan alrededor de dos millones de litros de agua, clara evidencia de que la minería del litio en salares es una minería del agua.

Fuentes: