Obtención del carbonato de litio

Consideraciones generales

El litio tiene múltiples aplicaciones: Fabricación de baterías para laptops, celulares y automóviles eléctricos (éstos subirán su demanda en extremo cuando se masifique su producción), aplicaciones médicas para problemas nerviosos, purificación del aire ambiente, en aleaciones para aeronáutica etc. y en el futuro podría usarse en la construcción de reactores de litio, para generar energía eléctrica. El carbonato de litio (Li2CO3) es el compuesto de litio más utilizado; un gramo de litio equivale a 5,32 gramos de carbonato de litio (CL).

Se extrae de salmueras donde existe en sales naturales como en el Salar de Atacama en Chile o en el Salar del Hombre Muerto y otros en Argentina, o de depósitos minerales como del espodumeno de Greenbush en Australia. Gran parte de la producción mundial de litio proviene de salmueras, cuyo costo de producción es mucho menor que de los depósitos minerales (según John McNulty $us 1.500-2300/ton y $us 4.200-4.500/ton respectivamente). Las reservas o los recursos de litio de Bolivia están en salmueras, que tienen una densidad aproximada a 1.200 gramos por litro (g/l), por lo que una concentración de litio de 0,1% en peso equivaldrá a 1.000 partes por millón (ppm) y 1,2 g/l.

Concentración de la sal de litio

La extracción de salmueras de litio se realiza mediante bombeo y su concentración por medio de la adsorción mediante un adsorbente selectivo del litio o de la evaporación en piscinas poco profundas construidas para el efecto. La evaporación además de elevar la concentración de las sales, hace que al saturarse algunas de éstas se vayan precipitando. La adsorción tiene las ventajas de que no es influida por la composición del agua salada (puede tratarse salmueras con bajas concentraciones de litio como experimentalmente se lo hace con el agua de mar), ni por las condiciones meteorológicas del lugar y no se generan muchos residuos y las desventajas que son necesarios reactivos, el equipo de adsorción es caro y complicado y el costo del adsorbente elevado. Las ventajas de la evaporación son que no se consume energía ni se utilizan muchos reactivos químicos, mientras que sus desventajas son la necesidad de usar simultáneamente otro método de separación, la acumulación de residuos y la dependencia de las condiciones meteorológicas del lugar (velocidad de evaporación y lluvias). Habiéndose elegido este último método para el Salar de Uyuni (con el que funcionará la planta piloto ya instalada), solo se hará una breve descripción de éste.

La mayor producción mundial de litio proviene de las salmueras del Salar de Atacama en Chile, donde se utiliza el método de evaporación y del que se tienen datos y muchos factores de operación, que permiten su comparación con los del Salar de Uyuni. Las salmueras de Atacama son más ricas que las de Uyuni en litio (también en potasio y boro), por lo que la relación Mg/Li, nociva para la concentración del litio es de 6/1 y 19/1 respectivamente. Mientras que la evaporación y la pluviometría son de 3.200 mm/año y 10-15 mm/año en Atacama, en Uyuni son de 1.500 mm/año y 200-500 mm/año, vale decir que en Uyuni la evaporación es menor y la lluvia mucho mayor, lo que retardará bastante la evaporación. En Atacama el proceso de evaporación que concentra el litio de 0,15% a 6% (40 veces) dura de 12 a 18 meses, por lo que es de prever que en Uyuni la evaporación dure mucho más, especialmente con lluvias intensas como las ocurridas últimamente que anegaron las piscinas de evaporación de la planta piloto.

El estudio de laboratorio "Tratamiento químico de salmueras del Salar de Uyuni-Potosí" realizado en 1987 en Francia mediante el Convenio UMSA-ORSTOM (Instituto francés de investigación científica para el desarrollo), simulando en 5 vasos las condiciones de las piscinas de evaporación, estableció que precipita primero el cloruro de sodio (NaCl) y casi en seguida el cloruro de potasio (KCl). Como el cloruro de magnesio (MgCl2) no puede ser separado con la evaporación, lo que complica el proceso, se lo precipita como hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) añadiendo cal.

Precipitación y refinación del CL

El cloruro de litio adecuadamente concentrado en los 5 vasos fue lavado con hidróxido de sodio para eliminar las posibles trazas de magnesio y calcio restantes, para finalmente precipitarlo como CL utilizando carbonato de sodio. La recuperación media del litio fue de 80,8% y la pureza media del CL 94,4%.

Tres pruebas de laboratorio recientemente realizadas con 25 litros de salmuera del Salar de Uyuni con 0,107% de litio, en el National Institute of Advanced Industrial Science and Technology del Japón, para la obtención de litio por el método de adsorción, dieron CL con una pureza superior al 99,8% y una recuperación media de 73%. Este método es empleado en el Salar del Hombre Muerto, Argentina, que contiene 0,06% de litio.

El CL obtenido por cualquier método debe ser purificado, secado y cristalizado. A pesar del alto contenido de litio en el Salar de Atacama y la experiencia en su obtención, se indica que su recuperación es del 42%. El CL a utilizarse en la fabricación de baterías para vehículos eléctricos debe tener una pureza de por lo menos 99,95%, por lo que el CL obtenido por precipitación debe ser refinado a través de varias reacciones y etapas de recristalización, en algunos casos mediante una resina de intercambio iónico. Debido a que el proceso de refinación tiene costo y su recuperación es menor luego de cada etapa (en la etapa de refinación se estima en aproximadamente 70%), cuanto mayor la pureza del CL, su precio se incrementa en mucho mayor proporción.

Aunque el método descrito para la obtención de CL parece sencillo, como todo proceso industrial requiere de tecnología y logística adecuadas, de técnicos experimentados y personal entrenado. La evaluación del funcionamiento de la planta piloto permitirá confirmar o cambiar el proceso de concentración de litio mediante piscinas de evaporación.

(*) Ing de minas y ex Ministro de Minería