Litio y tecnología: Cómo obtener más valor de las salmueras

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Las mejoras tecnológicas reducen costos y aumentan la recuperación de litio

 

Por Andrew Downing[1], Jack Zhang[2] y Bryan Schreiner[3]

Este artículo fue escrito en colaboración con Lucinda Wood, experta en la industria de extracción de metales.

El litio, el metal más liviano de la tierra, tiene numerosas aplicaciones, desde grasa lubricante y fabricación de vidrio hasta baterías recargables que accionan gran cantidad de herramientas portátiles, dispositivos electrónicos móviles y vehículos eléctricos.

La demanda de baterías de litio recargables y livianas ha aumentado significativamente con el crecimiento del mercado de los dispositivos móviles, los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía renovable.

Según el Financial Post[4], estudios recientes han demostrado que se prevé un aumento de la demanda de litio del 73 % para 2025, a medida que los vehículos eléctricos se vuelvan más viables y más países impongan restricciones a los automóviles que funcionan con nafta o diésel.

El desafío para la industria minera es seguir el ritmo de este rápido aumento de la demanda del mercado.

Si bien el litio se encuentra en gran cantidad de minerales y en algunas salmueras, las concentraciones son bajas y cada fuente tiene sus propias características. Esto hace que la extracción sea costosa y demande mucho tiempo: dos desafíos importantes que las empresas mineras deben enfrentar en el sector del litio.

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Aunque existen algunas operaciones actuales en las que se está extrayendo litio de salmueras con tecnologías tradicionales, el mercado está impulsando soluciones de recuperación más eficientes y viables desde el punto de vista económico, de manera que las empresas puedan posicionarse bien en la carrera del litio.

 

¿De dónde se obtiene y cómo se extrae el litio?

Las fuentes típicas de litio son los depósitos de roca dura, tal como la petalita o la espodumena, los depósitos sedimentarios, tales como las arcillas, o los depósitos de salmuera de aguas subterráneas salinas (salares). Las salmueras de salar, a menudo ubicadas debajo de lechos de lagos secos, son reservorios subterráneos con altas concentraciones de sales, entre las que se incluyen el litio, el potasio y el sodio. Si bien las minas de roca dura son conocidas por producir litio de mayor pureza, los costos de procesamiento asociados suelen ser mayores a los de la recuperación de litio de salmueras.

A pesar de esta ventaja, las tecnologías de tratamiento posterior de las salmueras pueden resultar más desafiantes que los procesos tradicionales de roca dura, debido a la complejidad de la operación de las unidades y los requerimientos generalmente mayores de agua y energía. Además, cada salmuera requiere una secuencia de proceso única que debe ser desarrollada y probada en modelos piloto para garantizar el logro de los niveles de producción a escala industrial.

Existen depósitos de salmuera con concentraciones económicamente significativas en todo el mundo, incluido Canadá (en particular en Alberta y Saskatchewan) y en otros lugares tales como el triángulo del litio en América del Sur (norte de Chile, norte de Argentina y sur de Bolivia). La minería de roca dura para extraer litio está especialmente extendida en Australia, pero también hay reservas en los EE. UU., Canadá, Brasil, Irlanda, Finlandia, Rusia y la República Democrática del Congo.

El procesamiento tradicional de la salmuera incluye bombearla desde pozos hasta varias lagunas de evaporación en etapas de unos cientos de metros de ancho, en donde se concentra el litio (y a menudo el potasio como derivado) y se precipitan magnesio y calcio con cal.

A continuación, la salmuera concentrada se somete a una serie de pasos de eliminación de impurezas, tales como extracción de solventes, intercambio iónico, cristalización y separación de sólidos y líquidos para producir una sal de litio (por ejemplo, hidróxido, carbonato) que en general no tiene pureza grado batería, que requiere pasos de purificación adicionales.

 

Desafíos de la recuperación de litio a partir de salmuera

Las empresas mineras enfrentan numerosos desafíos en la recuperación de litio a partir de salmueras. Las lagunas requieren gran inversión de capital, y la evaporación solar puede llevar de 18 a 24 meses según las precipitaciones, las horas de luz solar, la humedad, la intensidad del viento y la temperatura, todas condiciones sobre las que la empresa no tiene control alguno. Las lagunas también se asocian con altas pérdidas de litio, de hasta 50% de la salmuera alimentada, a menos que se use un costoso revestimiento.

Además, las salmueras que contienen litio están compuestas por numerosos minerales, entre los que se incluyen elementos no deseados en cantidades significativas, como el magnesio, que debe ser separado hasta que solo quede litio. El magnesio suele precipitarse con la cal en las lagunas. El hidróxido de magnesio resultante debe ser eliminado y además demanda grandes cantidades de reactivo.

Otro desafío son las etapas de calentamiento y enfriamiento significativos por las que debe pasar la salmuera con concentración de litio. El uso de agua de alta calidad contribuye al consumo de energía y agua.

Por otra parte, las salmueras también contienen derivados deseables como el potasio, que podrían aumentar el valor económico de los depósitos si pueden recuperarse con éxito.

 

Mejoramiento de los métodos para la extracción y procesamiento de litio 

Para desarrollar plantas de litio a partir de salmuera eficaces, los pasos del proceso suelen estudiarse solo a escala de banco, o como serie de unidades discretas en una planta piloto. Generalmente no operan según el diseño debido a la compleja composición química de la solución.

SRC está trabajando con empresas mineras en el desarrollo de procesos de recuperación de litio de diversas fuentes para elaborar productos de litio de grado batería, y también para hacer proyectos pilotos y pruebas de nuevas tecnologías de recuperación de litio. Nuestro equipo de Minería y minerales[5] desarrolla, optimiza y prueba tecnologías de recuperación de litio de todas las fuentes: rocas duras, arcilla y soluciones (salmuera y agua producida).

La recuperación de litio de roca dura y de depósitos de arcilla involucra una serie de pasos de procesamiento físico (por ejemplo, molienda y flotación) combinados con otros pasos hidrometalúrgicos (por ejemplo, lixiviación, en donde la solución pasa también por etapas de remoción de impurezas) para eliminar elementos no deseados antes de la precipitación para obtener carbonato de litio. SRC ha trabajado con empresas en Canadá, Australia y los EE.UU. para recuperar litio de espodumeno, lepidolita, petalita, esmectita, ilita, pegmatita y otros minerales de roca dura con litio y de depósitos de arcilla.

Además de probar y optimizar los procesos de recuperación de litio propios de las empresas, nuestro equipo de Minería y minerales está desarrollando  también su propia recuperación de litio más selectiva y rentable, para superar los desafíos del proceso de recuperación de litio tradicional.

La implementación exitosa de esta tecnología de recuperación selectiva reducirá significativamente el costo de producción del litio – tanto de capital como operativo – y facilitará la recuperación y producción de litio grado batería.

Las salmueras tienen el potencial de brindar importantes recursos de litio en el futuro. Con el crecimiento de la industria, habrá nuevos desafíos y oportunidades que exigirán métodos y procesos innovadores para ayudar a las empresas mineras a obtener más valor de sus salmueras de manera sostenible.

Más información

Con la ayuda de los laboratorios geoanalítico[6], metalúrgico[7] y ambiental[8] de SRC, así como con sus recursos y conocimientos de tecnología aplicada en recuperación de litio (y potasio) de salmueras, las empresas pueden desarrollar proyectos pilotos de cualquier proceso industrialmente. The Pipe Flow Technology Centre[9] en SRC también garantiza a los clientes la posibilidad de seleccionar sistemas y materiales de transporte de solución óptimos.

[1] Andrew Downing es Business Intelligence Coordinator en SRC (Saskatchewan Research Council)

[2] Jack Zhang es Ingeniero Senior de Procesamiento Mineral e Hidrometalurgia en SRC (Saskatchewan Research Council)

[3] Bryan Schreiner es Geocientífico Jefe en la División Minería y Metales de SRC (Saskatchewan Research Council)

[4] https://business.financialpost.com/commodities/mining/lithium-is-the-latest-hot-metal-commodity-but-investor-fever-could-be-cooling

[5] https://www.src.sk.ca/industries/mining

[6] https://www.src.sk.ca/labs/geoanalytical-laboratories

[7] https://www.src.sk.ca/labs/geoanalytical-laboratories

[8] https://www.src.sk.ca/labs/environmental-analytical-laboratories

[9] https://www.src.sk.ca/labs/pipe-flow-technology-centretm

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