HIDRÓXIDO DE LITIO CARLOS ALBERT TORREZ RIVERO RUDY MENDEZ ROJAS
CONTENIDO
1.
INTRODUCCION.............................................................................................................................................................1
1.1.
EL LITIO ..................................................................................................................................................................1
2.
HIDROXIDO DE LITIO .................................................................................................................................................4
3.
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUIMICAS ...................................................................................................................4
4.
METODOS DE OBTENCION ......................................................................................................................................4
4.1.
A PARTIR DE MINERALES ..............................................................................................................................4
4.1.1.
ESPODUMENO ...........................................................................................................................................4
4.1.2.
PRETRATAMIENTO DEL ESPODUMENO.......................................................................................4
4.1.3.
PRODUCCIÓN DE HIDRÓXIDO DE LITIO .......................................................................................5
4.2.
A PARTIR DE SALMUERAS DE SALARES .................................................................................................6
4.2.1.
A PARTIR DE CARBAMATO DE LITIO .............................................................................................8
5.
USOS Y APLICACIONES ..............................................................................................................................................9
6.
HOJA DE SEGURIDAD Y EMERGENCIA ............................................................................................................ 10
Carlos Albert Torrez Rivero
SEM. I-2012
1. INTRODUCCION 1.1. EL LITIO El litio es el más liviano de todos los elementos sólidos. Gracias a sus propiedades físicas y químicas de carácter único, ha desarrollado un mercado diversificado que ha crecido en forma significativa en los últimos años. La gran variedad de los usos del litio han conferido el calificativo de elemento versátil. El litio se comercializa y usa como concentrado de mineral, metal y compuesto químico, orgánico e inorgánico. El mayor consumo es en la forma de productos químicos inorgánicos, destacando el carbonato de litio, que satisface un poco más del 50% de la demanda y además sirve de punto de partida para obtener la mayor parte de los derivados químicos que se utilizan actualmente (figura 1), los que suman un total de 70 aproximadamente. El carbonato de litio y el hidróxido de litio, que le sigue en orden de importancia y que abarca alrededor de un cuarto del mercado, son considerados productos de transacción comercial. Las principales aplicaciones actuales de los compuestos de litio se encuentran en la industria del aluminio y en la fabricación de vidrios, cerámicas y grasas lubricantes. La producción comercial del litio está basada en su extracción, en la forma de carbonato de litio, a partir de salmueras naturales ricas en litio y de minerales de litio (espodumeno, un silicato de aluminio y litio, contenido en depósitos de pegmatitas). En la figura 2 se indican los esquemas simplificados de extracción a partir de ambas fuentes de litio. El proceso de obtención de carbonato de litio utilizando espodumeno como materia prima es de mayor costo por incluir una etapa de minería y ser intensivo en el uso de energía. La figura 3 ilustra el proceso de producción del carbonato de litio. En el mercado del litio y sus productos, se usa como medida de referencia el carbonato de litio, el que contiene un 18,8% de litio metálico. Así, tanto la capacidad de producción como las cifras de consumo se expresan en libras de carbonato de litio equivalente.
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2 Fig. 1 Derivados del Litio
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Fig. 2 Esquema simplificado de Extracción
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Fig. 3 Producción de Carbonato de Litio
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2. HIDROXIDO DE LITIO Su fórmula química es (LiOH) , también conocido como Lithine es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire (higroscópico). El hidróxido de litio es muy corrosivo, es soluble en agua, y levemente soluble en etanol. Es encontrado comercialmente en la forma anidra, o como monohidrato. 3. PROPIEDADES FÍSICAS Y QUIMICAS El hidróxido de litio de masa molar 24 g/mol, a temperatura ambiente, el hidróxido de litio es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire (higroscópico), es muy corrosivo. Es una sustancia soluble en Agua (11 g por 100 ml de Agua a 20ºC), ligeramente soluble en Alcohol Etílico e insoluble en Éter. 4. METODOS DE OBTENCION Se obtiene a partir de minerales o salmueras. 4.1. A PARTIR DE MINERALES 4.1.1. ESPODUMENO El espodumeno , que es un silicato doble de aluminio y litio (AlLi(SiO 3 ) 2 ) con un contenido de 3.73% en peso del litio, fue la fuente principal de obtención de compuestos de litio hasta la explotación del litio contenido en salares naturales. El espodumeno se encuentra siempre asociado a pegmatitas y se concentra por flotación diferencial para obtener un concentrado con 2.5 a 3.2% de litio, lo que equivale a 85% a 95% de espodumeno. 4.1.2. PRETRATAMIENTO DEL ESPODUMENO El espodumeno natural (silicato doble de aluminio-litio) es un piroxeno monoclínico el que en la forma cristalina a en la cual se encuentra en la naturaleza es virtualmente insoluble en ácido sulfúrico caliente, lo que requiere convertirlo en la forma cristalina tetragonal b por calcinación a 800-900°C con caliza. La adición de caliza permite formar un silicato de calcio estable, liberando el litio el cual se puede recuperar posteriormente por lixiviación con agua. La reacción global que ocurre es:
En esta forma de tratamiento es posible extraer cerca del 80% del litio, quedando el resto en el silicato en forma parcialmente reaccionado.
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La calcina producida se puede tratar de distintas formas dependiendo del producto final deseado.
Fig. 4 Producción de Li(OH) y Li(OH)H2O partir de concentrados de espodumeno.
4.1.3. PRODUCCIÓN DE HIDRÓXIDO DE LITIO Si se desea producir hidróxido de litio (LiOH), la calcina se muele y luego lixivia con agua de manera de recuperar el litio en solución acuosa como hidróxido de litio, según la reacción:
La pulpa lixiviada se sedimenta y filtra y el filtrado obtenido, que contiene cerca de 10% de hidróxido de litio en solución, se evapora y cristaliza para formar cristales de hidróxido de litio monohidratado Li(OH)H 2O el que se
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retira del cristalizador junto con el licor, centrífuga y seca a 80-120°C con vapor indirecto para tener así los cristales secos del monohidrato. La solución obtenida en la centrífuga se retorna al cristalizador y una pequeña parte de descarta para evitar acumulación de impurezas como Al, Mg, Ca, K y Cl. Los cristalizadores se incrustan rápidamente de hidróxido de litio lo que requieren de un lavado semanal con HCI para desincrustados mediante la formación de cloruro de litio. Este cloruro de litio producido con el HCl se debe tratar separadamente. Si se requiere hidróxido de litio anhidro, el monohidrato se calcina a baja temperatura en vacío a 100-120°C, envasando luego el producto el cual es hidroscópico. En la Fig. 4 se observa el diagrama de procesos para producir hidróxido de litio anhidro y monohidratado.
4.2. A PARTIR DE SALMUERAS DE SALARES La obtención de litio desde salmueras naturales es una creciente e importante fuente de litio y representa actualmente cerca del 80% de litio producido en el mundo como carbonato, cloruro e hidróxido de litio, siendo Chile el mayor productor con sobre el 30% del litio producido el cual proviene íntegramente de salmueras de salares. La composición de las salmueras comerciales desde las que se recupera litio varía considerablemente desde salmueras con bajos contenidos de litio (0,02%) hasta algunas que tiene contenidos cercanos a 0.4%, con presencia de otros elementos como potasio, sodio, calcio, magnesio, hierro, boro, bromo, cloro, nitratos, cloruros, sulfatos y carbonatos, lo cual requiere que cada salmuera sea tratada en forma particular, de acuerdo a su composición. Todas las salmueras son previamente concentradas por evaporación solar para aumentar el contenido de litio y además precipitar otras sales que pueden ser comerciales, como KCI, NaCI, K 2SO4 , Na 2SO4 , etc., así como otras sales dobles como silvinita, carnalita, bishoffita, schoenita, kainita, glasserita, glauberita, epsonita, singerita, etc. Las salmueras más abundantes son las que tienen mayoritariamente sulfatos y cloruros, particularmente estas últimas. 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.
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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 de 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.
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4.2.1. A PARTIR DE CARBAMATO DE LITIO El hidróxido de litio también puede ser producido a partir de carbonato de litio técnico de 99% Li 2CO3 , para lo cual se trata el carbonato de litio con hidróxido de calcio (lechada de cal) para producir el hidróxido de litio, de acuerdo a la reacción siguiente:
La pulpa, conteniendo hidróxido de litio en solución y carbonato de calcio precipitado se lava en un sistema de 4 ó 5 decantadores en serie en contracorriente para obtener finalmente una pulpa con cerca de 10% de hidróxido de litio en solución, (cerca de 24 gr/lt de g 2 LiOH H O a 20°C) la que después de ser filtrada en filtro prensa, se lleva a un sistema de evaporadores de triple efecto para concentrar la solución y permitir la cristalización del hidróxido de litio. El producto obtenido son cristales de hidróxido monohidratado de litio y licor que aún contiene cerca de 25 gr/lt de hidróxido de litio. Los cristales de hidróxido de litio monohidrato se separan en una centrífuga y luego se secan a 80-100°C con vapor indirecto (Fig.4). La solución resultante del centrifugado de los cristales se retorna al cristalizador, descartando una parte de ésta para evitar acumulación de impurezas como K, Ca, Na y Mg. Si se desea hidróxido de litio anhidro, este se seca indirectamente y en vacío a 100-120°C
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Fig. 5 Producción de Li(OH)H2O a partir de carbonato
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5. USOS Y APLICACIONES El hidróxido de lítio es usado por absorvedores de dióxido de carbono para la purificación de gases y aire fundamentalmente en las naves espaciales y submarinos. La reacción es la siguiente: 2LiOH + CO2 → Li2CO3 + H2O
o
2LiOH•H2O + CO2 → Li2CO3 + 3H2O
Se utiliza como medio de transferencia de calor, como electrolito en baterías, y como un catalizador para polimerización. Es usado en cerámicas, en la producción de otros compuestos de lítio, y en esterificación, especialmente para el estearato de lítio (el cual es usado en grasas de varios propósitos de lubricación debido a su alta resistencia al agua y es útil en las altas y bajas temperaturas, como en grasas para siderurgia y metalurgia , hornos y equipamientos de refrigeración severa).
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6. HOJA DE SEGURIDAD Y EMERGENCIA
HOJA DE SEGURIDAD Y EMERGENCIA HIDRÓXIDO DE LITIO
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Producto Nº : 010/01
Sección 1 : Identificación del Producto
del Proveedor
S e c ió n 1 :I r t d e n t ific a ió n d l Nombre del producto
: HIDRÓXIDO DE LITIO
Proveedor Dirección
: SQM S.A. : El Trovador 4285, Santiago de Chile
Teléfono
: +56 (0) 2 425 21 98
Fax
: +56 (0) 2 425 24 16
Teléfonos de emergencia
: +56 (0) 2 425 21 98
Sección 2 : Com osición / In redientes
Sinónimos
: Hidróxido de litio monohidrato
Número CAS
: 1310-66-3
Peso molecular
: 41.96
Fórmula química
: LiOH * H 20
Sección 3 : Identificación de los Ries os
Grados de Seguridad Grado de salud Grado de inflamabilidad
: 3 - Leve : 0 - Ninguno
Grado de reactividad
: 0 - Ninguno
Efectos de Salud Potenciales Inhalación Ingestión Contacto con la piel Contacto con los ojos
: La inhalación de polvo puede provocar daños en las mucosas del tracto respiratorio superior. Sensación de quemazón y dificultad respiratoria. : La ingestión puede provocar severas quemaduras de la boca y gastrointestinal, vómitos y diarrea. En casos extremos puede producir apatía, mareos, dificultad para habla, temblores y daños al sistema nervioso central. : Puede causar enrojecimiento, irritación o erupción, especialmente con la piel húmeda. : Es un irritante fuerte del ojo, puede producir enrojecimiento, quemaduras profundas de los ojos, dolor y visión borrosa.
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Sección 4 : Medidas de Primeros Auxilios Inhalación
: Trasladar la persona al aire fresco. Si no está respirando, darle respiración artificial. Ingestión : No inducir a vomitar. Si la víctima está consciente suministre 1-2 vasos de agua. No suministre nada si está inconsciente. Conseguir atención médica. Contacto con la piel : Quitar la ropa contaminada. Lave con jabón y abundante agua por 15 minutos. Contacto con los ojos : Lave inmediatamente los ojos con abundante agua por al menos 25 minutos levantando los párpados de vez en cuando. Conseguir atención médica.
Sección 5 : Medidas ara Luchar Contra el Fue o Fuego Explosión Agentes de extinción a usar
: No es considerado como riesgo de incendios. : No es considerado como riesgo de explosión : Cualquier medio conveniente para extinguir el fuego circundante. Para fuegos pequeños use agua. Para fuegos grandes, inunde con agua desde distancia.
Sección 6 : Medidas ara Controlar Derrames o Fu as Precauciones personales Precauciones para el medio ambiente Métodos de limpieza
: Ventilar el área del derrame. Utilizar equipo de protección personal (Sección 8). Evitar la formación de polvo y utilizar máscaras para polvo (3M N° 8710) : Evitar escurrimiento o contaminación de cursos de agua y napas subterráneas. : Recoger el producto derramado y colocarlo dentro de un envase apropiado para su recuperación o disposición.
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Sección 7 : Mani ulación
Almacenamiento
Manipulación: Disposiciones técnicas Precauciones para manipulación segura Recomendaciones para manipulación segura Almacenamiento: Disposiciones técnicas Condiciones de almacenamiento Incompatibilidades
: Disponer de buena ventilación en el área de trabajo.. : Evitar contacto con los ojos y con la piel. : Siempre agregar el hidróxido sobre el agua bajo agitación, y no al revés.. : Cerrar cuidadosamente los depósitos abiertos y mantenerlos de pie para evitar cualquier derrame. : Almacenar en recipientes sellados, en un lugar freso y bien ventilado. : No almacenar junto a ácidos o agua. Mantener en recipientes sellados.
Sección 8 : Control de Ex osición / Protección Es ecial Equipo de protección personal Medida de higiene
Sección 9 : Pro iedades Físicas Estado físico Color Olor Valor pH Punto de ebullición Punto de fusión Punto de inflamación Gravedad específica Solubilidad en agua
: Guantes de goma, neopreno o nitrilo. Utilizar máscaras para polvo y lentes de seguridad para protección ocular frente a salpicaduras. : No comer, beber o fumar durante su manipulación.
Químicas : : : : : : : : :
Sólido cristalino Blanco Inodoro. 14 en solución al 5% No hay información. 470 °C No aplicable. 1.51 (agua = 1.0) 223 g/L .@ 10 °C
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Sección 10 : Estabilidad Estabilidad
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Reactividad
Reacciones de riesgo Productos de descomposición peligrosos
: Estable bajo condiciones normales de uso y almacenamiento. Expuesto al aire se carbonata y se endurece. : Incompatible con ácidos, agua y anhídrido carbónico. : En contacto con ácidos libera anhídrido carbónico (CO 2). .
Sección 11 : Información Toxicoló ica Toxicidad oral aguda en ratas (LDL0) Toxicidad por inhalación en ratas (LC50) Efectos locales o sistémicos
: 200 mg/Kg : 960 mg/m 3 en 4 horas : Información no disponible.
Sección 12 : Información Ecoló ica Información general
: No verter en desagües, aguas o depósitos públicos.
Sección 13 : Consideraciones sobre Dis osición Final Desecho de residuos Envases contaminados
: Disponer de acuerdo a las normas legales vigentes en el país. : Envases plásticos pueden ser reutilizados. En caso de ser desechados, ello se deberá hacer con los organismos legales y regulaciones locales
Sección 14 : Información sobre Trans orte Regulaciones internacionales Regulaciones adicionales
: Transporte regulado. Clase 8. U.N. 2680. Corrosivo. : Grupo de embalaje II.
Sección 15 : Normas Vi entes Etiquetado especial Símbolos de peligro (Frases R & S)
: Corrosivo : R 35 S 26, 36/37/39, 45
Sección 16 : Señalización de Grados de Se uridad
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