LA INDUSTRIA DEL LITIO EN CHILE Dra. Ingrid Garcés Millas Depto. Ingenieria Química Universidad de Antofagasta
INTRODUCCION Chilee es el pr Chil prim imer er pr prod oduc ucto torr de li liti tioo mundial con reservas conocidas en el Salar de Ata taccama del orden de .! " #$% toneladas& siendo éste su ma'or dep(sito correspondiendo al $ ) de las reservas de interés econ(mico a nivel mundial. Con el ingreso al mercado de la Sociedad Minera Sala Sa larr de At Atac acama ama *t *tda da.& .& MI MI+S +SA* A*&& en #,,-& Chile pas( a ser el primer productor ' e"portador mundial de litio& completando lass !$ la !$.$ .$$$ $$ to tone nela lada dass de co conc ncen entra trado do&& euiva eu ivalen lentes tes al /$) de la dem demand andaa del merc me rcad adoo mu mund ndia ial& l& ci cifr fraa co conn la u uee la Sociedad Chilena del *itio& SC*& lidera las e"portaciones de este mineral. 0l de dessar arrrol ollo lo de nue uevvos ma mate terria iale less constitu'e const itu'enn ho' día el verd verdader aderoo desa desafío fío para nuestro país& éste ha sido el paso limitante para el desarrollo tecnol(gico& no s(lo en la electr(nica donde la minia min iatu turi ri1a 1aci ci(n (n a al alca can1 n1an ando do ni nive vele less inimagina2les& sino ue en otros 3m2itos de aplicaciones. Cada a4o& s(lo en 5ap(n se pu2lican tra2a6os ue contienen estudios de alrededor de #$.$$$ nuevos materiales& con propiedades físicas& uímicas& eléctricas& magn ma gnét étic icas as&& i(n i(nic icas as ' el elec ectr tro ouí uímic micas as distintas.
7IGU8A +9#: Mapa u2icaci(n del Salar de Atacama& en la II regi(n de Chile. *a industria del litio para Chile& presenta un 2uen futuro& no tan s(lo por la cantidad ' calidad de sus reservas& si no por ser capa1 de desarrollar nuevos productos de litio& con ma'or valor agregado& como por e6emplo& hidr("idos& cianuros ' litio met3lico.
CAPITULO 1 RESEÑA HISTORICA DEL LITIO Y SU CONSUMO 0l litio fue descu2ierto por el uímico Sueco August Arfvedson& Arfvedson& en el a4o #-#; cuando reali1a2a un an3lisis de la petalita& mineral cu'a f(rmula uímica corresponde a Al<*i& Al<*i& +a& =>
?. *a o2tenci(n del litio met3lico por electr(lisis del cianuro de litio fue reali1ada con é"ito por primera ve1 por usen ' Matthieasen en un peue4o crisol de porcelana& usando un fino hilo de hierro hi erro como c3todo ' una varilla
de car2(n como 3nodo& indicando uno de los caminos ue se mantienen hasta ahora& para la o2tenci(n industrial de algunos metales alcalinos. *os primeros usos comerciales del litio fueron en metalurgia emple3ndose peue4as cantidades de aleaciones de aluminioB1incBlitio ' aleaciones de plomo en las cuales se adiciona litio para endurecerlos. 0ntre los a4os #,/! ' #,/,& la Comisi(n de 0nergía At(mica de los 0stados Unidos consumi( grandes cantidades de hidr("ido de litio para separar el is(topo litio %& el ue fue usado en el desarrollo ' producci(n de la 2om2a de hidr(geno. Desde #,%# comen1( a desarrollarse el uso de compuestos como el 2romuro de litio& en la forma de salmuera concentrada& para euipos de acondicionamiento de aire por a2sorci(n el car2onato de litio para la industria de cer3mica el litio met3lico& como intermediario en la síntesis de productos farmacéuticos el utilBlitio como catali1ador en la polimeri1aci(n de la fa2ricaci(n del caucho sintético. +uevos mercados se desarrollaron con mltiples prop(sitos& pero sigue siendo ho' día& el m3s importante mercado& la industria de las cer3micas& donde se utili1a el car2onato de litio l itio se como agente fundente en la preparaci(n de esmaltes enlo1ados ' vidrios. Desde #,; el uso del litio met3lico como 3nodo en 2aterías primarias empe1( a mostrar un r3pido crecimiento& puesto ue& el litio es electrouímicamente reactivo& adem3s de poseer otras propiedades nicas. 0n #,-$ la industria del aluminio despla1( del primer lugar a la cer3mica ' vidrio como principal usuario en volumen de productos de litio. 0l desarrollo de las aleaciones de *iBAl& logran importantes avances en el desarrollo de nuevos usos& incorporando la participaci(n a la investigaci(n a los productores de aluminio& aeron3utica ' militares. Como resultado& se logra una aleaci(n m3s liviana& adicionando el #./) al ! ) de *i a la aleaci(n convencional de aluminio& la ue puede ser empleada en componentes para aviones comerciales ' militares& con este material de un #$) m3s liviano& se ahorra com2usti2le& para alcan1ar hasta un ?$) de la capacidad de carga del avi(n. Actualmente el consumo de litio metal para estas aleaciones es del orden de / toneladas anualmente& es decir unas /$$.$$$ li2ras por a4o de car2onato de litio. 0n el ltimo tiempo& se han desarrollado pirocer3micas ue encuentran una gran aplica2ilidad en la industria aeroespacial& puesto ue este tipo de material& al contener litio& hacen ue las propiedades de e"pansi(n ' compresi(n sean casi nulas& si el compuesto se encuentra 2a6o condiciones e"tremas de temperatura. 0stados Unidos& sigue siendo el primer productor de compuestos de ma'or valor agregado de litio ' el principal consumidor de todo tipo de materiales de litio& con un consumo de ?-$$ toneladas métricas de contenido en litio el a4o ?$$$. *os compuestos de litio adem3s satisfacen las necesidades de la industria primaria de aluminio& componente compo nentess de 2ater 2aterías& ías& aire acondicionado& acondicionado& lu2ric lu2ricantes antes&& sistema sistemass de deshu deshumidific midificaci(n aci(n&& produ producci(n cci(n de sofisticados te"tiles& desinfectantes para piscinas ' 2a4os& ' como 2lanueadores en lavanderías al seco.
CAPITULO 2 CARACTERISTICAS CARACTERISTICA S FISICAS Y QUIMICAS DEL LITIO 0l litio es un metal alcalino ue se presenta como el primer elemento del grupo IA de la Ea2la Feri(dica& de color plateado claro& ligeramente m3s duro ue el sodio& pero m3s 2lando ue el plomo. Sin em2argo& me1clado con el magnesio resulta una aleaci(n sumamente resistente ue puede ser usada para chalecos anti2alas o placas de 2linda6es. 0l litio es el m3s liviano de todos los metales con densidad $./! gcm!. 0l ncleo de 3tomo est3 constituido por tres protones ' tres o cuatro neutrones. *os tres electrones or2itando en dos or2itales& dos en el interno ' uno en el e"tremo. For esta ra1(n posee una gran tendencia a e'ectar el electr(n e"tremo& haciéndolo e"tremadamente reactivo electropositivo. Cristali1a en el sistema c2ico centrado en el cuerpo
& sus electrones li2res se despla1an dentro de la red cristalina con suma facilidad pudiendo conseguir ' transferir cargas negativas a través de su estructura con mu' poca resistencia& lo cual le confiere las propiedades de ser un e"celente conductor de la electricidad.
7IGU8A
+9?:
0structura uímica del *itio. De: http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Li/xtal.html & H*a estructura c2ica centrada en el cuerpo& es la forma m3s esta2le para el litio metal a ?,- . a6o condiciones normales& todo el Grupo # de metales alacalinos se 2asan en este tipo de estructura& 2cc. 0n la red 2cc& cada 3tomo de litio est3 rodeado por otros ocho 3tomos& ue en su con6unto generan una estructura c2ica. 0l enlace *iB*i m3s el cercano es de separaci(n !$ pm& implicando un radio met3lico de #/? pm. 0sto significa ue el litio es menor ue el potasio.K 8eferencias: M.8. +adler and C.F. empfer& Anal. Chem.& #,/,& 31& ?#$,. *a estructura cristalina del litio se esta2ili1a nicamente a causa de las fuer1as electrost3ticas atractivas entre los iones fi6os en los sitios de la red ' los electrones li2res& pero como s(lo e"isten pocos electrones li2res& las fuer1as atractivas ue interactan no son mu' fuertes ' por consiguiente la red de litio es dé2il ' f3cilmente deforma2le originando mu' 2a6a dure1a. Fosee 2a6o punto de fusi(n& #-$./ 9C& sin em2argo& la cantidad de calor ue reuiere a dicha temperatura para destruir la red ' fundir el metal& es e"tremadamente alta. For esta ra1(n& el litio es til como resumidero de calor& particularmente en sistemas en ue se reuiere un 2a6o peso glo2al en el dise4o& lo ue tiene gran importancia en la industria nuclear como material transportador de calor en circuito cerrado de reactores. *a facilidad con la cual el litio cede su electr(n e"terior& determina ue sea un agente reductor super potente '& como tal& reacciona velo1mente con los agentes o"idantes menos potentes& por e6emplo& reacciona con el nitr(geno a temperatura am2iente para formar el nitruro *i ! +& con el o"ígeno del aire reacciona r3pidamente formando el ("ido *i ?@ ' con el flor genera la reacci(n m3s violenta de todos los elementos De2ido a éstas propiedades el litio encuentra aplicaciones en sistemas de mu' alta generaci(n de energía electrouímica como las 2aterías de litio Bcloro o de litioBa1ufre ' varios otros tipos de pilas& constitu'endo actualmente una industria en e"pansi(n. 0l litio est3 formado por la com2inaci(n de is(topos& ;. ) de litio % ' ,?.% ) de litio ;& lo ue te da un peso at(mico isot(pico de %.,#. 0l is(topo % tiene gran importancia& puesto ue es la materia prima para la o2tenci(n del tritio =& ue 6unto con el deuterio = serían los pro2a2les com2usti2les reactores de fusi(n nuclear & estim3ndose ue estos reactores ser3n la soluci(n del pro2lema energético del mundo. *as reacciones de formaci(n del tritio ' de generaci(n de energía son las siguientes: !
%
*i L +i BBB ?=e L #!E L &;- Mev
*os neutrones provienen a su ve1 de la reacci(n: #
?
D L #!E BBBB ?=e L +8 L +8 L #;&% Mev
0n ue +* ' +8 son neutrones lentos ' r3pidos. S(lo los neutrones lentos pueden ser eficaces para la conversi(n del litio % en tritio.
COMPUESTOS DE LITIO, PROPIEDADES Y ESTRUCTURA Cloruro de litio: 7(rmula uímica: *iCl 7(rmula sistema =ill: Cl#*i# Feso 7(rmula : ?.!, Clase: cloruros
•
• • •
Fropiedades físicas Color: 2lanco Apariencia: s(lido cristalino Funto de 7usi(n: %#$JC Funto de 02ullici(n: #!%$JC #!-!JC Densidad: ?$;$ g mB!
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0structura en el estado s(lido Geometría del litio: % coordinaci(n: octahédrica 0structura prototípica: +aCl •
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Un an3lisis por elemento ' nmero de o"idaci(n es : configuraci(n electr(nica Cl: -!.%! <)> estado de o"idaci(n B# N+eO.!s?.!p% N=eO *i: #%.!; <)> estado de o"idaci(n #
Una de manera para hacer cloruro de litio& es reaccionar el hidr("ido de litio con el 3cido clorhídrico. *a sal resultante puede se purifica por recristali1aci(n. @tra forma pero& de muchísimo cuidado& es por descomposici(n térmica del perclorato de litio& *iCl@. *i@= L =Cl *iCl@ L Calor
*iCl L =?@ *iCl L ?@?
0sta no es la ruta normal de preparaci(n& por lo caro& el litio met3lico reacciona vigorosamente con todos los hal(genos para formar haluros de sodio. Al uemarse con el cloro& Cl ?& forma cloruro de litio& *iCl. ?*i L Cl?
?*iCl
7IGU8A +9!: 0structura cristalina del cloruro de lit io& o2tenida de: http:PPP.Pe2elements.comPe2elementselements.html *as Ea2las +9 # ' ? presentan un resumen de las propiedades físicas del l itio ' car2onato de litio respectivamente& mientras ue& la Ea2la +9 ! da cuenta de la solu2ili dad de la sal en #$$ gramos de agua.
2.2 ESTADO NATURAL DEL LITIO 0l litio se encuentra en la naturale1a en apro"imadamente #/ minerales& pero s(lamente en algunos puede considerarse en cantidades comerciales& adem3s de presentarse en salmueras& aguas termales ' agua de mar& en cantidades mu' diferentes ue oscilan entre ?$ ppm ' %/ ppm. 0ste elemento puede encontrarse de mu' diversas formas& como ser en concentraciones an(malas de pegmatitas en am2ientes sedimentarios asociados con arcilla en 1onas de alteraci(n hidrotermal asociados a minerales a 2a6as como a altas temperaturas en evaporitas no marinas en salmueras de am2ientes desérticos en aguas salinas o salmueras asociadas a 'acimientos de petr(leo en 'acimientos de 2oro 2erilio& flor& manganeso ' posi2lemente fosfato en am2ientes lacustre asociados a silicatos de magnesio en aguas& plantas ' suelos de am2ientes desérticos en rocas sedimentarias ricas en hierro. A todo lo enumerado anteriormente& de2e agregarse ue los principales 'acimientos ue se encuentran en e"plotaci(n& se u2ican como pegmatitas o en salmueras de paleodep(sitos lacustre salinos& ' la gran ma'oría de los factores de prospecci(n s(lo comprue2an la presencia de concentraciones an(malas de litio& sin rendimiento econ(mico en el mercado actual. 0n Chile& el litio se encuentra en las 3reas de dep(sitos salinos de la Alta Cordillera '& en menor proporci(n& en los campos de nitratos ' 'acimientos salinos asociados.
EA*A +9 #: Fropiedades físicas del litio. +mero at(mico
!
Feso at(mico Funto de fusi(n $ 9C Funto de e2ullici(n& $ 9C Feso especifico @ 9C Calor específico del estado liuido Calor especifico& $ 9C calgr. 9C 8esistividad& $ 9C Coef. de temp. De resistividad por $ 9C Calor de fusi(n& calgr. 9C Dure1a escala de Mohs Calor de formaci(n en calmol gr. # culom2io deposita: # amperio hora deposita Fresenta ? is(topos esta2les
%.,# #-% #.!!% $./! #.$ $.;- -.// ./ " #$B! #$!.? $.% ##% $.$;?-?! mg de *i $.?%?#%? gr. de *i ;
*i con ;.% ) peso !.$/ $./!
Fotencial de o"idaci(n& volts Densidad
EA*A +9 ?: Fropiedades físicas ' uímicas de *i. Feso 0structura Funto de 7usi(n Molecular 9C ;!.-,
Monocíclico
7uente: irB@tmer& #,%#
*i con ,?. ) peso
%
%#-
Feso especifico Densidad ?.##
$./!
EA*A +9 !: Solu2ilidades del *i?C@! ' *iCl en gr#$$ gr =?@ ?/ Eemp. 9C $ / #$ ?$ !$ $ * i ? C @ !
#./?
*iCl??=?@ $., *iClR=?@ B B B
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BBB B BB BBB ,.% /#.# /?.-
B
Fuente: Linke y Siedell, 19! 1 "uttin# and Steudemann, 19$%
&&'omados po( )(aus and *u(#ess, 19$9+ densidad de la sol. satu(ada 1.1% a -C y 1.1 1! -C.
B B $.-
#$$ $.;$ B B B # /%./#
CAPITULO 3 3. FUENTES Y PROCEDIMIENTOS DE OBTENCION 0# litio se o2tiene a partir de dos fuentes naturales& del mineral espodmeno ue es un silicato do2le de aluminio ' litio <*íAISi?@%> ue se encuentra asociado con el cuar1o& mica ' feldespato. *a otra fuente de o2tenci(n es a partir de salmueras naturales de los salares ' ge'sers& encontr3ndose en forma de sales de litio& principalmente& sulfato do2le de litio ' potasio <*iS@>. *a 7igura +9& representa un diagrama de flu6o simplificado para la o2tenci(n del litio& a partir de estas dos fuentes con sus respectivas aplicaciones ue derivan de éstas. 3.1. Obtención de litio a partir de un mineral : Fuede o2tenerse& como se mencion( anteriormente& a partir
de un 'acimiento de silicato do2le de aluminio ' litio <*iAlSi?@% o *i?@Al?@!Si@?>& cu'os contenidos son !.;!) de *i ' como ("ido -.$!) de *i ?@& los otros elementos est3n en relaci(n del /#./,) @ !$.#-) Si ' como ("ido de silicio %./-) Si@? #./) Al ' ?;.) Al@!. 0l espodumeno < spodumene& proveniente originalmente de Grecia>& tam2ién es conocido en américa como un1ita& un cristal de dure1a %./ a ;& ue presenta una densidad !.# gcc adem3s posee la característica de presentar diversos colores& ue van desde gris claro& amarillo& verde hasta prpura.
7IGU8A +9/: 7oto con microscopio electr(nico del mineral de espodumeno& a la i1uierda se o2serva un cristal del rasil de #?&/ cm& mientras ue en la otra se muestra un tro1o de mineral e"traído del norte de carolina& norteamérica& fuente: PPP .gami!"a#.$"g% B!&&!m!"Ci'(.)'m.
*os grandes 'acimientos comerciales e"istentes en el mundo se encuentran en los 0stados Unidos & Australia Canad3& aire& China& ' 8usia. Como la ma'oría de los minerales& no todos los ue se presentan en la naturale1a son de importancia econ(mica& de estos& los de ma'or relevancia se resumen en la Ea2la +9. 0l espodmeno es una roca ue forma un mineral en granitos ' pegmatitas con otros minerales. 0ste es relativamente nuevo a la ciencia& se descu2ri( hacen tres siglos ' las variedades de gema nicas se han descu2ierto en los ltimos #?$ a4os: un1ite ' =iddenite. *a primera& la un1ita es la m3s comn ' conocida.& de color rosado a lila. *a =iddenite ue proviene de Carolina del +orte& no es tan conocida ' tan a2undante tiene un color verde usual& mu' diferente a la peridotita ' esmeralda.
EA*A +9 : Frincipales minerales de litio. Mineral ) *i ma". Am2ligonita .;! 0ucriptia /./$ *epidolita Taria2le Fetalita ?.?% 0spodumeno !.;!
) *i comercial !.;B.? ?.%B!.$ #.B#., #.B?.? ?.%B!.$
3.2. Obtención de litio a partir de salmueras naturales : *os dep(sitos salinos& fuentes geotermales&
campos petrolíferos& son fuentes naturales para la o2tenci(n del litio. 0n Chile& la principal de estas fuentes es el salar de Atacama& el otro dep(sito relevante es el salar de U'uni en olivia. 0n la Ea2la +9 /& se puede apreciar la gran diferencia en los contenidos en litio ue presentan las salmueras de los distintos lagos salinos e"plotados en la actualidad. EA*A + /: Contenido promedio de litio en salmueras e"plotadas *ocali1aci(n )*i )+a ) )Mg olivia: salar de U'uni $.$?/ -.-$ $.;? $.%/ Chile: salar de Atacama $.# ;.% #.-; $.,! IsrraelB5ordan: Mar Muerto $.$$#/ !.?# $.%$ !.!! 00UU.: Great Salt *ae& Utah $.$$ -.$ $.%/ #.$$ Silver pea& +T. $.$?! %.? $./! $.$!!
)S@ $.$% $.$! #.#$.$#% $.?$
)Cl #/.; #% #;.!? #.$ #$.
%$) $.$? $.# $.$$! $.$$% $.$$-
*iMg ##, ##.% #??$$ #?/$ ##./
*a recuperaci(n de litio a partir de salmueras es m3s reciente& 'a ue en sus inicios s(lo se e"plota2an los 'acimientos de espodumeno. 0n los 0stados Unidos& la o2tenci(n de compuestos de litio se reali1a por diversos medios& una de ellas es como fosfato de sodio ' litio& su2producto de la o2tenci(n de Fotasa& (ra" ' Ceni1a de Soda. @tra forma es la producci(n de car2onato de litio a partir de salmueras& ' tam2ién puede recuperarse& a partir de salmueras de campos petrolíferos como ocurre en Aransas& Fenns'lvania& Michigan ' Utah. a> Si#*!" P!a+, N!*aa: *as salmueras de Silver Fea& e"plotadas por la 7oote Mineral Co& se o2tienen de ellas car2onato de litio ' como su2producto sales de potasio. *as dimensiones de este dep(sito son #?.- m de largo por %. / m. de ancho ' a una profundidad media de /$ metros& posee salmueras con contenido medio de $.$? ) en cloruro de litio. Se estima ue sus reservas son de !.-$$.$$$ ton de litio& lo ue garanti1a a 7oote Minerals Co. una fuente de materias primas por un largo tiempo. 2> S!a"#!& La+!, Ca#i-$"ia: 0l lago Searles *ae se encuentra u2icado en Searles Talle'& California. Actualmente est3 seco ' contiene el ma'or contenido de sales conocida en ese estado. *a parte central es una superficie til de !# m ? formado en su ma'or parte por halita pura& con un espesor medio de ?#m& constituido por mantos salinos casi hori1ontales& Se estim a ue su cuerpo cristalino contiene alrededor de ?/) de huecos& los ue est3n rellenos con salmuera saturada principalmente de sulfatos& cloruros& car2onatos ' 2oratos de sodio ' potasio. Su contenido en litio oscila entre $.$$% ' $.$##). *as reservas de litio contenidos en estas salmueras alcan1an a ?.$$$ ton de litio. Desde #--$& Searles *ae ha sido una importante fuente de a2astecimiento de materias primas para la ela2oraci(n de productos uímicos& operando en forma continua desde #,?%. 0n la actualidad la empresa American Fotash and Chemical Corporation& recupera #% productos uímicos de estas salmueras& en las ue se inclu'en sales de litio. c> "!a' Sa#' La+!, U'a) : *as salmueras del gran lago salado& han contri2uido en forma importante al desarrollo de la industria de sales minerales de Utah. 0llas se encuentran en mantos salinos porosos& con cristali1aci(n gruesa como sedimentos arcillosos apareciendo en gran parte del 3rea del desierto de Great Salt *ae. *os
hori1ontes de salmueras& tanto en sales cristalinas como en las arcillas& tienen profundidades varia2les& pero en general se encuentran a #./ metros de2a6o de la superficie. 0l Great Salt *ae es el ma'or cuerpo de salmueras concentradas e"istente en U.S.A& segn =alch ' *angferd <#,%!>& las salmueras del lago& durante el período @ctu2re de #,/, a Septiem2re de #,%# tuvieron un volumen promedio de ?. 2illones de cm ! con una concentraci(n de ?%.%$) de s(lidos disuelto. Desde finales de #,;#& se recuperan unas /$$ toneladas anuales de compuestos de litio& a partir de estas salmueras. 0n este lago se distinguen dos 3reas& una es el ra1o +orte& con apro"imadamente el !/) del 3rea del lago ' la otra& el ra1o Sur. *as salmueras del ra1o +orte tienen una concentraci(n de ?-) en peso de s(lidos disueltos& lo ue constitu'e un factor importante ue favorece las operaciones de tratamientos de estas aguas. Se estima ue el ra1o Sur reci2e m3s del -/) del total del agua fresca ue entra en el lago& ' por lo tanto& su concentraci(n de sales es mucho menor comparado con el ra1o +orte. *os limites de concentraci(n de s(lidos disueltos& en las salmueras del ra1o +orte& Ea2la +9%& corresponden a muestras reali1adas entre los a4os #,%! #,%/. Si compar3semos la concentraci(n en litio de las salmueras del Great Salt *ae& ue se reportan en la Ea2la +9 %& con las del Salar de Atacama& Ea2la +9/& se puede apreciar ue ésta se presenta con una concentraci(n 2astante menor& no s(lo en litio& sino adem3s en potasio ' 2oro mientras ue los contenidos en litio del Salar de U'uni& son 2astantes parecidos a las salmueras de Silver Fea& pero ha' ue se4alar ue am2as difieren en cuanto a calidad ' cantidad del recurso. 0videntemente& las salmueras del Salar de Atacama son le6os& la m3s rica fuente productora de materiales de valor comercial. EA*A +9 %: Composici(n uímica de las salmueras del Great Salt *ae& ra1o +orte 0lemento Mínimo M3"imo Si@? Ca
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/ Sa#a" ! A'a0ama, C)i#!: Con las salmueras o2tenidas del Salar de Atacama se ha producido hasta #,,; s(lo car2onato de litio& incorporando adem3s a partir de #,,-& el cloruro de litio en su proceso productivo. *a o2tenci(n del car2onato& a partir de estas salmueras podría resumirse en dos etapas: Concentraci(n de las soluciones& mediante po1as de evaporaci(n solar: *os contenidos iniciales de las salmueras del Salar de Atacama son alrededor de $.#; ) en *i& lleg3ndose a concentrar hasta valores del orden de .! ) a /.-) *i. Eratamiento de la salmuera concentrada en planta uímica: Fara la producci(n del *i ?C@! <,,&/) de pure1a>& las salmueras concentradas son purificadas ' cristali1adas& luego se reali1a un proceso de car2onataci(n& una posterior precipitaci(n ' por ltimo el secado de los cristales. 0l proceso aplicado por la Sociedad Chilena de *itio & perteneciente a 7oote Míneral Co.& su2sidiaria de C'prus Ama" Minerals Co& para la recuperaci(n de litio fue desarrollado por esta empresa en su planta en Silver
Fea& +evada & pero adecu3ndolo a las características propias de estas salmueras. *a producci(n de Chemetall 7oote& cu2re la demanda necesaria para la producci(n de compuestos de litio con ma'or valor agregado& de sus plantas uímicas u2icadas en los 0stados Unidos ' adem3s& suple las necesidades de sus parientes Chemetall en Alemania ' EaiPan.
CAPITULO . DEPOSITOS DE LITIO EN CHILER 0l Salar de Atacama& es el salar m3s importante en cuanto a concentraci(n ' reservas de litio& se encuentra u2icado en el norte de Chile. @tros salares chilenos en ue se ha compro2ado la e"istencia de litio& son los salares de Federnales& Maricunga ' Surire. Adem3s se sa2e de la e"istencia de litio en el caliche con un contenido promedio de $.$!- gr. de litio por il(gramo de caliche. 0"istencia en salares de la regi(n andina con contenidos importantes en *i& se u2ican en la parte occidental de olivia ' de menor importancia en el norte de Argentina.
7IGU8A +9%: Cuenca del Salar de Atacama& con referencias de sus contenidos salinos. 0l Salar de Atacama u2icado en una fosa tect(nica& en la parte m3s 2a6a de una cuenca cerrada de características endorreicas& entre la Frecordillera ' la Alta Cordillera& es conocido como el ma'or dep(sito salino del país& con una superficie alrededor de !$$$ m?& de una cuenca de drena6e interno& cu'a superficie total es de m3s de #!.!$$ m?& u2icado entre las coordenadas ?!9 !$Vsur ' %-V#/Voeste& a ?!$$ m n s m& clasificado como un salar Fre Andino. 0s la cuenca evaporítica de ma'or importancia del país& tanto en tama4o& cantidad ' variedad& drenando una ho'a hidrogr3fica die1 veces ma'or& como potencia de dep(sitos salinos detríticos& ue supera los #$$$ m. 0l salar posee mltiples accesos& de estos& los principales son los del camino paralelo a su lado este& conectando R
Ga(cs, 0n#(id: odeli2aci3n 4eo5u6mica de soluciones concent(adas. Aplicaci3n al estudio de la e7oluci3n de al#unos sala(es8tipo chilenos. 'esis docto(al. ni7e(sidad de a(a#o2a.
San Fedro de Atacama con Feine ' el camino por el *lano de la Faciencia ue penetra al salar en su parte suroeste . A la cuenca drenan tanto aguas su2terr3neas como superficiales ue provienen desde la Alta Cordillera& tanto del este& norte ' sureste. *a recarga del oeste es irrelevante. *o anterior hace ue el salar esté activo tanto en el sector oriental& norte ' sur& ' por el contrario& su 2orde occidental esté fosili1ado. *a cuenca del Salar de Atacama& es le6os la ma'or fuente productora de materiales de valor comercial. De especial importancia resulta el hecho de ue en esta cuenca se depositan salmueras ue& en su formaci(n original est3n favorecidas por la elevada gradiente geotérmica del sector. De2ido a la recarga de soluciones ricas en sales ' a la continua evaporaci(n por las condiciones clim3ticas de e"trema aride1& se ha formado un cuerpo central de apro"imadamente #$$ m ?& compuesto casi e"clusivamente de +aCl. 0sta masa salina porosa& se encuentran ocluidas salmueras saturadas en +aCl ue contienen tam2ién altas concentraciones de otros elementos tales como& potasio& litio& magnesio& 2oro& sulfatos& etc.& lo ue ha determinado la importancia econ(mica del salar. Un resumen de los contenidos uímicos de las salmueras del Salar de Atacama teniendo una concentraci(n media de litio de #.; g*& una relaci(n porcentual se entrega en la Ea2la +9;. *a 1ona donde est3 u2icado el Salar de Atacama presenta características clim3ticas ue determinan altas tasas de evaporaci(n & ra1(n esta del alto nivel en & ' *i. @tro factor relevante es la escasa precipitaci(n& segn datos de la estaci(n de Minsal& la precipitaci(n media llega a #?./ mm la humedad relativa alcan1a un promedio de ?)& la radiaci(n solar alcan1a a %.! " # $ % calm?día& la temperatura en verano oscila entre #$9 ' !/9C& mientras ue en invierno va de W!9 a ?9C. M3s del $) de las reservas mundiales conocidas de litio est3n u2icadas en el Salar de Atacama en forma de salmueras& donde el litio est3 presente en concentraciones die1 veces superior a auellas concentraciones encontradas en los salares norteamericanos. *as reservas de litio en las salmueras contenidas en la superficie a2arcada por el ncleo& considerando los primeros !$m de profundidad& se estiman en ./ " #$ % toneladas. Segn estudios de Minsal& estas salmueras tienen por lo menos ! veces m3s concentraci(n de potasio& ; a #$$ veces m3s de litio ' % a #$ m3s de 2oro ue las salmueras del Mar Muerto& Great Salt *ae ' Silver Fea. Ca2e destacar ue& los productos ue derivan de sus salmueras& pueden separarse en una secuencia nica& no facti2le de o2tener en las operaciones de Great Salt& *ae ' Mar Muerto& cu'os productos mi"tos reuieren de ma'or procesamiento para ser separados. EA*A +9 ;: Composici(n uímica de salmueras del Salar de Atacama Componentes grlt. ) peso +a
,!.#-
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salinidad
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densidad
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De acuerdo a los estudios reali1ados por Minsal en sus comien1os& las reservas a $ m& con un ,/) de confia2ilidad en ;,$.; m ? dieron una concentraci(n media en potasio de #.,!) en peso& para sulfato se estim( #.%/)& para el 3cido 2(rico del $.!#) ' $.#) en litio& esto permite cu2icar el area con cifras& de ?./ millones de ton en ?.# millones ton en sulfatos #.%; millones de ton en litio ' .$ millones de toneladas en 3cido 2(rico. 0l origen principal del litio ' las dem3s sales solu2les presentes en el salar& entre ellas los iones +a& Ca& & Mg& & 82& Cs& est3 en la li"iviaci(n por aguas superficiales ' su2Bsuperficiales de las rocas
volc3nicas intermedias a 3cidas del norte del país ' concentraci(n por evaporaci(n de las sales solu2les resultantes del proceso. 0l volumen ' calidad de estas reservas convierten este dep(sito como la fuente de litio econ(micamente m3s atractiva en la actualidad& 6unto con el Salar de U'uni. *a Ea2la +9-& cuantifica el contenido en litio e"istente en los principales dep(sitos salinos ue actualmente son e"plotados. EA*A +9 -: Comparaci(n de las reservas de *i& en diferentes salmueras e"plotadas en el mundo. Salmueras Eon de *i 7oote Mineral& Silver Fea <+evada>
##-.$$$
Searles *ae
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Great Salt *ae
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Salar de Atacama
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Salar de U'uni <olivia>
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Eotal salmueras
#$.#,?.$$$
CAPITULO .1 DESCRIPCIN DEL PROCESO DE OBTENCION DE LICO3 0l car2onato de litio& es el compuesto 2ase m3s importante entre las sales de *i& su demanda representa el %$) de los productos de *i. Su importancia principalmente radica en ue es f3cil de purificar ' sirve para la conversi(n de otras sales de litio inorg3nicas ' org3nicas tales como& *iCl& *ir ' *i@=B=?@ ' otros compuestos. Se estima ue la producci(n mundial es de /.$$$ toneladas anuales& siendo Chile el principal productor& mientras ue el principal consumidor de car2onato de litio es 0stados Unidos. *a e"tracci(n de las salmueras del Salar de Atacama han sido reali1adas por la Sociedad Chilena del *itio& desde #,-& la cual cuenta con una planta con capacidad de producci(n de ##.-$$ ton al a4o de *i ?C@!. *a e"tracci(n de las salmueras del salar& 7igura +9;& se reali1a mediante 2om2as ue succionan la salmuera a !$m de profundidad& descarg3ndolas a través de ca4erías a un sistema de po1as de evaporaci(n solar& donde el *i se concentra desde $.#;) a .!). *a construcci(n de las po1as dentro del salar& se efectu( rompiendo la costra salina ' de6ando una superficie plana en la cual 'ace una capa de arcilla. Eanto los diues como el fondo de #as po1as de evaporaci(n se revistieron con un pl3stico resistente de $./mm de espesor. *a protecci(n del poliuretano se logra con una capa de sales de +aCl de apro"imadamente !$cm de espesor. Durante el proceso de evaporaci(n& precipitan sales en las po1as en forma secuencial& las ue son cosechadas ' descartadas como impure1as: halita <+aCl>& silvinita <+aCl L CI>& carnalita <CI " MgCl ? " %= ?@> ' 2ischofita . 0n las po1as de ma'or concentraci(n precipita carnalita de litio. <*iCIBMgCI ? " ;= ?@>& con el o26eto de recuperar el litio ue contiene& es repulpeada ' lavada con una soluci(n saturada en cloruro de magnesio& pero no saturada en cloruro de litio. *a 2ischofita presente ' no disuelta& se separa por centrifugaci(n ' es eliminada del sistema. *a salmuera finalmente así concentrada alcan1a /&-) *i& ?$) Mg ' $.;) e"presada como 3cido 2(rico <= !@!>& encontr3ndose lista para ser transportada a la planta uímica u2icada en Antofagasta a #;$ m del Salar de Atacama.
0l tratamiento uímico en la Flanta *a +egra consiste en eliminar el magnesio remanente& en dos etapas de purificaci(n& como car2onato e hidr("ido de magnesio& respectivamente. Fara ello& la salmuera concentrada se dilu'e hasta un contenido de $&%) de *i& con el agua madre proveniente de la etapa final de precipitaci(n del car2onato de litio. 0ste producto se o2tiene por reacci(n en caliente & entre la salmuera purificada li2re de magnesio <#ppm> ' una soluci(n de +a 1C@!& precipitando el *i ?C@!R. 0l producto final se seca ' se comerciali1a en cristales <;$)>& o 2ien se compacta para ser vendido en forma de gr3nulos . *a pure1a del producto es cercana al ,,./) *i ?C@!. +o o2stante& su contenido en 2oro <$$B%$$ ppm> impide su utili1aci(n como materia prima para la fa2ricaci(n de litio metal& vía cloruro de litio. ?*iCl L +a?C@! XX *i ? C$! L ?+aCl
Con el o26eto de resolver el pro2lema anterior ' poder lograr un car2onato de litio con las ma'ores especificaciones e"igidas por el mercado& 7@@E0 dise4( un proceso ue permite eliminar el 2oro de la salmuera& mediante e"tracci(n por solvente& en una etapa previa a la separaci(n del magnesio remanente. *a unidad de e"tracci(n líBlí& primeramente separa el 2oro remanente de la salmuera concentrada procedente del salar& para luego proseguir con el proceso anteriormente descrito. 7inalmente se o2tiene un producto final de car2onato de litio con contenidos 2a6ísimos en 2oro . 0n una primera etapa es li"iviado la ma'or parte de magnesio& el proceso conduce a la formaci(n de una soluci(n de cloruro de litio con 2a6o contenido de sulfato& finalmente se trata con car2onato de sodio& para la o2tenci(n de car2onato de litio. 0n #,,- MI+SA* estim( una producci(n de ,.$$$ toneladas de *i ?C@ ! con capacidad so2re las ?$.$$$ tona4o. 0sta compa4ía ha estado considerando la e"pansi(n para construir una planta de 2utilBlitio en Ee"as ' así facilitar la producci(n de materiales de 2atería. 0l proceso desarrollado por MI+SA*& es mu' diferente en sus primeras etapas al ue utili1a SC*& 'a ue contempl( la utili1aci(n como materia prima de sales cosechadas de las po1as ue contenían sulfato de litio. R
Alcan2a( los ;- C o m? disminuye su solubilidad, con el aumento de la tempe(atu(a.
0n #,,;& SQM& lider en la comerciali1aci(n del salitre& inicia la comerciali1aci(n ' producci(n de car2onato de litio& a partir de las salmueras del Salar de Atacama. Una fracci(n de la salmuera resultante del proceso de evaporaci(n solar para la producci(n de cloruro de potasio contina su proceso de concentraci(n ' se constitu'e en la fuente de litio a partir de la cual SQM produce el car2onato de litio en una planta u2icada en el Salar del Carmen. *a salmuera concentrada en litio es transportada en camiones desde el Salar de Atacama hasta la planta& donde es purificada para e"traerle primero& su contenido remanente de 2oro ' luego magnesio mediante procesos de e"tracci(n ' de filtraci(n. 7inalmente& la salmuera purificada de litio reacciona con car2onato de sodio para para producir el car2onato de litio el cual es filtrado& lavado& secado ' envasado en distintos formatos de productos ue a2arcan desde productos finos& como los utili1ados en la industria de las 2aterías recarga2les de ion litio& hasta productos granulares ue son usados en el proceso de producci(n del aluminio. Am2as compa4ías& SQM ' 7MC & transportan las salmueras concentradas desde el salar hasta sus plantas u2icadas en Antofagasta ' pr3cticamente cu2ren el mercado glo2al americano <--) del litio es ue importa 0stados Unidos es proveniente de Chile& el ;./) de Argentina ' el resto son peue4as cantidades de China& 5ap(n.
.2 PRODUCCIN DE LiOH ( LiC#, A PARTIR DEL Li 2CO3. 0l proceso de o2tenci(n del cloruro de litio& a partir del car2onato o de hidr("ido de litio& se puede lograr reaccionando con 3cido clorhídrico& 7igura +9-. *i?C@! L ?=CI XXX ?*iCl L =?$ L C$?
*i@==?@ L =CI XXX *iCl L ? =?@
Fara eliminar el sulfato ' el calcio ue contiene la salmuera de car2onato& es necesario agregar 3cido o"3lico ' cloruro de 2ario al reactor. Fosteriormente& la salmuera es filtrada para eliminar sus impure1as. A continuaci(n& el sistema pasa a la etapa de cristali1aci(n& centrifugaci(n ' secado. 0l cloruro de litio cristali1ado es lavado con agua enfriada en contracorriente ' posteriormente es t ami1ado. A partir de *iCl es posi2le o2tener *i met3lico& el cual es de utilidad en las aleaciones de *iBAl ' en 2aterías primarias . Una de las venta6as de este elemento es calentarse hasta %$$9C sin ue se llegue a descomponerse. Al ser calentado a -$$9C en atm(sfera de hidr(geno& se descompone parcialmente en ("ido de litio ' gas car2(nico& compuesto poco solu2le.
CAPITULO 4 4. RESER5AS Y RECURSOS DE LITIO *as reservas estimadas para el Salar de Atacama son del orden de ./ millones de toneladas de litio& correspondientes al $) del total de reservas conocidas del mundo& si tan s(lo se consideran las reservas mundiales de *i en salares. 0n la Ea2la +9, se indican la distri2uci(n de reservas ' recursos m3s importantes de litio conocidos en el rnundo occidental. +o se han considerado en esta ta2la& las reservas de todos los salares andinos& lo ue haría su2ir estos valores apro"imadamente a !%&; millones de toneladas de litio met3lico. EA*A +9,: 8eservas mundiales de litio. FAIS Eon. Métricas *i met3lico eiv. olivia /./$$.$$$ Chile /.$$$.$$$ 00UU %.//;.$$$ Australia #.$#.$$ Canad3 %%-.$$$ aire ?.!$.$$$ Eotal ?#.#$%.$$$ Si comparamos numéricamente las reservas de *i de los salares de U'uni ' Atacama& el primero presenta una ma'or cantidad& pero sus salmueras contienen menor concentraci(n en *i. For otra parte& la ma'or relaci(n entre Magnesio*itio del Salar de U'uni desfavorece su e"plotaci(n& unido a la u2icaci(n no propicia para el transporte& le6os de los puertos de em2arue ' unido a ello el salar se encuentra a !%/! m.s.n.m.& con una tasa de precipitaci(n alta. Fara o2tener una producci(n similar a la del Salar de Atacama& se de2iera contar con grandes areas de po1as de evaporaci(n solar& ue s(lo son productivas en ciertos periodos& puesto ue las lluvias torrenciales del invierno& imposi2ilitan la e"tracci(n de sales.
CAPITULO 6 6. MERCADOS 6.1 MERCADO INTERNACIONAL 0n 0stados Unidos& la producci(n de litio est3 en manos de dos productores ue son 7oote Minerals Compan' ' *ithiurn Corporation of America& las cuales producen concentrados de litio& compuestos de litio ' litio met3lico a partir de pegmatitas s(lo 7oote produce *i ?C@! a partir de salmueras. *a amplia variedad de compuestos de litio ue pueden ser procesados a partir del car2onato de litio se muestra en la figura +9##. *ithium Corporation produce ' ofrece al mercado alrededor de ;$ compuestos de litio desde sus plantas u2icadas en 0stados Unidos e Inglaterra. 0stos representan la producci(n del /$) total mundial. @tros productores importantes de litio son la e"BUni(n Soviética ' China& con una producci(n anual de /./$$ ton ' !.%$$ toneladas& respectivamente. *a capacidad instalada mundial al a4o #,-/ se ilustra en la Ea2la +9l$ <0vans& #,-%>. Fese a ue la demanda de litio met3lico para 2aterías ' otras aplicaciones aumenta& el consumo total del metal permanece 2a6o en comparaci(n con la demanda de compuestos de litio. 0l consumo anual de litio& se ha estimado en #.$$$ ton métricas & siendo 0stados Unidos su principal consumidor. EA*A +9#$: Capacidad instalada mundial. Faís Capacidad *i?C@! euiv# 00UU ;$.$$$.$$$ Chile #.$$$.$$$ 8usia #?.$$$.$$$ China -.$$$.$$ Australia? %.%$$.$$$ im2a2Pe? .$$.$$$ ? rasil %$$.$$$ 1
lb. de Li$C>? .;%; )# Li
$
p(oducen concent(ado del mine(al
Se estima una tasa de crecimiento acumulativa anual en la demanda de todos los derivados del litio del orden de -.%) lo ue significa en el a4o ?$$$ una demanda mundial anual del orden de !$.$$$ toneladas euivalentes a litio met3lico . 0n relaci(n con los precios& e"isten s(lo dos compa4ías ue a2arcan todos los productos derivados del litio ' ue suman unas ;$ variedades& estas empresas americanas pr3cticamente son las ue fi6an los precios. 0l car2onato de litio es el producto de m3s 2a6o precio ' se ha mantenido esta2le en el tiempo. *a Ea2la +9## muestra una relaci(n de los precios en el mercado americano& o2serv3ndose poca varia2ilidad del *i ?C@! desde #,,. Situaci(n similar se produce en Chile& en ue oscil( alrededor de USY?;$$ por tonelada métrica durante la década de los ,$. EA*A +9 ##: Frecios del *i ?C@! e *i<@=> en USYg. A4os #,, #,,/ #,,% #,,; #,,*i@= /.%? /.%? /./# /.; /&; *i?C@! .# .! .! .; &; Fuente: @oyce A. >be( 1999,$B.
#,,, /&; &;
?$$$ /&; &;
6.2 MERCADO NACIONAL +ueve mil toneladas métricas de litio euivalente e"port( durante #,,; SQM en su primer a4o de operaciones& para #,,- las ventas de la empresa alcan1aron a #-.$$$ ton métricas& su m3"ima capacidad de producci(n . 0l ingreso de SQM al mercado del litio& convirti( a Chile en el primer productor ' e"portador mundial de este producto. *os volmenes de venta durante el a4o ?$$$ de car2onato de litio aumentaron significativamente <#-)> respecto al a4o anterior& de #;.% ton métricas a ?$.% ton métricas. *os precios de venta aumentaron levemente <)> respecto al a4o anterior ' se mantienen significativamente inferiores a los precios ue prevalecían en el mercado antes de ue SQM iniciara su producci(n. 0l ingreso de SQM al mercado& o2lig( a Chemmetall 7oote ' 7MC a reducir sus precios& tanto ue& el valor del *iC@ ! ha disminuído de USY ?.; en #,,% a USY #./ al a4o ?$$$. 0l precio promedio en #,,; para el *i?C@! fue de USY ?-!&; 7@& . 0l ingreso por divisas al país super( los USY!$ millones desde el a4o l,,?& alcan1ando en #,,; la cifra de USY $./ millones. 0n #,,, Chile alcan1( las !$?!# toneladas métricas& lo ue significa cu2rir poco m3s del /$) de la demanda mundial de litio. SQM contempla a futuro integrarse en la producci(n de diversos derivados de litio& participando de los distintos segmentos del mercado . Fara lograr estos o26etivos& cuenta con: estudiar distintas alternativas para desarrollar nuevos negocios& hasta potenciales 5oint Tentures con otras empresas. Me6orar el rendimiento del proceso productivo& en con6unto con la me6or calidad de las soluciones tratadas ue le permitan tener costos de producci(n significativamente m3s 2a6os ue los costos originales del pro'ecto. *a producci(n mundial de car2onato de litio se apro"ima a /$$$ EM anuales& siendo el país del norte su principal consumidor. Fara el a4o ?$$$& 0stados Unidos cu2rir3 sus importaciones con el --) del car2onato de litio de nuestro país. *os principales destinos de las e"portaciones chilenas& principalmente son 0stados Unidos& ' en menor proporci(n Alemania& 5ap(n& Canad3& Corea del Sur& Tene1uela. Unos USY #$ millones invirti( la Sociedad Chilena del *itio& propiedad de C'prus 7oote Mnerals& para construir una planta de cloruro de litio cu'a capacidad de producci(n es de !.%?- toneladas al a4o& ingresando al mercado a fines del #,,-. 0n el corto pla1o& SC* podr3 producir otros derivados del litio& con productos m3s competitivos ' de ma'or valor agregado al mercado internacional. 0n relaci(n a las importaciones chilenas& el país reuiere de hidr("ido de litio& necesario en industrias de grasas ' lu2ricantes& cu'os reuerimientos alcan1an a /$ toneladas anuales. *as importaciones las reali1a a 0stados Unidos ' su precio ha ido en aumento& al igual ue sus reuerimientos.
EA*A +9#?: Frecios del car2onato de litio e"portado A4os #,,# #,,? #,,! #,, #,,/ #,,% #,,; #,,-
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Fuente: iniste(io de ine(6a
EA*A +9#!: Froducci(n de car2onato de litio AZ@S #,,# #,,? #,,! #,, #,,/ #,,%
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EA*A +9#: 0"portaciones chilenas valoradas de *i?C@! A4os #,,# #,,? #,,! #,, #,,/ #,,% #,,; #,,*i?C@!
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Fuente: e#ist(o Dxpo(taciones *anco Cent(al
EA*A +9#/: Frecios de compuestos de litio en USY g Compuesto #,,, ?$$$ USY g USY g romuro de litio #?&-! #?&-! Car2onato de litio &; &; Cloruro de litio ##&$ ##&$ 7luoruro de litio #%&, #%&, =idr("ido de litio /&; /&; *itio met3lico -/&,? -/&,? + 2util litio en nBhe"ano <#/)> &-&- Fuente: Chemical a(ket epo(te(, $
Yodo Acido Bórico Salitre Potásico Cloruro Sodio Nitrato Sodio Carbonato Litio Nitrato Potasio Otros Productos
7IGU8A +9#?: Forcenta6e de e"portaciones de productos no met3licos& en el cual el -.!) est3 representado por el car2onato de litio& durante #,,-.
CAPITULO 7 7. PRINCIPALES INDUSTRIAS CONSUMIDORAS DE LITIO 0l car2onato de litio es el producto de ma'or consumo ' su precio ha permanecido esta2le desde #,,;. *a industria de la cer3mica ' vidrio& ' las aleaciones de aluminioBlitio& son las ma'ores consumidoras de car2onato de litio& ue apro"imadamente demandan un %/) del mercado de litio en general. Chile satisface gran parte de estos reuerimientos. Adem3s el car2onato de litio sirve de punto de partida en la o2tenci(n de la ma'or parte de los otros derivados uímicos de litio& los ue suman alrededor de ;$ productos& 7igura +9#$ le sigue en orden de importancia el hidr("ido de litio el ue a2arca un cuarto del mercado. 0l resto del mercado est3 constituido por el fluoruro de litio& el hipoclorito de litio& el cloruro de litio& 2util litio& litio met3lico ' una variedad de otros productos m3s sofisticados. 0n el mercado del litio ' sus productos& se usa como medida de referencia el car2onato de litio& el ue contiene #-.-) de litio met3lico. *as principales industrias consumidoras de litio son: Industria de aluminio& vidrio ' cer3mica con el %/) del mercado apro"imadamente. 7a2ricaci(n de grasas industriales de tipo multi uso con menos del ?$) de la demanda. *a diferencia restante se reparte en distintas aplicaciones Sistema de aire acondicionado ' deshumidificaci(n 7a2ricaci(n de caucho sintético 7a2ricaci(n de productos farmacéuticos 7a2ricaci(n de 2aterías primarias Aleaciones& ' otros variados usos de los diferentes productos uímicos de litio ue se fa2rican . EA*A +9 #%: Frincipales usos de los compuestos de l itio US@S #,-/ Aluminio ?- ) Cer3micas ? ) Tidrios # ) Grasas *u2ricantes #; ) Froductos uímicos ;./ ) Aire acondicionado !) Cauchos sintéticos ?./ ) aterías de litio #./ ) 7uente: Diagn(stico de Minería +o Met3lica en Chile& #,,%
CAPITULO 8 8. USOS Y APLICACIONES 0n la actualidad& la utili1aci(n de los productos derivados del litio son diversos& tal como se manifiesta en la 7igura +9## ' Ea2la +9#%& los ue podemos reagrupar en: 0la2oraci(n de vidrios cer3micos de aluminosilicatos de litio. Froducci(n de aluminio met3lico. 7a2ricaci(n de tu2os de televisi(n. Usos farmacéuticos e industriales. 0la2oraci(n de esmaltes para cer3mica Eratamientos médicos: depresi(n& esui1ofrenia& alcoholismo& des(rdenes esui1oafectivos& etc. -
8.1 INDUSTRIA DEL ALUMINIO 0l metal aluminio se o2tiene fundamentalmente en el proceso antiguo de =all B =eruold& con algunas modificaciones ue consiste en una electr(lisis de la Almina fundida en un 2a4o de composici(n varia2le de ? a -) de Almina& / a ;) de 7luoruro de Aluminio& / a ;) de 7luoruro de Calcio ' -$ a -/) de Criolita <+a7AI7! >. Al 2a4o se le adiciona un !&/) en peso de *i ?C@! en gr3nulos con respecto al peso del electrolito& lo cual permite los siguientes 2eneficios: Disminu'e el punto de fusi(n del 2a4o& como la viscosidad. Aumenta la conductividad eléctrica del electrolito fundido. 0stos cam2ios permiten tra2a6ar con una temperatura de operaci(n m3s 2a6a& lo cual reduce el consumo de energía ' aumentar la eficiencia de corriente eléctrica& ' por ende& aumenta la productividad. Se agrega apro"imadamente ? il(gramos. de car2onato de litio por tonelada de aluminio producido. Adem3s de los efectos mencionados& el litio permite reducir los consumos de 3nodos de car2(n ' de criolita ' reduce entre un ?$) a !$) la emisi(n de flor al am2iente& 2a6ando la contaminaci(n ®. 0n la industria aereo espacial de varios países& se ha considerado el uso de las aleaciones AlB*i& en pie1as tanto del ala ' fusela6e& para diferentes tipos de aviones. *a utili1aci(n de este material& permite reducir significativamente el peso de los aviones en m3s del #$)& por otra parte& aleaciones con un ?) a !) en litio& resultan atractivas para esta industria a causa de su reducida densidad ' ma'or resistencia a la corrosi(n& compar3ndola con las aleaciones tradicionales de aluminio. A pesar de la venta6as comparativas& estas aleaciones no se han incorporado al mercado en gran escala como se pens( en un comien1o. 0n la construcci(n de aviones& estas aleaciones compiten con los compuestos de 2oro& grafito ' fi2ras poliméricas. Mc Coo Metals **C ©& produ6o una aleaci(n AlB*i& para el reempla1o de ciertas pie1as críticas ue est3n sometidas a tensi(n& como por e6emplo& remaches ' pernos& para sus aviones 7B#%. @tra gran utilidad en la industria aeron3utica& es el incorporar esta aleaci(n en un nuevo dise4o de tanues de com2usti2les& los ue son utili1ados en los puentes aereos& principalmente su venta6a radica en ser ultra liviano& adicionando un ) Cu& #) *i& $.) Ag& $.) Mg ' la diferencia en Al. 0sta aleaci(n es !$ ) mas dura ' / ) menos densa ue la aleaci(n de aluminio previamente usada. 0l redise4o © del tanue de com2usti2le pesa apro"imadamente !$$ g menos ue el dise4o original& la diferencia se utili1( para aumentar la capacidad de carga til. -
8.2 INDUSTRIA DEL 5IDRIO Y DE LA CER9MICA 0l ("ido de litio es un aditivo importante en la industria del vidrio ' la cer3mica. Su efecto es disminuir el punto de fusi(n ' me6orar las propiedades de escurrimiento del material fundido& reducir el coeficiente de e"pansi(n térmica ' de viscosidad del producto terminado. *a fuente de *i ?@ m3s utili1adas es el *i ?C@! ' adem3s los concentrados de minerales de litio. 0n las pie1as cer3micas resistentes al choue térmico Epi(oce( se utili1an preferentemente concentrados de minerales de litio con 2a6o contenido de hierro. @tra aplicaci(n importante la constitu'e la fa2ricaci(n de tu2os de televisi(n monocrom3ticos ' en colores. =asta #,,;& los minerales concentrados de litio eran los preferentemente usados en la industria de vidrios ' cer3micas& ho' en día se utili1a el car2onato de litio& puesto ue desde entonces su precio se ha esta2ili1ado& es 2a6o ' adem3s se consigue de esta forma eliminar la utili1aci(n de compuestos m3s t("icos.
8.3 RASAS LUBRICANTES *as grasas a. 2ase de 6a2ones de litio denominadas grasas multiprop(sito& conservan sus propiedades lu2ricantes en un amplio rango de temperatura <2a6o $ hasta ?$$9C> poseen mu' 2uena resistencia al agua ' a la o"idaci(n& por estas cualidades son utili1adas en todo tipo de transportes& tanto industriales& militares& automotri1& aéreos ' tam2ién en aplicaciones marinas. 8epresentan alrededor de un %$) de todas los lu2ricantes producidos en los 0stados Unidos ' la ma'oría de los países industriali1ados.
8. SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO Y CONTROL DE HUMEDAD 0l romuro de *itio ' el Cloruro de *itio en forma de salmueras& se usan en sistemas industriales de acondicionamiento ' deshumidificaci(n del aire& aprovechando ue am2os compuestos tienen propiedades altamente higrosc(picas ue le permiten a2sorver la humedad del aire. ®
http://www.chemetalllithium.com/lithium/lithium.ns=
Li#ht etal A#e, 199;
©
8. CAUCHO SINTTICO 0n la fa2ricaci(n de elast(meros sintéticos intervienen compuestos (rganoB*itio& como catali1adores de polimeri1aci(n de pl3sticos& como el polietileno. 0l litio es utili1ado en esta aplicaci(n en forma de util B *itio. 0ste compuesto (rgano B met3lico es un catali1ador específico en la polimeri1aci(n i(nica del isopreno& estireno ' 2utadieno& para la o2tenci(n de cauchos espaciales empleados en la manufactura de neum3ticos de alta duraci(n& ' con gran resistencia a la a2rasi(n. 0l +B2utilBlitio reacciona con el estireno ' 2utadieno& formando una goma sintética ue no reuiere vulcani1aci(n.
8.4 PILAS DE LITIO *a utili1aci(n de litio met3lico <,,.,) pure1a> como 3nodos en 2aterías primarias & ha tenido un r3pido crecimiento en los ltimos a4os& aunue el consumo es relativamente 2a6o por las peue4as cantidades reueridas. 0"iste una familia de pilas ue tienen un 3nodo comn& pero pueden diferir del tipo de c3todo ' electrolito. *as pilas de litio presentan varias venta6as con respecto a las pilas t radicionales: Ma'or densidad de energía por peso ' volumen. Ma'or vida til& entregando un volta6e& constante. Menor peso. 7uncionamiento a alta capacidad ' 2a6as temperaturas. Ma'or tiempo de almacenamiento. *as 2aterías de litio no recarga2les se han usado ampliamente en relo6es& microcomputadores& c3maras& 6uegos ' aparatos electr(nicos. @tra gran aplicaci(n es en la industria militar& puesto ue el uso de 2aterías de o"ihalide de litio& fueron seleccionadas para el uso en misiles de defensa aéreas ' otros programas de los 0stados Unidos ⊕. 0ste tipo de 2aterias presenta varias venta6as& entre otras& su dura2ilidad& gran capacidad de potencia disponi2le ' seguridad de almacenamiento. @tra area pro2ada es en la industria automotri1 de potencia eléctrica. 0n este caso una de las venta6as de la utili1aci(n de 2aterías de litio es la no contaminaci(n& ahorro de com2usti2le& dura2ilidad& etc. +issan Motor Corp. USA& introdu6o la primera 2atería en #,,-& presentando en la e"posici(n Auto ShoP de *os Angeles& un mini2us para cuatro pasa6eros& potenciado con 2aterías de *iBi(n& desarrollado con6untamente con Sonn' Corp ®. -
8.6 OTRAS APLICACIONES DEL LITIO Se ha potenciado un gran mercado farmacol(gico& puesto ue la incorporaci(n de litio met3lico ' algunos compuestos& se utili1an como catali1adores en la producci(n de analgésicos& agentes anticolesterol& antihistamínico& anticonceptivos& inductores del sue4o& algunos tipos de esteroides& tranuili1antes& vitamina A ' otros productos. 0l car2onato de litio grado farmacol(gico& es utili1ado en el tratamiento de la ps'cosis maníaca depresiva.
8.7 USOS FUTUROS =a' tres mercados potenciales importantes para el litio ue actualmente se encuentran en etapa de desarrollo tecnol(gico. 0llos son las aleaciones de aluminioBlitio& las 2aterías secundarias ' los reactores de fusi(n nuclear.
R!a0'$"!& ! -;&i< ;0#!a r Una aplicaci(n potencial del litio de grandes espectativas es en la producci(n de energía eléctrica mediante la fusi(n nuclear controlada de Deuterio ' Eritrio. For ser escaso en la naturale1a el tritrio se o2tiene irradiando el litio con neutrones. 0l consumo de litio como com2usti2le para generar tritrio no es significativo& pero podría ser un gran reuerimiento al ser usado tam2ién como escudo contra radiaciones ' como medio de transferencia de calor . 0stas aplicaciones est3n supeditadas al é"ito de un programa de desarrollo de reactores de fusi(n ue impulsa el Departamento de 0nergía de los 0stados Unidos. Se espera ue el a4o ?$#/ se ponga en marcha un reactor demostrativo. Ba'!"=a& &!0;a"ia&
⊕
c"ale, $
®
Ad7anced *atte(y 'echnolo#y,
199;
0n +orteamérica& con el apo'o gu2ernamental& se han reali1ado importantes esfuer1os en investigaci(n para desarrollar 2aterías secundarias de litio de alta capacidad& a fin de ser empleadas en vehículo de propulsi(n eléctrica ' en instalaciones de almacenamiento de energía para nivelaci(n de carga. 0specialistas en el ru2ro se4alan ue las 2aterías recarga2les de litio est3n todavía en el comien1o de su ciclo de desarrollo& aunue enfati1an ue ellas llegar3n algn día a ser realidad& pero para ue ello suceda& se reuiere de cierto tiempo ' un fuerte incremento en los fondos destinados a su investigaci(n.
A#!a0i< #i*iaa& ! A#;mii$>Li'i$ *a aleaci(n de #&/B!) de litio al aluminio permite o2tener materiales ue en promedio son un #$) m3s livianos ue las aleaciones convencionales de aluminio. Adem3s de reducir la densidad& el contenido de litio antes indicado permite o2tener aleaciones con m3s resistencia ' ma'or m(dulo de elasticidad ue las corrientemente utili1adas en la fa2ricaci(n de partes ' componentes de aviones. Su utili1aci(n en la fa2ricaci(n de aviones se traduce en un ahorro significativo de com2usti2le& el ue puede ser euivalente a un ?$) de aumento de capacidad de carga del avi(n. Actualmente& la Mc Donnell Douglas est3 utili1ando aleaciones de aluminioBlitio en varios modelos de aviones. 0l principal inconveniente de estos materiales es su alto costo& el cual podría disminuir si se resuelven los pro2lemas de reciclar los desechos generados en su fa2ricaci(n. For otra parte ha contri2uido a una lenta introducci(n en el mercado el hecho de ue el petr(leo se mantiene an en un precio relativamente 2a6o. P"$(!0'$& C)i#!$& Ca2e destacar& en este apartado el HFrograma del *itioK ue constitu'e la materiali1aci(n de la do2le responsa2ilidad ante la le' ue le ca2e a la Comisi(n Chilena de 0nergía +uclear& CC=0+& en lo referente al litio como elemento de car3cter nuclear. *a primera responsa2ilidad es la supervisi(n ' autori1aci(n de la producci(n ' e"portaci(n del litio ' sus compuestos. *a segunda es la promoci(n de la investigaci(n ' desarrollo en materia de litio para su utili1aci(n en aplicaciones pacíficas. *os o26etivos de este pro'ecto son investigar ' desarrollar materiales avan1ados de litio& ' por otra& investigar ' desarrollar procesos uímicos& físicos ' nucleares 23sicos relacionados con compuestos de litio. *a meta a mediano ' largo pla1o& es transferir la tecnología derivada de este programa al sector industrial del país. Frincipalmente la acci(n se orienta a las 2aterías de *itio& la cual inclu'e un amplio espectro de posi2ilidades de I ' D& desde los procesos metalrgicos para la eliminaci(n de impure1as en los compuestos finales de litio& hasta el desarrollo de materiales para el uso en 2atería de litio de alta capacidad . CC=0+ se ha propuesto implementar un la2oratorio 23sico a fines de #,,/ para el estudio integral de materiales para 2aterías de alta capacidad. 0ste es el resultado del esfuer1o de CC=0+ ' varias universidades nacionales e investigadores e"tran6eros. @tra 3rea en la ue se a avan1ado en materiales cer3micos de litio para el reactor de 7usi(n +uclear. 0n esta 3rea se est3 llevando a ca2o dos actividades. Una es la fa2ricaci(n de materiales cer3micos de titanato de litio en forma de pellets& mediante dos rutas alternativas de síntesis: Solgel ' de estado s(lido. *a segunda& consiste en el dise4o& implementaci(n ' operaci(n de un sistema de irradiaci(n in situ para evaluar la capacidad de dicho pellets como li2eradores de tritio 2a6o irradiaci(n de neutrones. 0ste sistema est3 instalado en el reactor 80C=BI de la CC=0+ ' cuenta con la cola2oraci(n internacional de Argonne +ational *a2orator' de 0.0. U.U. ' del Chal 8iver *a2orator'& de Canad3. Eam2ién se ha contemplado la Investigaci(n ' Desarrollo de materiales avan1ados compuesto de litio& adem3s de auellos usados en pellets para fusi(n nuclear. 06emplos de éstos son los cer3micos superconductores dopados con litio ' películas delgadas con propiedades de conductividad mu' atractivas para su uso en sensores ' semiconductores.
7IGU8A +9##: Salar de Atacama& con referencias de sus caminos ' pue2los aleda4os.
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