La tecnología EDL: ventajas e inconvenientes

¿Fotos en alta resolución?, cámbiate a Premium...

La extracción del litio a partir de salmueras por el método de la evaporación solar y la cristalización fraccionada de las diferentes sales es una técnica antigua. Esta tecnología presenta una serie de cuellos de botella que limita fuertemente la productividad: el tiempo de extracción del litio es largo (18-24 meses), el rendimiento está por debajo del 50%, consume grandes volúmenes de agua de salmueras y requiere condiciones climáticas óptimas (evaporación eficaz, precipitaciones mínimas, vientos contantes).

Por otro lado, la puesta en marcha desde la fase proyecto hasta la fase de producción industrial puede durar entre 7 a 10 años. A esto hay que añadir los costos de inversión que pueden ser elevados si se desea instalar una planta industrial comprometida con el medio ambiente, actualmente se estima que el CAPEX para una planta de producción de 20.000 toneladas de carbonato de litio está por los 600.000 millones de dólares.

Las llamadas tecnologías de Extracción Directa del Litio (EDL) están progresivamente penetrando el mercado de la minería del litio. Sin embargo, fuera del éxito relativo obtenido en la extracción selectiva del litio a partir de salmueras, aun queda mucho trabajo que realizar hasta alcanzar y demostrar que estas tecnologías funcionan a escala industrial, son rentables y ecológicas.

En que consiste la tecnología EDL

El litio se encuentra disuelto bajo la forma de iones acompañado de otros iones presentes en los lagos salados y salares. Técnicamente hablando, la EDL emplea un material activo llamado extractante capaz de separar selectivamente los iones litio del resto de los iones presentes en la salmuera, el objetivo principal es el de extraer preferencialmente el litio a partir de una salmuera compleja.

El rendimiento del proceso y la pureza del producto recuperado dependen de la capacidad de extracción selectiva del material activo que se mide en términos de relación Li/Na, Li/K, Li/Mg, Li/Ca, etc: cuanto más altas son las proporciones mayores serán el rendimiento y la pureza del producto final. Las compañías implicadas en las tecnologías EDL están trabajando sobre diferentes procesos de extracción. Entre los procesos directos más interesantes podemos citar: el método de adsorción selectiva, el método de intercambio iónico y la tecnología de membranas selectivas.

Método de adsorción

El método de adsorción se basa en la propiedad que tienen ciertos óxidos (LiTiO2, LiMnO, LiSiO2, LiAl2O3�) o compuestos como las zeolitas (SiO2-Al2O3) y fosfatos (LiFe3O4) de adsorber selectivamente iones de litio en la superficie o en el interior de sus estructuras cristalinas (intercalación); la adsorción puede ser de tipo físico o químico. La salmuera bruta circula en un reactor en contacto con el material adsorbente (micropartículas), el cual retiene el elemento litio. Una vez saturado, el adsorbente es expuesto a un líquido (agua, alcohol, ácidos diluidos, solventes) para recuperar el litio. Los mejores materiales adsorbentes son los compuestos LiCl.2Al(OH)3, LixMn2O4, y LixFe3PO4. La porosidad del material adsorbente es una propiedad importante para este proceso. En Argentina, la empresa Minera del Altiplano (filial de la firma estadounidense FMC) utiliza en su cadena de extracción la técnica de la adsorción selectiva empleando micropartículas de LiCl.2Al(OH)3.

Método de intercambio iónico

Bajo ciertas condiciones favorables, los iones de litio en contacto con un determinado material pueden ligarse a un compuesto químico del material adsorbente; por ejemplo, en el caso de un hidruro metálico o de un hidróxido metálico, el ion-litio puede integrarse en el compuesto substituyendo al ion-hidrógeno. Por esta razón este método es denominado intercambio iónico.

Diversos tipos de hidróxidos, tales como el HAlO2, H2MnO3, H2SnO3, H4TiO4 y H3VO4, han sido intensamente investigados y presentados como adsorbentes iónicos. Entre los materiales interesantes podemos citar el H1.5Mn1.6O2 que tiene un poder adsorbente de 40 mg de litio por gramo de material absorbente. El óxido de manganeso, MnO2, es otro material interesante, tiene una selectividad hacia el litio es 400 veces mayor comparado con el ion sodio (Li/Na=400), pero la pureza de la salmuera filtrada alcanza solo el 33%.

Finalmente podemos nombrar el Li1.33Mn1.67O2, un óxido que puede adsorber litio, pero al mismo tiempo adsorbe magnesio, es decir que no es selectivo en presencia de iones-magnesio. También existen resinas poliméricas. El principal inconveniente de estas técnicas es el empleo de grandes cantidades de soluciones ácidas, básicas y agua dulce.

Tecnología de membranas

La tecnología de membranas se basa en el principio de la difusión de concentración más conocida como ósmosis directa; también existe la difusión por diferencia de presión u ósmosis inversa, por diálisis y por diferencia de potencial (electrodiálisis). La difusión es controlada por medio de membranas semiporosas a escala atómica que dejan pasar preferencialmente los iones-litio y retienen el resto de los iones no deseados.

De esta manera se pueden filtrar las salmueras y obtener soluciones enriquecidas en litio sin recurrir a la evaporación. Las membranas se fabrican a partir de polímeros, de materiales inorgánicos o de materiales mixtos (mezcla de polímeros e inorgánicos).

Una manera de mejorar el rendimiento y la selectividad consiste en emplear membranas de un material compuesto, más conocido como nanocomposito. Un nanocomposito está constituido por dos materiales de naturalezas distintas y con propiedades físicas y químicas diferentes: uno de los materiales son partículas de pequeña dimensión, y el otro actúa como matriz que envuelve al primero.

La investigación actual está focalizada en la concepción de membranas altamente selectivas a iones de carga monovalente que pueden ser empleadas en sistemas de electrodiálisis para recuperar (separar) iones de litio de una salmuera que contiene iones Li+, Na+ y K+. Existen membranas comerciales capaces de separar iones divalentes, como el Ca2+, Mg2+, y SO42-.

Gran beneficio para Coipasa

A pesar de todos estos adelantos, la aplicación de las nuevas tecnologías a nivel industrial todavía es considerada muy dificultosa. Varias de las técnicas desarrolladas no son comercialmente viables. Los expertos indican que el desarrollo de nuevos procesos EDL a partir de salmueras complejas es muy difícil, más aún si se trata de diseñar plantas económicamente rentables y de impacto ecológico reducido. El desafío es indudablemente enorme, sobre todo que se pretende desarrollar plantas industriales EDL de una capacidad de producción de 20.000 toneladas de carbonato de litio por año a costos CAPEX del orden de 200.000 $us, con rendimiento de recuperación de litio mayor al 90% y uso moderado de agua dulce en ciclos internos de recuperación de más de 95%; además que se prevé un tiempo de instalación y puesta en funcionamiento corto de 2 a 2,5 años.

La instalación de una planta EDL de este tipo en el salar de Coipasa sería la más favorable para Oruro por su corto tiempo de ejecución comparada con los 10 años que tomaría la instalación de una planta clásica de evaporación.

Yacimientos de Litio Bolivianos anunció recientemente que nuestro país entrará en el 2025 en la competición mundial de producción de litio con una producción de 40.000 toneladas de carbonato de litio con la ayuda de pequeñas plantas EDL que se instalaran en Llipi, además se informó que a fines de año se designara la empresa o empresas con tecnología EDL que participarán en el gran proyecto de la industrialización del litio. Tomando en cuenta la complexidad química de nuestras salmueras, lo más conveniente sería aplicar procesos híbridos de extracción que combinen la evaporación y tecnologías EDL adecuadas a cada una de estas sales de interés comercial.

Lo único que podemos hacer es esperar que estas nuevas tecnologías funcionen a nivel industrial con costos de producción aceptables en provecho y beneficio de la económica nacional, que el consumo de agua dulce no tenga impactos ambientales negativos para las comunidades vecinas y que el país se beneficie de transferencia de la tecnología.