MINERALES INDUSTRIALES CAPITULO 7 LITIO PROFESOR: XIMENA VELOSO V. UNIVERSIDAD ARTURO PRAT IQUIQUE-CHILE

Transcripción

1 MINERALES INDUSTRIALES CAPITULO 7 LITIO PROFESOR: XIMENA VELOSO V. UNIVERSIDAD ARTURO PRAT IQUIQUE-CHILE 1

2 7.1 GENERALIDADES DEL LITIO Es descubierto en 1817 por el químico sueco August Arfvedson Es un metal alcalino, del Grupo I Químicamente reactivo No existe en la naturaleza al estado libre, sino formando compuestos Se inflama al aire Reacciona con el agua Se oxida al instante y se corroe rápido Ocupa el lugar 35 en abundancia en la corteza terrestre Inestable al estado puro Es de color blanco-plateado 2

3 7.2 CARACTERISTICAS GENERALES DEL LITIO Punto fusión ( C( C) ) 181 Pto ebullición ( C( C) ) 1342 Densidad (g/cc cc) ) 0,534 Peso atómico 6,941 3

4 7.3 PRINCIPALES MINERALES DE LITIO Mineral Espodumeno Lepidolita Petalita Ambligonita Eucriptita Fórmula (LiAl)(Si 2 O 6 ) (KLi)(Al 2 Si 3 O 10 )(OH,F OH,F) 2 (LiAl)(Si 4 O 10 (LiAl)(PO 4 )(F,OH F,OH) (LiAl)(SiO 4 ) 10 ) % Li 3,73 3,60 2,26 4,73 5,50 4

5 7.4 ISOTOPOS DEL LITIO Isótopos naturales Son dos 6-Li (7,5%) y 7-Li7 (92,5%) Isótopos inestables Son siete 8-Li (de mayor vida media siendo de 838 milisegundos) El 6-Li6 es una sustancia de partida en la obtención a gran escala de tritio empleado en bombas de hidrógeno. El tritio es un isótopo natural del hidrógeno; es radiactivo. Su símbolo es H 3. 5

6 7.5 COMPUESTOS DE LITIO Bromuro de litio Carbonato de litio Cloruro de litio Estearato de litio Hidróxido de litio Hidruro de litio Oxido de litio Perclorato de litio Peróxido de litio Yoduro de litio Jabones de litio 6

7 7.6 CARBONATO DE LITIO La gran variedad de los usos del litio le han conferido el calificativo de elemento versátil. El carbonato de litio es el compuesto más importante, porque constituye el producto de mayor volumen de transacción comercial. Además, el carbonato es la materia prima para obtener todos los demás compuestos de litio. 7

8 7.7 PRODUCCION DE COMPUESTOS DE LITIO A PARTIR DE CARBONATO DE LITIO 8

9 7.8 USOS DEL LITIO Industria del aluminio Adición de carbonato de litio Li 2 CO 3 al baño de criolita (Na 3 AlF 6, fluoruro de aluminio y sodio) para obtención de aluminio (electrólisis de sales fundidas) disminuye el punto de fusión del baño, permitiendo una menor temperatura de operación. Se aumenta productividad, se reduce consumo de energía y se reduce emisión de flúor al ambiente. 9

10 7.8 USOS DEL LITIO Industria del vidrio y cerámica Al agregar óxido de litio Li 2 O como aditivo se disminuye el punto de fusión, se mejora las propiedades de escurrimiento del material fundido y se reduce el coeficiente de expansión térmica del producto terminado. 10

11 7.8 USOS DEL LITIO Grasas lubricantes Las grasas a base de jabones de litio (fabricadas a partir de hidróxido de litio LiOH) ) denominadas grasas multipropósito, conservan sus propiedades lubricantes en un amplio rango de temperatura (bajo 0 C hasta 200 C) ) poseen muy buena resistencia al agua y a la oxidación. Son utilizadas en todo tipo de transportes, tanto industriales como militares. 11

12 7.8 USOS DEL LITIO Sistema de aire acondicionado y control de humedad El bromuro de litio LiBr y el cloruro de litio LiCl en forma de salmueras, se usan en sistemas industriales de acondicionamiento y deshumidificación de aire, aprovechando que ambos compuestos tienen propiedades altamente higroscópicas que le permiten absorber la humedad del aire. 12

13 7.8 USOS DEL LITIO Uso medicinal El carbonato de litio Li 2 CO 3 usa en el tratamiento de síndromes depresivos (en pequeñas dosis). se 13

14 7.8 USOS DEL LITIO Caucho sintético Se usan compuestos órgano-litio (butil( butil- litio) como catalizadores de polimerización. Este compuesto es un catalizador específico en la polimerización iónica del isopreno,, estireno y butadieno para la obtención de cauchos especiales empleados en la manufactura de neumáticos de alta duración. 14

15 7.8 USOS DEL LITIO Pilas de litio La utilización de litio metálico (99,9% pureza) como ánodo en baterías primarias (pilas no recargables) ha tenido un rápido crecimiento, aunque el consumo es relativamente bajo por las pequeñas cantidades requeridas. Las pilas tipo botón, usadas en equipos miniaturizados (marcapasos, relojes, audífonos, calculadoras, etc.) han tenido un gran crecimiento. 15

16 7.8 USOS DEL LITIO Pilas de litio También se usa en pilas y/o baterías secundarias (pilas recargables) de celulares, etc. Las pilas de litio entregan una cantidad de energía mucho mayor que las baterías comunes. 16

17 7.9 APLICACIONES FUTURAS DEL LITIO Hay tres mercados potenciales. Reactores de fusión nuclear: producción de energía eléctrica mediante la fusión nuclear controlada de deuterio y tritio, este último se obtiene irradiando el litio con neutrones. Baterías secundarias de alta capacidad: desarrollo de baterías recargables de litio de alta capacidad para vehículos de propulsión eléctrica y para almacenamiento de energía. Aleaciones livianas de aluminio-litio: litio: la adición de un 1,5 3% de litio al aluminio permite obtener materiales que en promedio son un 10% más livianos que las aleaciones convencionales de Al. Principalmente para uso en aviones. 17

18 7.10 PRODUCTORES DE LITIO EEUU es el principal productor y consumidor de productos de litio. Chile posee alrededor del 40% de las reservas mundiales de litio, en forma de salmueras. El carbonato de litio se obtiene a partir de las salmueras contenidas en el Salar de Atacama (II Región). Los salares están siendo explotados por: Sociedad Chilena del Litio Planta Minsal,, de propiedad de Soquimich 18

19 7.11 LITIO EN SALAR DE ATACAMA En el Salar de Atacama se encuentran salmueras cloruradas con altos contenidos de litio (1,7 gpl de Li). Está a una altura de msnm,, con superficie superior a km 2 y profundidades mayores a 1 km. Las tasas de evaporación son de aproximadamente 10 L/m 2 -dia.. Tiene reservas estimadas de 4 millones de toneladas de litio. 19

20 CONTENIDO PROMEDIO DE LITIO EN SALMUERAS DEL SALAR DE ATACAMA Li 0,14% Mg 0,93% K 1,87% Na 7,60% SO 4 1,78% Cl 16,0% Li/Mg 1/6,6 Un factor importante en la recuperación de litio desde salmueras es la razón magnesio-litio. Un mayor contenido de magnesio encarece la extracción, al ser necesario un mayor consumo de cal para precipitar el magnesio y en otros casos al requerirse una mayor superficie de evaporación solar para concentrar las sales de magnesio y separarlas por cristalización. 20

21 7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERAS El proceso consiste básicamente en: Bombear las salmueras desde el salar y enviar por tuberías a pozas de evaporación solar (las que tienen alrededor de 1 km 2 de área total). La evaporación produce la cristalización de una mezcla de sales. Como resultado de la concentración de las salmueras por evaporación solar precipitan en las pozas las siguientes sales en forma secuencial: halita (NaCl), silvinita (NaCl( + KCl), carnalita (KCl*MgCl( 2 *6H 2 O) y bischofita (MgCl 2 *6H 2 O), estas sales son cosechadas y acumuladas separadamente en zonas adyacentes para su procesamiento y producción de cloruro de potasio KCl y sulfato de potasio. 21

22 7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERAS La salmuera de litio se va concentrando en etapas sucesivas hasta alcanzar un contenido de litio cercano al 6%. La salmuera concentrada se purifica en una planta química, para ello se traslada en camiones desde el Salar hasta la planta. En la planta se le purifica para extraer el boro y el magnesio. El magnesio se elimina en dos etapas, como carbonato MgCO 3 e hidróxido de magnesio Mg(OH) 2, respectivamente. 22

23 7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERAS La salmuera concentrada y purificada es tratada con carbonato de sodio Na 2 CO 3, produciéndose por precipitación en caliente el carbonato de litio Li 2 CO 3 El producto final se obtiene en dos formas: cristales y gránulos, con una pureza de 99,2-99,5 % Li 2 CO 3 23

24 7.13 DIAGRAMA DE FLUJO EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERAS 24

25 7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERAL Se explotan los minerales de litio mediante minería a rajo o tajo abierto. Proceso usado en EEUU, Australia, Canadá. El contenido promedio de Li 2 O es de 1,5%. Estos minerales son sometidos a un proceso de concentración, el cual comprende chancado,, molienda y flotación. Se obtiene un concentrado de litio con una ley de 6,0 a 6,5% de Li 2 O. 25

26 7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERAL El concentrado de espodumeno natural o forma alfa es transformado por calcinación a la forma beta que es más reactiva. Se realiza un tratamiento en caliente con ácido sulfúrico (tostación ácida). Posteriormente, la mezcla de sulfato de litio formada, mineral residual y exceso de ácido se envía a un estanque de lixiviación para la obtención de soluciones de sulfato de litio. 26

27 7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERAL Las soluciones de sulfato de litio son consecutivamente neutralizadas, purificadas y concentradas en evaporadores de triple efecto. Se tratan con carbonato de sodio Na 2 CO 3 para la obtención final de carbonato de litio. 27

28 7.15 DIAGRAMA DE FLUJO EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERAL 28

29 7.16 PRECIOS DEL LITIO El carbonato de litio se ha transado con un valor mínimo de US$/ton y un valor máximo de US$/ton. El concentrado de espodumeno (> 7,25% Li 2 O) se ha comercializado con valores en el rango de US$/ton. 29

30 7.17 LITIO COMO MATERIAL ESTRATEGICO Su enorme potencial permite considerarlo como el elemento base de la futura energía del planeta. El perclorato de litio es portador de oxígeno en combustible de cohetes. El hidruro de litio es un combustible de cohetes. Mezclando el hidruro de litio con agua, se obtiene hidrógeno que puede hacer funcionar los motores. 30