Durante décadas, la producción comercial de litio se basó en fuentes de minerales como espodumeno, petalita y lepidolita. Sin embargo, la extracción de litio de tales fuentes es significativamente más costosa que la extracción del metal de las salmueras que contienen litio. De hecho, se estima que el costo de extraer litio de la roca dura es el doble del producido a partir de las salmueras, lo que explica por qué la mayoría de esas fuentes han tenido un precio fuera del mercado desde principios de la década de 2000.
Las salmueras de sal se pueden describir como depósitos subterráneos que contienen altas concentraciones de sales disueltas, como litio, potasio y sodio. Estos generalmente se encuentran debajo de la superficie de lechos de los lagos secos, conocidos como salars.
El litio se procesa a partir de salmuera, espodumeno y arcilla.
Procesamiento de salmuera
Para extraer el litio de las salmueras, las aguas ricas en sal deben ser bombeadas a la superficie en una serie de estanques de evaporación donde la evaporación solar ocurre durante varios meses. Debido a que las salmueras salar se producen de forma natural a grandes altitudes y en áreas con poca lluvia, la evaporación solar es un método ideal y rentable para precipitar sales.
El potasio a menudo se cosecha primero en los estanques tempranos, mientras que los estanques posteriores tienen concentraciones cada vez más altas de litio. Las salmueras de fuente de litio económicas normalmente contienen desde unos pocos cientos de partes por millón de litio hasta más de 7.000ppm.
Cuando el cloruro de litio en los estanques de evaporación alcanza una concentración óptima, la solución se bombea a una planta de recuperación donde la extracción y el filtrado eliminan cualquier boro o magnesio no deseado. Luego se trata con carbonato de sodio (ceniza de sosa), precipitando así el carbonato de litio. El carbonato de litio se filtra, seca y listo para la entrega.
El exceso de salmueras residuales se bombea nuevamente al salar.
El carbonato de litio es un polvo blanco estable, que es un intermediario clave en el mercado del litio porque se puede convertir en sales industriales específicas y productos químicos, o procesado en metal de litio.
Procesamiento de Spodumene
A diferencia de las fuentes de Salar Salt, la extracción de litio del espodumeno y otros minerales requiere una amplia gama de procesos hidrometalúrgicos.
Galaxy Resources, que extrae spodumene extraído en Australia, por ejemplo, primero tritura y calienta el mineral en un horno de calcinación rotatorio para convertir la fase de cristal de litio de alfa a beta (un proceso denominado decrepitación ). Esto permite que el litio presente en el mineral sea desplazado por el sodio. El concentrado de espodumeno resultante se enfría y moltura en un polvo fino antes de mezclarse con ácido sulfúrico y tostarse nuevamente. Un sistema de filtro de espesante separa los residuos del licor concentrado, mientras que la precipitación elimina el magnesio y el calcio de esta solución.
Finalmente, se agrega la ceniza de soda y el carbonato de litio se cristaliza, calienta, filtra y seca como carbonato de litio puro al 99 por ciento.
Procesamiento de arcilla
Una amplia variedad de enfoques es posible para extraer litio de las arcillas.
La elección del enfoque a seguir depende de la naturaleza de la materia prima específica que se está considerando. Aunque se han usado muchos procesos de extracción de litio, la mayoría de los procesos actuales se han desarrollado para materias primas de pegmatita y pueden no ser completamente efectivos para extraer litio del material de alimentación de arcilla. Los estudios de la Oficina de Minas han investigado el tueste de lima y yeso y el tueste de cloruro para la extracción de litio a partir de espodumeno y ambligonita.
Las técnicas que se exploran para extraer litio de las arcillas incluyen desagregación de agua, tratamiento hidrotermal, lixiviación ácida, lixiviación con agua ácida, lixiviación con agua alcalina tostado, lixiviación con sulfato de agua, lixiviación con agua tueste con cloruro y lixiviación con agua de tueste múltiple . Sin embargo, a pesar de las pruebas, la arcilla aún no ha demostrado ser rentable y no se está haciendo comercialmente.
Al final, la extracción de litio de la salmuera es barata pero lenta, el espodumeno es caro pero rápido, y la arcilla aún no está probada comercialmente a escala. Se están estudiando nuevas tecnologías disruptivas de extracción de litio (incluidas la lixiviación, la extracción con disolventes, la extracción geotérmica y la electrólisis), pero los hallazgos son demasiado poco concluyentes para ser utilizados comercialmente.
Convirtiendo litio en metal
La conversión de litio en metal se realiza en una celda electrolítica utilizando cloruro de litio.
El cloruro se mezcla con cloruro de potasio en una proporción de 55 por ciento de cloruro de litio a 45 por ciento de cloruro de potasio para producir un electrolito eutéctico fundido. Se agrega cloruro de potasio para aumentar la conductividad del litio mientras se reduce la temperatura de fusión.
Cuando se funde y electroliza a aproximadamente 450 ° C, se libera cloro gaseoso, mientras que el litio fundido se eleva a la superficie del electrolito y se acumula en recintos de hierro fundido . El litio puro producido está envuelto en cera de parafina para evitar la oxidación. La relación de conversión de carbonato de litio a metal de litio es de aproximadamente 5.3 a 1.
Producción global de litio
Aunque Chile y Australia son las fuentes de litio más grandes del mundo, Estados Unidos, Argentina y China también son grandes productores. El mercado de litio está fuertemente dominado por cuatro empresas: Sociedad Química y Minera de Chile (Chile), Talison (Australia), Chemetall (Alemania) y FMC (EE. UU.). Por lo general, el carbonato de litio se vende con contratos de tres a cinco años, desde mineros hasta refinadores, incluidos los mencionados anteriormente, que producen y comercializan productos químicos en proceso y metales de litio.
En 2017, la producción mundial (redondeada) de litio (excluida la producción estadounidense) ascendió a 43 mil toneladas métricas.