Procesos De Producción Del Litio.docx

Procesos de producción del litio El aumento de la demanda de equipos que utilizan litio en sus componentes, la inclusión al mercado de productos que requieren grandes cantidades de litio como son las baterías de los novedosos autos eléctricos y otras aplicaciones, han convertido al litio en un elemento de mucha importancia. Esta situación nos induce a realizar planes de extracción, procesamiento, refinación, industrialización y comercialización estratégicamente concebidos, ya que tenemos el yacimiento más grande del universo. En la actualidad existen dos fuentes de litio que se explotan comercialmente. • De los yacimientos en vetas de minerales de pegmatitas, la más antigua y tradicional fuente de litio. • De salmueras, que es la fuente más actual y cuyos procesos y tecnologías de extracción son más recientes y considerados como tecnología de vanguardia. Litio proveniente de yacimientos en vetas Los minerales comerciales de litio más importantes que provienen de vetas son: espodumeno (Si2O6AlLi), lepidolita (KLi1.5Al1.5(Si3AlO10)(F OH)2, petalita (Si4O10 Al Li), ambligonita, y otros. En América del norte, el espodumeno es el único mineral de litio que se ha encontrado en grandes cantidades, constituyendo la fuente más importante de materia prima para la obtención de sales de litio, situación que se ha mantenido durante casi 70 años de explotación de estos materiales. La lepidolita ha sido explotada en cantidades dobles de las correspondientes al espodumeno, y se ha empleado de preferencia en la fabricación de vidrio pyrex, vidrio apolino, otros vidrios especiales. Este mineral nunca ha sido destinado a la obtención de productos químicos de litio, debido al contenido de potasio en el mineral. Otros países que explotan litio son: Rusia y Canadá que explota lipodolita, en Francia, España, Corea del Sur, Sud Africa explotan la ambligonita (fosfato y aluminato de litio) que contiene hasta 54% de P2O5, 34% de Al2O3 y 12% de F y otros. En nuestro caso, el proceso de obtención a partir de este tipo de yacimientos no merece ser estudiado porque no tenemos este tipo de yacimientos. Litio proveniente de las salmueras El término salmuera es equivalente a aguas fuertemente impregnadas de sales. En general se consideran que las salmueras son los depósitos de litio de mayor importancia mundial, por ejemplo el depósito de Silver Peak (U. S. A.) tiene un promedio de cloruro de litio de 2.44 g/litro. Las salmueras con contenidos menores de 0.5 g/l se consideran antieconómicos. En Chile, el salar de Atacama es el depósito más grande, contiene salmueras de tipo cloruros con altas concentraciones de potasio, magnesio, manganeso, sodio, rubidio y cesio. La Sociedad Chilena de Litio que explota el Salar de Atacama, produce 14 millones lb/año de carbonato de litio, pudiendo ampliar su capacidad o diversificarse a otros productos de litio, hasta completar la producción de 200.000 toneladas de litio equivalente. Finalmente este tema se va acrecentado por el hecho que no hay muchos lugares en el mundo con grandes reservas de litio y la mayor parte (cerca del 50% a nivel mundial) se encuentran en Bolivia, que posee 5.4 millones de toneladas extraíbles, mientras que los países que le siguen poseen menos reservas son Chile que tiene 3 millones, China con 1.1 millones y Estados Unidos con cerca de 400.000 toneladas. Según el texto “Reservas de Minerales en Bolivia” del Ing. Julio Fuentes R. En Bolivia por las reservas geológicas descubiertas en el Salar de Uyuni, se estiman en 9,5 millones de toneladas de litio. Una muestra de solución proveniente de la desembocadura del Río Grande (Salar de Uyuni) reporta los siguientes resultados: Cloruros Sulfatos

250.0 31.5

g/l g/l

Boro Sodio Potasio Litio Magnesio

19.7 12.5 17.6 4.2 68.9

g/l g/l g/l g/l g/l

Obtención del carbonato de litio Las salmueras proveniente del Salar, se alimenta a una serie de piscinas de evaporación solar, concentrándose desde la concentración original hasta 40.00 a 43.00 g/litro La salmuera concentrada libre de la mayor parte de impurezas (sodio, potasio, magnesio, sulfatos, etc.) se envía a la planta química, donde previa purificación se elimina el resto de magnesio y el boro, para finalmente precipitar como carbonato de litio. También se puede precipitar como fosfato de litio aplicando fosfato de sodio. El fosfato de litio es más insoluble que el carbonato y forman partículas de tamaño adecuado para realizar el proceso de flotación a fin de elevar el contenido de ley del litio en el queque si por alguna circunstancia no se logra la pureza requerida para la siguiente etapa. Obtención de Litio Metálico El litio metálico se obtiene por un proceso electroquímico similar a la obtención de sodio por electrólisis de NaCl fundido. El electrolito se compone de una mezcla de 55% en peso de LiCl y 45% en peso de KCl. La mezcla se calienta a 460 - 500° C de temperatura en el interior de una celda electrolítica de acero de bajo contenido de carbono. Los cátodos deben ser de acero y los ánodos barras de grafito. La eficiencia eléctrica es del 80% y la recuperación de litio es de 98% en peso. El litio metálico obtenido de esta manera tiene mayor facilidad de ser transformado en sales de litio, aleaciones, compuestos de medicina, agente reductor de reacciones orgánicas, refrigerante en reactores nucleares, etc. Todos ellos con alto valor agregado. Según estudios de caracterización de materias primas en la industria química, no existen dos yacimientos iguales en el universo, ya que varían en algún grado sus composiciones y concentraciones. Por esta razón los procesos y tecnologías conocidos son susceptibles de modificaciones. Bolivia país pobre como todos los que dependiente de una economía del sector primario, puede cambiar su situación aprovechando la oportunidad de industrializar el litio, lo que no hicimos con la plata, el estaño y últimamente los hidrocarburos. Es momento de dar un fuerte impulso a la industrialización de este elemento, mediante la creación de un “Instituto del Litio” donde se realice Investigación y Desarrollo, para explotar racionalmente el potasio (fertilizante), boro, sales industriales de sodio y otros elementos existentes.

ENFOQUE Hay que impulsar la actividad minera Parecería una contradicción hablar de impulsar la minería sabiendo que existen algunas causas que justamente se oponen a ese buen propósito que entre otras cosas merece atención especial de nuestras autoridades para superar las condiciones que impiden avanzar en los grandes proyectos. No se trata de majaderías, como insinuó algún estadista del gobierno; reclamar seguridad jurídica, garantía a inversiones, respeto por la propiedad privada y condiciones favorables para dar paso a emprendimientos societarios debe ser la consigna de un esquema que visualiza el desarrollo seguro del país, en base al uso de los recursos naturales.

Tenemos ejemplos claros de algunos intentos que todavía no se han consolidado como fuentes de alta producción y lógico rendimiento. La primera Empresa Nacional de Fundiciones en Oruro, que produce desde el inicio de operaciones lingotes de estaño de alta pureza reconocida mundialmente, necesita ampliar sus operaciones y tal parece que encarará ese objetivo, aunque la habilitación de un nuevo horno que le permita diversificar sus operaciones tiene observaciones técnicas que deben ser aclaradas para no hacer inversiones inútiles que afectarían la economía de la empresa y el país. En la pretensión de industrializar nuestros minerales está el “famoso complejo de Karachipampa”, que todavía no funcionó para procesar minerales de plata, plomo y zinc. Una gran inversión calificada en su momento como el “elefante blanco” de la gran minería o como un técnico describió la fundición señalando que sólo se trata de un “armazón de fierros ordenadamente colocados” pero sin uso práctico. En la actualidad una empresa está por concretar el anhelo de ponerla en marcha tras dos décadas de inutilidad total. De aquí adelante y con los ejemplos prácticos de lo que tenemos y lo que pretendemos, no hay dudas sobre la necesidad de priorizar la definición de políticas de Estado para la atracción de capitales, con claras reglas de juego, así sean las que marcan características especiales para establecer contratos de riesgo compartido o de otras modalidades en las que prevalezcan, respeto y seguridad. Hay varias posibilidades de encarar grandes proyectos, el caso del Mutún, el litio, el cobre y el wólfram sin olvidar otros yacimientos argentíferos y auríferos que sólo están esperando el impulso financiero que haga posible su concreción. El país necesita asegurar su desarrollo y las inversiones harán posible activar la minería y la industrialización de nuestros recursos naturales, que junto a los hidrocarburos significarán garantizar nuestra independencia económica como Nación en desarrollo.Avanza la industrialización de recursos evaporíticos Con financiamiento del BCB se implementan plantas piloto de Potasio y Carbonato de Litio Los avances en la industria de los productos evaporíticos y la visión del Estado sobre los mismos fueron los temas desarrollados en el Taller de Economía Plural, realizado por la Asesoría de Política Económica del Banco Central de Bolivia, dirigido a autoridades y ejecutivos de la institución. Las exposiciones estuvieron a cargo de Luis Echazú, Viceministro de Altas Tecnologías Energéticas y Juan Carlos Montenegro, Gerente Nacional de Recursos Evaporíticos. La exposición de Montenegro enfatizó las ventajas de la utilización de estos recursos en aplicaciones convencionales en farmacéutica, vidrio, cerámica, entre otros; y aplicaciones de innovación como baterías primarias, baterías de segundo grado y acumuladores de energías alternativas. Actualmente en Bolivia ya operan la Planta Piloto de Sales de Potasio y la Planta de Carbonato de Litio, ambas cumplieron su rol de pilotaje y optimización y se encuentran en etapa de producción. La Planta de Sales de Potasio produce y vende productos para la agricultura en el mercado interno; la Planta de Carbonato de Litio produce y vende Carbonato de Litio de concentración mayor al 99% a la República de China. El Gerente General de Recursos Evaporíticos, destacó que la industria del Litio tiene una gran importancia estratégica para el presente y futuro energético, sobre todo en el sector del transporte. El 95 % de este tipo de actividad motora depende de combustibles fósiles que generan emisiones de Dióxido de Carbono (CO2). Otro sector que será beneficiado con esta tecnología es el de energías alternativas que requieren de dispositivos de almacenaje energético para impulsar sus procesos de producción. Por su parte el Viceministro Luis Echazú destacó que gracias al financiamiento del Banco Central de Bolivia se tiene un avance importante en la implementación de las Plantas Industriales de Potasio y Litio, la Planta Piloto de Baterías de Litio, el Centro de Investigación y la Planta Industrial de Cátodos, la cuales permitirán a Bolivia afrontar un futuro inédito. Añadió que este proyecto será uno de los más importantes en el

campo económico y en la industrialización para el Estado boliviano. Finalmente, el Presidente del Banco Central de Bolivia, Pablo Ramos, agradeció y felicitó a los expositores por los avances presentados “siempre hemos estado consientes que las riquezas principales del país han estado en los salares, en las salmueras y el hecho de que existan reservas determinadas en 56 millones de toneladas, es alentador para todos, lo importante es que hay una visión estatal de futuro y por eso nos sentimos convencidos de que debemos apoyar plenamente el aprovechamiento racional de los recursos evaporíticos”. De izquierda a derecha Abraham Pérez, Director del BCB, Luis Baudoin, Vicepresidente del Directorio del BCB, Pablo Ramos, Presidente del BCB, Luis Echazú, Viceministro de Altas Tecnologías Energéticas y Juan Carlos Montenegro, Gerente Nacional de Recursos

Batería de ion de litio

Evaporíticos. Taller de Ir a la navegaciónIr a la búsqueda

Batería de ion de litio

Batería Li-ion Nokia para alimentar un teléfono móvil.

Energía específica

100–265 W·h/kg12 (0.36–0.95 MJ/kg)

Densidad energética

250–730 W·h/L2 (0.90–2.23 MJ/L)

Potencia específica

~250-~340 W/kg1

Eficiencia carga/descarga

80–90%3

Energía / precio consumidor

2.5 W·h/US$

Velocidad de autodescarga

8% a 21 °C

(%/mes)

15% a 40 °C 31% a 60 °C (por mes)4

Durabilidad (ciclos)

400–1200 ciclos 5

Voltaje de célula nominal

NMC 3.6 / 3.7 V,LiFePO4 3.2 V

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Una batería de iones de litio, fabricada por Varta, expuesta en el Museum Autovision de Altlußheim, en Alemania.

La batería de iones de litio, también denominada batería Li-Ion, es un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito una sal de litio que consigue los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo. Las propiedades de las baterías de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, junto con el poco efecto memoria que sufren6 o su capacidad para funcionar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido diseñar acumuladores ligeros, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados a las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo.7 Desde la primera comercialización de un acumulador basado en la tecnología Liion a principios de los años 1990, su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música. Sin embargo, su rápida degradación y sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión, requieren, en su configuración como producto de consumo, la inclusión de dispositivos adicionales de seguridad, resultando en un coste superior que ha limitado la extensión de su uso a otras aplicaciones. A principios del siglo XXI, en el contexto de la creciente carestía de combustibles derivados del petróleo, la industria del automóvil anunció el desarrollo, proliferación y comercialización de vehículos con motores eléctricos basados en la tecnología de las baterías de iones de litio, con los que se pueda disminuir la dependencia energética de estas fuentes a la vez que se mantiene baja la emisión de gases contaminantes.

Índice  o

1Historia 1.1Baterías modernas y comercialización  2Inconvenientes

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3Cuidados de la batería 4Ventajas 5Combinaciones 6Estándares 7Sobre baterías de litio 8Otras baterías de ion de metal 9Véase también 10Enlaces externos 11Notas y referencias

Historia[editar] Las baterías de litio fueron propuestas por primera vez por M.S. Whittingham,8 actualmente en la Universidad de Binghamton. Whittingham utilizó sulfuro de titanio(II)9 y metal de litio como electrodos. En 1985, Akira Yoshino ensambló un prototipo de batería usando material carbonoso en el que se podían insertar los iones de litio como un electrodo y óxido de litio cobalto (LiCoO2),10 que es estable en el aire, como el otro. Al emplear materiales sin litio metálico, se incrementó espectacularmente la seguridad sobre las baterías que utilizaban el litio metal. El uso de óxido de litio cobalto posibilitó que se pudiera alcanzar fácilmente la producción a escala industrial. Este fue el nacimiento de la actual batería Li-ion.

Baterías modernas y comercialización[editar] En 1989, Goodenough y Arumugam Manthiram de la Universidad de Texas en Austin demostraron que los cátodos que contienen polianiones (p. ej., sulfatos), producen tensiones superiores que los óxidos debido al efecto inductivo del polianión. En 1991, Sony y Asahi Kasei lanzaron la primera batería de Li-ion comercial. En 1996, Goodenough, Akshaya Padhi y sus colaboradores identificaron el litio ion fosfato (LiFePO4)11 y otros fosfo-olivinos (fosfatos de litio metal con la misma estructura que el olivino mineral) como materiales catódicos. En 2002, Yet-Ming Chiang12 y su grupo del MIT mostraron una mejora sustancial en el rendimiento de las baterías de Li-ion aumentando la conductividad del material mediante dopado con aluminio, niobio y zirconio. En 2004, Chiang incrementó de nuevo el rendimiento utilizando partículas de fosfato de hierro13 de menos de 100 nanómetros de diámetro. En 2011, las baterías de Li-ion supusieron el 66% de todas las baterías recargables en Japón. En 2015, la empresa Tesla Motors presentó dos sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías de ion de litio, Tesla Powerwall, cuyo fin es almacenar energía eléctrica proveniente de energías renovables, como instalaciones fotovoltaicas o eólicas.14

Inconvenientes[editar] A pesar de todas sus ventajas, esta tecnología no es el sistema perfecto para el almacenaje de energía, pues tiene varios defectos, como pueden ser: 

Duración media: depende de la cantidad de carga que almacenen, independientemente de su uso. Tienen una vida útil de unos 3 años o más si se almacenan con un 40% de su carga máxima (en realidad, cualquier batería, independientemente de su tecnología, se

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deteriora si se almacena sin carga. Basta con recordar el proceso de sulfatación que ocurría en las antiguas baterías de zinc-carbón cuando se almacenaban al descargarse completamente). Soportan un número limitado de cargas: entre 300 y 1000, menos que una batería de níquel cadmio e igual que las de Ni-MH, por lo que ya empiezan a ser consideradas en la categoría de consumibles. Son costosas: su fabricación es más costosa que las de Ni-Cd e igual que las de Ni-MH, si bien el precio en la actualidad baja rápidamente debido a su gran penetración en el mercado, con el consiguiente abaratamiento. Podemos decir que se utilizan en todos los teléfonos móviles y ordenadores portátiles del mundo y continúa extendiéndose su uso a todo tipo de herramientas portátiles de baja potencia. Pueden sobrecalentarse hasta el punto de explotar: están fabricadas con materiales inflamables que las hace propensas a detonaciones o incendios, por lo que es necesario dotarlas de circuitos electrónicos que controlen en todo momento su temperatura. Peor capacidad de trabajo en frío: ofrecen un rendimiento inferior a las baterías de NiCd o Ni-MH a bajas temperaturas, reduciendo su duración hasta en un 25%. Tensión muy variable: debido a que la variación de la tensión de celda es muy grande, se hace imprescindible usar un pequeño convertidor CC/CC en función de la aplicación de la que se trate si se quiere tener una tensión de salida constante.

Cuidados de la batería[editar]

Batería Canon LP-E6N para equipos fotográficos.

Estas baterías tienen el menor efecto memoria de todas las demás tecnologías,15 por ello es necesario que tras un número de ciclos incompletos se realice una calibración completa de la batería para que el efecto memoria desaparezca. Para alargar su vida útil necesitan ciertos cuidados: 

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No es cierto que sea beneficioso el dejar descargarse la batería periódicamente. Al contrario, puede perjudicar la eficacia. Lo mejor es evitar que la carga baje más allá de un 15%. Es recomendable que permanezcan en un sitio fresco (15 °C) y evitar el calor. Son muy sensibles a la temperatura; dejarlas al sol y la humedad disminuye su rendimiento. Cuando se vayan a almacenar mucho tiempo, se recomienda dejarlas con carga intermedia (40%). Asimismo, se debe evitar mantenerlas con carga completa durante largos períodos. La primera carga no es decisiva en cuanto a su duración ni es preciso hacerla; el funcionamiento de una batería de ion de litio en la primera carga es igual al de las siguientes. Es un mito probablemente heredado de las baterías de níquel. Es necesario cargarlas con un cargador específico para esta tecnología. Usar un cargador inadecuado dañará la batería y puede hacer que se incendie.

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Para recargar no es imprescindible usar un cargador específico para la marca y modelo del dispositivo (a pesar de ser lo ideal, también es costoso). Se puede emplear cualquier cargador de buena calidad y que cumpla con las características eléctricas del dispositivo. La mayoría de los dispositivos actuales tiene un comportamiento inteligente. En otras palabras, pueden detectar cuándo se completó la carga de sus baterías para desconectarlas automáticamente y desviar la corriente al resto del dispositivo. Existen bolsas especiales ignífugas donde poder almacenarlas, ya que estas baterías son muy delicadas.16

Ventajas[editar]

Batería comercial de Li-ion.

Esta tecnología se ha situado como la más interesante en su clase para usarlas en ordenadores portátiles, teléfonos móviles y otros aparatos eléctricos y electrónicos. Los teléfonos móviles, las agendas electrónicas, reproductores MP3, vienen con baterías basadas en esta tecnología, gracias a sus varias ventajas:   

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Una elevada densidad de energía: acumulan mucha mayor carga por unidad de peso y volumen. Poco peso: a igualdad de carga almacenada, son menos pesadas y ocupan menos volumen que las de tipo Ni-MH y mucho menos que las de Ni-Cd y plomo. Gran capacidad de descarga. Algunas baterías de Li-ion —las llamadas "Lipo" Litio-ion Polímero (ion de litio en polímero)—17 que hay en el mercado, se pueden descargar totalmente en menos de dos minutos. Poco espesor: se presentan en placas rectangulares, con menos de 5 mm de espesor. Esto las hace especialmente interesantes para integrarlas en dispositivos portátiles que deben tener poco espesor. Alta tensión por célula: cada batería proporciona 3,7 voltios, lo mismo que tres baterías de Ni-MH o Ni-Cd (1,2 V cada una). Mínimo efecto memoria. Descarga lineal: durante toda la descarga, la tensión varía mucho: si la tensión nominal de una celda de litio es de 3,6V, la tensión máxima se hallará en torno a 4,2V, mientras que la tensión mínima recomendada es 2,5V para evitar la descarga profunda de la batería y la reducción de su vida útil. Esto significa que la variación de la tensión de celda con respecto al estado de carga es constante. Es decir, la pendiente de la recta dV/dC es constante (si se representa gráficamente, la tensión en función de la descarga es una línea recta). Eso facilita el conocer con buena precisión el estado de carga de la batería. Larga vida en las baterías profesionales para vehículos eléctricos (con el tipo LiFePO4). Algunos fabricantes muestran datos de más de 3.000 ciclos de carga/descarga para una pérdida de capacidad del 20% a C/3. Facilidad para saber la carga que almacenan. Basta con medir, en reposo, la tensión de la batería. La energía almacenada es una función de la tensión medida.

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Muy baja tasa de autodescarga: cuando guardamos una batería, ésta se descarga progresivamente aunque no la usemos. En el caso de las baterías de Ni-MH, esta "autodescarga" puede suponer más de un 20% mensual, salvo en las Ni-MH con tecnología LSD (Low Self Discharge, baja autodescarga) que pueden mantener un 80% de carga después de un año. En el caso de Li-ion es de menos un 6% mensual. Muchas de ellas, tras seis meses en reposo, pueden retener un 80% de su carga.

Combinaciones[editar] Hay que tener en cuenta que existen en el mercado numerosas combinaciones de litio, lo que puede llevar a muchas características diferentes. Entre ellas encontramos: 

Las baterías de ion de litio en polímero,17 en las que la principal diferencia con las baterías de ion de litio ordinarias es que el electrolito litio-sal no está contenido en un solvente orgánico, sino en un compuesto polimérico sólido como el óxido de polietileno o poliacrilonitrilo. Las ventajas del litio polímero sobre el litio-ion son: menores costes de fabricación, adaptabilidad a una amplia variedad de formas de empaquetado, confiabilidad y resistencia.  Las de litio hierro fosfato (LiFePO4), también conocidas como LFP.11Comparadas con las baterías tradicionales de ion de litio, en las que el LiCoO2 es uno de sus componentes más caros, las de litio hierro fosfato son significativamente más baratas de producir.  Las de tipo olivino de litio hierro fosfato. Tienen la característica de que pueden durar unos 10 años si se cargan una vez al día. Además de tener una larga vida, se pueden cargar muy rápidamente, ya que emplean sólo dos horas para el 95% de su capacidad. Entre otros está comercializada por Sony Business Solutions (ESSP-2000) Plural, realizado por la Asesoría de Política Económica del Banco Central de Bolivia