"Nuevo Óleo del Siglo XXI". El litio es un recurso estratégico para el futuro
Minería de litio en Bolivia. Fuente: nat-geo.ru
Litio estratégico
El aumento del consumo de litio por parte de la industria militar es inevitable por muchas razones.
En primer lugar, actualmente solo las baterías de iones de litio pueden almacenar mucha electricidad en cantidades relativamente pequeñas.
En segundo lugar, el ejército aumenta constantemente la cantidad de dispositivos que necesitan energía, que en el campo a menudo solo puede ser proporcionada por baterías recargables. Los exoesqueletos que llegaron a las tropas, en general, solo fueron posibles gracias a la miniaturización de los sistemas de suministro de energía.
En tercer lugar, el equipo pesado está cambiando gradualmente a unidades híbridas, lo que requiere un lugar para almacenar energía de los generadores y el frenado regenerativo. Los híbridos llegan al ejército no por la descarbonización ahora de moda, la negativa a quemar combustible de hidrocarburos, sino por el alto secreto de tales decisiones.
En el campo de batalla, un tanque híbrido o un vehículo de combate de infantería puede apagar el motor-generador y moverse exclusivamente con la electricidad almacenada en las baterías. Es decir, los vehículos blindados no fuman, no hacen ruido y no están tan claramente iluminados en el rango de infrarrojos. Y, por supuesto, los vehículos blindados híbridos ahorran combustible y recursos del motor.
Fuente: army.mil
Ya existen desarrollos similares en el extranjero en forma de preproducción.
Por ejemplo, en los Estados Unidos, están trabajando en un híbrido BMP Bredley-HED equipado con transmisión eléctrica Modular EX-Drive y paquetes de baterías de iones de litio. En Rusia, hace unos años, se probó el vehículo blindado de transporte de personal híbrido Krymsk, y ahora se está trabajando en un chasis especial de plataforma O con ruedas y transmisión eléctrica. A pesar del alto riesgo de incendio del litio, este metal ocupará un lugar importante en la industria técnico-militar en el futuro previsible. Esto significa que los depósitos de litio se convertirán en objetos estratégicos.
Litio de sales
En la naturaleza, el litio, debido a su alta actividad, no se encuentra en forma libre, solo en la composición de sales disueltas y minerales sólidos.
Las principales fuentes de litio son los lagos salados en los países áridos, que están relacionados con las materias primas hidrotermales del litio. En este sentido, Chile fue el más afortunado, en cuyo territorio hay un gran depósito de litio: el Salar de Atacama. La superficie de este lago seco alcanza los 3 metros cuadrados. km. Y las reservas estimadas de litio metálico ocultas en la corteza de sal se estiman en casi 000 millones de toneladas.
De hecho, no en vano se llama a Chile la "Arabia Saudita de litio". En las últimas décadas, este país sudamericano ha proporcionado hasta el 43% del consumo de metales más ligero del mundo.
No solo una marisma gigante, sino también el sol ardiente junto con un clima árido y desértico se convirtió en un eslabón importante en el milagro del litio chileno. La precipitación en esta área es la menor que en cualquier otro lugar del mundo: solo 10 mm / año. Esto provoca una intensa evaporación de la humedad (hasta 3 mm / año). Es por eso que solo queda en el lago una solución de sal extremadamente concentrada, la salmuera.
Toda la superficie de la marisma está cubierta con "kalich", una roca porosa de yeso y halita impregnada de salmuera. La profundidad de tal "Kalich" puede alcanzar varias decenas de metros.
Los principales compuestos de la salmuera son el cloruro y el sulfato de litio. Y la proporción total de metal en un litro de tal cóctel puede alcanzar los 7 gramos por litro. Según este parámetro, el salar de Chile (Salar de Atacama) simplemente no tiene igual en el mundo.
Además de las sales de litio, los compuestos de sodio, potasio, bromo y calcio se disuelven en la salmuera. Los compuestos de magnesio casi siempre son adyacentes al litio en salmueras. Si la proporción de magnesio a litio es superior a 11/1, es posible que la minería no sea económicamente viable.
Yacimiento de litio en Bolivia. Fuente: dw.com
Ahora un poco sobre el programa de litio de Estados Unidos.
El metal se extrae en salmuera en el estado de Nevada. Afortunadamente, el clima favorece a los estadounidenses por esto. El Servicio Geológico de EE. UU. No publica datos abiertos sobre los volúmenes de producción. Pero fuentes indirectas dicen que la mayoría de las materias primas de litio (hasta un 84%) el país importa desde América Latina. Más del 35% del volumen de producción nacional e importación de litio se destina a la producción de baterías. Y cada año esta participación solo aumenta.
Rusia en litio historias claramente no entre los líderes. El clima no es muy adecuado para la evaporación de minerales de los lagos salados al sol. Y el consumo interno no está particularmente desarrollado. Y no es rentable vender litio a los mercados extranjeros: los gigantes mineros latinoamericanos piden mucho menos por el metal estratégico. Sin embargo, las reservas de litio en Rusia se estiman en 900 mil toneladas, la mayoría de las cuales se concentran en aguas subterráneas.
"Triángulo de litio"
Un depósito aún mayor de litio "disuelto en agua" es el Salar de Uyuni en Bolivia, que, según diversas estimaciones, ha conservado hasta 100 millones de toneladas de metal.
A pesar de reservas tan impresionantes, es costoso extraer litio de la marisma del Salar de Uyuni, ya que la proporción de Mg a Li llega a 18,6. A modo de comparación: en el Salar de Atacama, el mismo indicador se acerca a 6,4.
Junto con Argentina, Bolivia y Chile conforman el llamado "triángulo del litio" de América Latina, que controla hasta el 70% del mercado de metales más ligero del mundo.
A menudo se puede ver la siguiente imagen en los depósitos: potentes bombas bombean salmuera a la superficie de las marismas desde las profundidades de la tierra, que en un año y medio al sol se convierte en salmuera. El paisaje es fascinante: los reservorios artificiales geométricamente correctos, cada uno de los cuales tiene el tamaño de varios campos de fútbol, van mucho más allá del horizonte. Se necesita mucha energía para llenar estos tanques.
Por ejemplo, en el Salar de Atacama, las empresas mineras levantan hasta 2 litros de salmuera profunda por minuto a la superficie de esta forma. Esto acelera significativamente el proceso de extracción de sales de litio, pero afecta negativamente el estado ecológico del área circundante. Debido al constante bombeo de agua subterránea y la intensa evaporación, el suministro de agua dulce en el área circundante está disminuyendo. Como resultado, los residentes se quejan de la falta de agua dulce y la muerte masiva de peces en los cuerpos de agua drenados.
Los lugares donde se extraía litio en América Latina incluso recibieron un nombre peculiar: "muerte blanca". La creciente demanda de litio de la industria mundial y el daño ambiental asociado con la minería hace que uno se pregunte acerca de la realidad del estado "verde" de las baterías civiles de iones de litio.
Litio de piedra
Es relativamente fácil extraer sales de litio de la salmuera concentrada, cuando el sol y el clima seco hacen parte del trabajo. Pero, ¿y si la naturaleza ha privado a la zona de marismas de litio?
Puede buscar en fuentes no convencionales. Por ejemplo, en aguas petrolíferas asociadas o salmueras geotérmicas. Pero la concentración de compuestos de litio en ellos es baja: en las aguas de petróleo, la proporción de cloruro de litio LiCl no es más de 1 g / l.
Por tanto, es mucho más rentable buscar metal en la composición de las rocas.
Actualmente, hasta el 23% de las reservas mundiales de litio están ocultas en minerales sólidos. Por supuesto, es difícil y caro extraer metales valiosos de tales materias primas. Pero la gran demanda de baterías cubre todos los costos. Los minerales clave de importancia industrial son varios granitos: espodumena, lepidolita, ambligonita y petalita.
Las principales reservas probadas de minerales de litio se encuentran en Estados Unidos, China, Australia y Canadá. Recientemente, se descubrieron depósitos de espodumena en Portugal, en los que la proporción de óxido de litio puede alcanzar el 5%.
Se han encontrado depósitos relativamente pequeños de minerales de litio en Rusia, Finlandia, Portugal y algunos países africanos.
Estados Unidos y China son únicos en este sentido: son los únicos países con depósitos de granito y lagos salinos de litio.
No se olvide del reciclaje de baterías de iones de litio rotas. Uno de los primeros en utilizar un complejo procedimiento de reciclaje en la planta de la empresa estadounidense Rockwood Lithium en 1992 en Canadá. La empresa es ahora líder mundial en el reciclaje de baterías de iones de litio. Y el potencial de desarrollo permitirá en el futuro reciclar la mayoría de las baterías.
Sin embargo, ahora las reservas mundiales de litio son tan grandes y están ampliamente disponibles que es mucho más fácil eliminar el metal de la naturaleza que gastar dinero en una laboriosa extracción de baterías viejas. Según los analistas, si para 2030 la demanda de litio alcanza las 28 toneladas anuales previstas, el desarrollo de un método eficaz de reciclaje de baterías pasará a primer plano.
De materias primas a productos semiacabados
Antes de que el litio pase a formar parte de una batería de almacenamiento, debe someterse a un procedimiento de extracción y enriquecimiento.
En primer lugar, el cloruro de litio de la salmuera de lago debe precipitarse de alguna manera en forma insoluble. Para ello es excelente el bicarbonato de amonio, que permite aislar hasta el 99,8% del litio de la salmuera en forma de carbonato.
¿Y si la concentración de compuestos de litio es demasiado baja y la precipitación química de sales no es rentable?
Para esto, los tecnólogos han desarrollado métodos de absorción selectiva de compuestos disueltos en agua por sólidos: sorción selectiva. Resinas especiales de intercambio iónico "enseñadas" a absorber solo iones de litio+dejando iones de Na en solución+ y otros metales activos.
Después del procesamiento primario de las materias primas de litio, el cloruro se obtiene nuevamente a partir de carbonato de litio poco soluble. El siguiente paso es la separación electrolítica del metal puro. La electrólisis se lleva a cabo en una sal fundida, añadiendo previamente cloruros de potasio y bario para reducir el punto de fusión de la mezcla de electrólisis. La purificación final del litio se lleva a cabo por destilación en condiciones de vacío para excluir el contacto del metal activo con los componentes del aire, ya una temperatura de aproximadamente 550ºC.
El carbonato de litio es la principal forma de exportación e importación del metal más ligero del mundo. Fuente: dw.com
Los minerales de granito duro que contienen litio son mucho más difíciles de enriquecer y procesar. Después de la trituración mecánica de la roca, se produce el enriquecimiento por flotación de la roca; este es el método más común de procesamiento primario de minerales sólidos de litio. Para ello, las partículas de roca se humedecen con aceites especiales, que se liberan en los baños de flotación como parte de la espuma. Los minerales de espodumena se enriquecen con las altas temperaturas. Durante dicha sinterización, las partículas minerales se agrietan y se desmoronan en polvo, que se separa de los minerales de ganga mediante tamizado o separación por aire.
Además, el concentrado de litio se transfiere a las manos de los químicos de proceso. El procesamiento se lleva a cabo utilizando métodos de cal, sulfato o ácido sulfúrico. Para ello se utilizan carbonato cálcico, sulfato potásico y ácido sulfúrico. La salida son sulfatos y carbonatos de litio, que se procesan convirtiendo los compuestos en cloruro de litio.
El litio llega a los consumidores en varios compuestos. Sobre todo (hasta el 40% de las ventas mundiales) recae sobre el carbonato de litio, el segundo lugar lo ocupa el concentrado de litio líquido (22%), el hidróxido de litio (16%) y el cloruro de litio (4%). El metal de litio puro representa el 4% de las ventas mundiales, el 12% restante está ocupado por compuestos de litio multicomponente.
No solo baterías
El litio en el siglo XXI no es solo una materia prima para las baterías de almacenamiento modernas. A pesar de que hasta el 70% de la producción de metales más liviana del mundo se gasta en las necesidades de la industria de la energía eléctrica, el litio ha encontrado una amplia aplicación en otras industrias.
Cuando se agregan compuestos de litio al vidrio, los productos fabricados con él se vuelven químicamente resistentes y transmiten radiación ultravioleta e infrarroja, una propiedad importante en los asuntos militares. Si se incluyen sales de litio en la receta para hacer cerámica, obtendrá porcelana de alto voltaje y alta temperatura.
Las sales de litio de ácidos grasos han encontrado aplicación en lubricantes para espesar aceites de petróleo. Por ejemplo, el estearato de litio se usa en el conocido litol.
Sin compuestos de litio, una persona difícilmente hubiera podido dominar las profundidades del mar y el espacio exterior. Se trata de peróxido de litio, que se utiliza en sistemas de purificación de aire a partir de dióxido de carbono en submarinos y naves espaciales tripuladas. La reacción tiene lugar con la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono.
En la energía nuclear, el litio se utiliza como refrigerante para refrigerar reactores, y el hidruro de litio LiH es muy prometedor como sustancia de almacenamiento de hidrógeno.
El litio, como componente clave en las baterías de tracción para vehículos eléctricos, ya se ha consolidado como la “nueva gasolina” del siglo XXI. Pero los científicos están considerando seriamente el litio como combustible para cohetes. Resulta que cuando se queman hidruro de litio, boruro de litio LiB y metal puro, se liberan hasta 4 kcal de energía, mientras que el queroseno ordinario produce solo 000 kcal. Debido a la alta proporción de oxígeno (hasta 2%), los percloratos y nitratos de litio pueden ser excelentes oxidantes del combustible para cohetes. A modo de comparación, el perclorato de amonio oxidante clásico contiene solo 300% de oxígeno.
Las perspectivas del litio en la industria energética son bastante impredecibles. Por un lado, las reservas de compuestos de litio disueltos en salmueras serán suficientes para la humanidad durante no más de 50 años (en rocas sólidas, durante 25 años) y, por otro lado, los minerales valiosos se disuelven ilimitadamente en pequeñas concentraciones en casi todas las aguas subterráneas.
Solo que ahora es completamente rentable extraer litio de dicha agua.
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