Estudio y evaluación de métodos electroquímicos para la recuperación de litio desde salmueras del Salar de Atacama

Abstract

El cambio climático en conjunto con la creciente demanda de energía a nivel mundial, han llevado a la búsqueda de nuevas fuentes de energía capaces de abastecer al mercado sin ocasionar un elevado impacto ambiental. Una alternativa que se ha desarrollado intensamente las últimas décadas corresponde a la industria del litio debido a las excelentes propiedades del metal y sus múltiples aplicaciones, principalmente en las baterías de ion litio. En este contexto, es que constantemente se buscan mejoras a los procesos de producción del litio, principalmente enfocados en aquellos que utilizan los minerales y las salmueras como fuente del metal. La Sociedad Química y Minera de Chile (SQM) corresponde a una de las empresas que se encarga de la explotación de este recurso en el país utilizando las salmueras naturales del salar de Atacama. La metodología utilizada para la extracción y concentración de litio es conocida como evaporación con pozas solares, en la cual la salmuera extraída desde el salar pasa por una serie de piscinas en las que precipitan las sales de manera fraccionada de acuerdo con su solubilidad. No obstante, este proceso presenta una baja recuperación, grandes tiempos de residencia, elevada generación de residuos y un alto consumo hídrico. Debido a lo anterior, es que el objetivo de esta memoria de título realizada con el apoyo de SQM es estudiar, diseñar y evaluar técnica y económicamente, la aplicación de métodos electroquímicos que reemplacen a las pozas de evaporación solar para la recuperación de litio desde las salmueras del salar de Atacama. Para llevar a cabo lo descrito, se consultaron numerosas fuentes bibliográficas de las tecnologías electroquímicas en etapa de laboratorio, para en base a ellas, escalar los procesos a nivel industrial considerando una planta que permita la producción posterior de 8.700 toneladas de carbonato de litio. De esta manera se determinaron las dimensiones, condiciones de operación, CAPEX, OPEX y VAN para las alternativas propuestas. Los resultados muestran que los procesos diseñados a partir de las tecnologías electroquímicas de los sistemas de batería de captura de sal y de intercambio selectivo son técnicamente factibles al cumplir con los niveles de concentración requeridos, presentando un nivel de impurezas en comparación al proceso de pozas de evaporación 2 y 4 veces mayor para el sodio, 10 y 138 veces menor para el magnesio y 434 y 253 veces menor de potasio para el proceso diseñado a partir del sistema de captura de sal y de intercambio selectivo respectivamente. En cuanto al CAPEX y OPEX de las tecnologías técnicamente factibles estos son de 70.912.000 [USD] y de 1.774 [USD/tonLCE] para el sistema de captura de sal y de 23.438.000 [USD] y 1.105 [USD/tonLCE] para el de intercambio selectivo sin membrana respecto el caso de estudio principal que considera una estabilidad de electrodos de 400 ciclos. Además, estos casos presentan un VAN positivo de 124.375.000 y 182.681.000 [USD] respectivamente.