Estudio cinético de extracción de litio desde soluciones acuosas con fosfato de hierro (FePO4) mediante la reducción de sulfito de sodio (Na2SO3)

Abstract

Esta tesis aborda un problema crítico en la industria de extracción de litio: el alto consumo de agua y el impacto ambiental asociado con los métodos tradicionales basados en salmueras. Para enfrentar estos desafíos, se propone un enfoque innovador que emplea fosfato de hierro (FePO₄) como material de extracción y sulfito de sodio (Na₂SO₃) como agente reductor, con el objetivo de desarrollar un proceso más eficiente. Para ello, se estudiaron tanto los fundamentos termodinámicos como los electroquímicos del sistema. El trabajo se centra en la capacidad del FePO₄ recubierto en placas de vidrio para capturar iones de litio con la asistencia de Na₂SO₃, mediante un proceso redox que evita el uso de grandes volúmenes de agua, característico de los métodos de evaporación solar. Los experimentos demostraron que esta estrategia no solo es eficiente en la captura de litio, sino que también evidenció una alta eficacia del FePO₄ en la inserción de litio, logrando una eficiencia del 100% en soluciones con concentraciones superiores a 0.5 g/L. Para evaluar la eficiencia del proceso, se realizaron estudios electroquímicos, incluyendo voltamperometría cíclica, la cual mostró picos catódicos y anódicos simétricos, indicando un proceso reversible. Además, la cronoamperometría reveló que, en 50 minutos, el electrodo de FePO₄ alcanzaba su capacidad máxima de inserción de litio, transformándose en LiFePO₄. Asimismo, la espectroscopía de impedancia electroquímica proporcionó información detallada sobre el comportamiento del FePO₄ durante la intercalación de litio. Los resultados confirmaron que este enfoque, además de ser eficiente en la captura de litio, permite una comprensión más profunda de la difusión de los iones de litio en FePO₄ durante la conversión a LiFePO₄, así como del papel del Na₂SO₃ en el proceso. La investigación demostró que la inserción de litio en las placas recubiertas de FePO₄ es rápida y altamente eficiente, especialmente en soluciones con altas concentraciones de litio. Esto sugiere que esta metodología podría representar una alternativa viable o complementar las técnicas tradicionales de extracción de litio, que actualmente dependen en gran medida del uso intensivo de agua.