{"id":1343,"date":"2021-10-22T07:13:08","date_gmt":"2021-10-22T06:13:08","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=1343"},"modified":"2021-10-22T07:13:08","modified_gmt":"2021-10-22T06:13:08","slug":"extraccion-de-litio-del-agua-de-mar","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2021\/10\/22\/extraccion-de-litio-del-agua-de-mar\/","title":{"rendered":"Extracci\u00f3n de Litio del agua de mar"},"content":{"rendered":"\n

El Litio es uno de los metales m\u00e1s ligeros que se conocen, pero de una importancia cada vez m\u00e1s fuerte en la industria y la sociedad. Es uno de los metales que m\u00e1s se emplean en la fabricaci\u00f3n de bater\u00edas y tiene poco repuesto; sus caracter\u00edsticas electr\u00f3nicas hacen que sea dif\u00edcil sustituirlo por otro.<\/p>\n\n\n\n

El problema fundamental que tiene su uso es su escasez: como de momento no lo usamos mucho, no hay escasez. Pero varios c\u00e1lculos indican que si se pretendiera escalar la producci\u00f3n de Li para la fabricaci\u00f3n de bater\u00edas, habr\u00eda problemas para satisfacer la demanda de este metal mediante las minas conocidas y disponibles, como las famosas minas de sal de Bolivia(1). Sin embargo, unos investigadores han encontrado la forma de extraerlo del agua de mar de manera econ\u00f3micamente factible si se acopla esa extracci\u00f3n con otras industrias extractivas.<\/p>\n\n\n\n

Comienzan su art\u00edculo indicando que la cantidad estimada de Li en el mar es unas 5.000 veces m\u00e1s grande que en tierra, pero con un grav\u00edsimo inconveniente. Su concentraci\u00f3n es muy baja, del orden de 0,2 ppm(2). Al mismo tiempo, otros iones presentes en el mar tiene concentraciones mucho m\u00e1s altas. Como ejemplo, la concentraci\u00f3n de sodio, calcio y otros iones es mayor que 13.000 ppm.<\/p>\n\n\n\n

Revisando los posibles m\u00e9todos de separar el Li en el mar, los autores del art\u00edculo presentan varias posibilidades de absorbentes para despu\u00e9s de unir el Litio al absorbente, precipitar este compuesto para obtener el Litio. Sin embargo, seg\u00fan los autores del art\u00edculo, los absorbentes tienen el grave inconveniente de que hay que sustituirlos en el tiempo por que se consumen en la absorci\u00f3n. Por ello ellos decidieron seguir el camino de precipitar sales de litio, concretamente la sal Li3<\/sub>Po4<\/sub>, ayudadas por una corriente el\u00e9ctrica y una membrana. Es decir, primero se trata de concentrar el Li en el agua de mar mediante el paso del agua por la membrana y luego precipitar el Litio al cambiar el Ph de la soluci\u00f3n de manera que precipite una sal.<\/p>\n\n\n\n

El truco consisti\u00f3 en emplear una membrana cristalina densa de Litio, Lantano y \u00d3xido de Titanio (TiO3<\/sub>), que abrevian como LLTO. Para las pruebas que hicieron, la membrana ten\u00eda un di\u00e1metro de ~20 mm y un ancho de aproximadamente 55 \u00b5m. El ancho de la membrana no es casual, porque la selectividad de la misma para con el litio depende de la misma. De hecho, seg\u00fan refieren los autores en el art\u00edculo, el ancho de su membrana es unas 10 veces menos que otros experimentos similares, lo que ayud\u00f3 sobremanera a sus resultados.<\/p>\n\n\n\n

Como es frecuente en estructuras cristalinas, la alta selectividad del Litio por parte de la membrana se debe a la estructura del cristal, que tiene el tama\u00f1o justo para dejar pasar s\u00f3lo estos iones. Como son de los m\u00e1s peque\u00f1os que contiene el agua de mar con un di\u00e1metro de 1,18 angstroms(3), son los \u00fanicos que pueden atravesar la membrana con facilidad.<\/p>\n\n\n\n

El uso de este tipo de membranas tambi\u00e9n tiene sus problemas, porque se pueden corroer y estropear, aunque m\u00e1s que por oxidaci\u00f3n directa, por \u00abreducci\u00f3n\u00bb. Es decir, en lugar de ceder electrones al ambiente los absorbe, de forma que tambi\u00e9n tiene que cambiar su composici\u00f3n qu\u00edmica para compensar la carga negativa extra(4). Por ello, tuvieron que generar un entorno \u00e1cido cerca del c\u00e1todo, el electrodo negativo. El esquema del experimento se presenta en la figura siguiente.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Esquema de la celda de concentraci\u00f3n precipitaci\u00f3n del Li. \u00abAEM\u00bb es el acr\u00f3nimo de \u00abmembrana de intercambio i\u00f3nico\u00bb, en ingl\u00e9s que permite la separaci\u00f3n del Cl en la zona saturada de sal com\u00fan. A la derecha, el \u00abH3PO4 buffer\u00bb es la sustancia empleada para incrementar la acidez de esa parte de la celda. Como se aprecia arriba, para poder seleccionar el litio hay que establecer un voltaje. Imagen extra\u00edda de la fig. 1<\/span> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Con esta celda lograron concentrar la cantidad de litio hasta un nivel final de 9.000 ppm en cinco etapas sucesivas, cada una con una duraci\u00f3n de 20 horas. Mediante este sistema de funcionamiento en etapas, se podr\u00eda pensar en usar una etapa inicial como l\u00edquido a concentrar en la siguiente etapa, de manera que el proceso final sea uno de cascadas sucesivas de concentraci\u00f3n de Litio que pueden ser construidas y dise\u00f1adas con relativa facilidad. Y adem\u00e1s pudieron comprobar, como indica la siguiente tabla, que la concentraci\u00f3n de otros iones permanec\u00eda muy baja despu\u00e9s de la primera etapa, lo que indica una muy alta selectividad del metal que se desea, litio.<\/p>\n\n\n\n

<\/td>Li (ppm)<\/td>Na (ppm)<\/td>K (ppm)<\/td>Mg (ppm)<\/td>Ca (ppm)<\/td><\/tr>
Agua de mar<\/td>0.21 +- 0,01<\/td>12.400 +- 100<\/td>750 +- 30<\/td>1560 +- 20<\/td>480 +- 7<\/td><\/tr>
Primera etapa<\/td>75 +- 1<\/td>270 +- 6<\/td>5,8 +- 0,2<\/td>1,37 +- 0,02<\/td>0,54 +- 0,02<\/td><\/tr>
Quinta etapa<\/td>9.000 +- 100<\/td>300 +- 7<\/td>7,7 +- 0,2<\/td>1,48 +- 0,004<\/td>0,56 +- 0,02<\/td><\/tr><\/tbody><\/table>
Concentraci\u00f3n de los iones del agua de mar tras pasar por las etapas de concentraci\u00f3n primera y \u00faltima. De la tabla 1 del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

En el siguiente p\u00e1rrafo del art\u00edculo comienzan resumiendo las caracter\u00edsticas el\u00e9ctricas del proceso, indicando que se producen a corrientes estables durante todo el proceso de concentraci\u00f3n, excepto por un aumento de la corriente inicial debido a que algunos iones se fijan en los electrodos y la membrana. Este detalle, junto con la disminuci\u00f3n en el tiempo de la corriente en la quinta etapa de concentraci\u00f3n y algunos detalles del experimento, les permite a los autores deducir que la concentraci\u00f3n de litio en las cuatro primera etapas depende sobre todo de la concentraci\u00f3n en el agua circulante, antes que de la diferencia de la concentraci\u00f3n de iones Li entre los dos lados de la membrana LLTO.<\/p>\n\n\n\n

Por otra parte, comprobaron como despu\u00e9s de la etapa de precipitaci\u00f3n para obtener la sal Li3<\/sub>PO4<\/sub>, el producto final es lo suficientemente bueno como para entrar directamente en la producci\u00f3n de bater\u00edas. Este resultado se mantiene si s\u00f3lo se hacen cuatro etapas de concentraci\u00f3n, pero no con tres.<\/p>\n\n\n\n

Despu\u00e9s, y dado que su proceso es tan eficiente y selectivo, estiman el coste energ\u00e9tico para obtener un kilo de Litio en unos 77 kW h. Haciendo unos c\u00e1lculos b\u00e1sicos sobre el coste de la electricidad en los Estados Unidos y el precio que se podr\u00edan obtener de otros subproductos de esta reacci\u00f3n, principalmente Hidr\u00f3geno y Cloro, concluyen que el costo energ\u00e9tico de todo el proceso se compensa de sobra con la venta de los subproductos, sin tener en cuanta que tambi\u00e9n producen agua potable, de manera que su econom\u00eda mejorar\u00eda m\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n

Despu\u00e9s de comentar todas las caracter\u00edsticas de sus resultados el art\u00edculo tiene una secci\u00f3n dedicada a explicaciones detalladas del m\u00e9todo experimental que hay que seguir, pero considero que esa secci\u00f3n no es relevante y no la comento aqu\u00ed.<\/p>\n\n\n\n

Por lo tanto, el art\u00edculo muestra una v\u00eda de producci\u00f3n de litio que permitir\u00eda multiplicar de manera considerable la cantidad disponible para la humanidad de este material, de forma que hace m\u00e1s sencillo la adopci\u00f3n masiva de bater\u00edas necesaria si queremos hacer la transici\u00f3n a una sociedad que base su consumo energ\u00e9tico en energ\u00edas renovables.<\/p>\n\n\n\n

El art\u00edculo se public\u00f3 en la revista Energy & Environmental Science<\/em>, vol. 5: Continuous electrical pumping membrane process for seawater lithium mining<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Notas:<\/h4>\n\n\n\n

(1) La zona con Litio de Bolivia forma parte del \u00abTri\u00e1ngulo del Litio\u00bb, la regi\u00f3n del mundo con mayores reservas. El art\u00edculo de la Wikipedia lo explica muy bien: Wiki(ESP): Tri\u00e1ngulo del Litio<\/a><\/p>\n\n\n\n

(2) ppm: partes pro mill\u00f3n. <\/p>\n\n\n\n

(3) 1 angstrom es 10-10<\/sup> m. Como los tama\u00f1os de los iones o n\u00facleos at\u00f3micos son tan peque\u00f1os, es la unidad est\u00e1ndar para poder medir estos di\u00e1metros.<\/p>\n\n\n\n

(4) Los \u00e1cidos y las bases son las dos formas principales de concentraci\u00f3n de iones hidr\u00f3geno de los compuestos qu\u00edmicos. De los dos art\u00edculos de la Wikipedia sobre el tema, es de la Wikipedia en espa\u00f1ol es bastante corto, pero el de la Wikipedia en ingl\u00e9s es muy bueno: Wiki(ESP):\u00c1cido y base<\/a>. Wiki(ENG): Acid-base reaction<\/a>. Por otra parte, la explicaci\u00f3n de la Wikipedia en espa\u00f1ol sobre la reducci\u00f3n qu\u00edmica es corta, pero muy bien escrita: Wiki(ESP):Reducci\u00f3n<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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