Ante el creciente avance de la electromovilidad y, por consecuencia, el constante aumento de la demanda mundial por baterías, el litio cobra un gran protagonismo por ser el elemento principal para la fabricación de estos dispositivos. Según cifras de Cochilco, se proyecta un incremento en la demanda de este mineral desde 327 kt de carbonato de litio equivalente en 2020 hasta 2.114 kt LCE en 2030. Esto pone de relevancia no solo la búsqueda de tecnologías que permitan una extracción más eficiente del litio para cumplir con la demanda del mercado, sino también poner atención al potencial impacto ambiental que produce su método tradicional de obtención: la evaporación de piscinas en salmueras.
La forma convencional de producir litio es mediante la evaporación de agua expuesta a la energía del sol a través de enormes piscinas que contienen salmueras. Desde estos depósitos se obtiene el litio para su posterior producción como carbonato o hidróxido. Esto trae inconvenientes, como que el proceso es largo, lento (puede llegar a 24 meses) y dependiente del clima de la zona, pero hay otro mayor que es la pérdida de agua. Tan solo en la producción de litio que se realiza en el Salar de Atacama, se evaporan diariamente de 20.000 m3 a 50.000 m3 de agua, la cual se pierde en la atmósfera.
Para resolver ese problema, el Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC) de la Universidad de Chile se encuentra desarrollando desde 2018 un método que permite la concentración y purificación de litio desde las salmueras, pero recuperando el agua extraída. El proceso, denominado LiSa, es resultado de un proyecto dirigido por el Dr. Humberto Estay, y en el que participa la investigadora Lorena Barros como directora alterna.
“LiSa es un proceso basado en la destilación y cristalización por membranas, en el que separamos el agua de la salmuera y obtenemos con eso una salmuera concentrada en litio. Hay que tener claro que lo que hace LiSa no es extraer litio desde la salmuera, como lo hacen los procesos de extracción directa de litio (EDL), sino que concentra la salmuera. Entonces, simultáneamente a la recuperación de agua, se cristalizan otras impurezas que contiene la salmuera, como cloruro de sodio, cloruro de potasio y cloruro de magnesio, y eso va purificando la salmuera de litio para llevarla a una concentración tal que es similar a la que se usa para producir el carbonato o el hidróxido”, explica el Dr. Estay. Lorena Barros, en tanto, plantea que “el proceso LiSa tiene la gran ventaja de recuperar agua de alta calidad de una fuente muy compleja, lo que permite que sea ideal para acoplarse a algún proceso de extracción directa de litio, al proceso convencional o a alguna otra tecnología”.
A escala de laboratorio, el equipo del Dr. Estay ha demostrado que la recuperación de agua puede llegar hasta alrededor de un 40% en condición batch de un ciclo, cifra que se eleva cuando se realizan varios ciclos batch. “Sabemos empíricamente que el proceso puede obtener un 80% de recuperación de agua de alta calidad en modo batch y a escala de laboratorio. Teóricamente podríamos llegar hasta un 95%, pero dependería de una evaluación técnico-económica”, afirma el Dr. Estay. El líquido recuperado, además, es de alta calidad, según la investigadora Michelle Quilaqueo, quien basó su tesis de magíster en este tema y publicó un artículo sobre la factibilidad de obtener agua desde las salmueras: “Es agua casi pura, lo que significa que puede servir para múltiples usos. Se puede reinyectar en el proceso, recircularla o emplearla como una nueva fuente de agua para uso agrícola”.
Prototipo del proceso LiSa en laboratorio
El proceso LiSa presenta una serie de ventajas adicionales: no depende de factores climáticos, no emplea agua fresca (solo recirculada del mismo proceso), no emplea reactivos, no se generan subproductos que puedan contaminar la salmuera diluida y se pueden producir subproductos con valor comercial, como cloruro de potasio.
Por ahora, LiSa se encuentra validado a escala de laboratorio. Los próximos pasos son postular a fondos públicos para construir una planta piloto de mayor tamaño con miras a escalar el proceso a nivel industrial. “A nivel de laboratorio hay, complejidades respecto a algunas variables de operación que no pudimos testear, que tienen que ver con velocidades de flujo, básicamente por capacidades de los sistemas adicionales al módulo de membranas. Lo que estamos proponiendo con la planta piloto no es solamente el diseño de una escala mayor del proceso, sino que además estamos generando toda una campaña de evaluación de variables operacionales que podemos determinar gracias a la mayor escala. Entonces, la planta piloto está diseñada como cualquier diseño de ingeniería de procesos, pero mediante los resultados obtenidos en ella vamos a poder definir criterios de diseño del proceso industrial de forma óptima”, detalla Humberto Estay.
Sustentabilidad del recurso hídrico
Por su parte, Michelle Quilaqueo asegura que los resultados de obtención de agua no variarán con el escalamiento. “Van a ser totalmente equiparables. En mi trabajo de tesis, nos vimos limitados por cómo estaba construida la planta, un prototipo que cabía en un mesón del laboratorio. Pero si crecemos, sin duda, esos mismos resultados deberían ser aplicables”, indica.
Paralelamente al trabajo científico, el equipo del Dr. Estay está dando los pasos para transferir este desarrollo a la industria minera cuando llegue el momento adecuado. “Estamos avanzando con Vipure, la empresa que nos ha apoyado desde el comienzo en todos los desarrollos de procesos de membranas, y también con Simco, una de las empresas más avanzadas en proyectos de extracción de litio usando tecnologías de extracción directa, la cual está interesada en instalar LiSa a nivel industrial, si es que las evaluaciones técnico-económicas son favorables. Esta última empresa tiene una planta piloto importante en el norte testeando la tecnología, en la cual se basa su proceso industrial, para producir litio en el salar de Maricunga. Están interesados en LiSa para complementar su proceso de extracción directa abasteciendo agua fresca desde la misma salmuera, lo que genera circuitos cerrados sinérgicos muy interesantes. Y el trabajo de pilotaje de LiSa, para lo que solicitamos los fondos concursables, sería en la planta de ellos”, señala el académico.
El Dr. Estay sintetiza que “una de las principales ventajas del proceso LiSa es su versatilidad en términos de cantidad y calidad de agua que se puede recuperar, y estos parámetros definirlos de acuerdo al balance hídrico que tenga el salar en específico. Así, se podría recuperar una fracción tan menor como 5% o 10% de agua de alta calidad y el resto de la salmuera reinyectarla al salar, pero si en otros casos el balance hídrico de un salar permite recuperar un 30% de agua fresca, LiSa se puede diseñar para ese propósito. Y, como se comentó, el agua recuperada puede tener muchos usos. La flexibilidad que tiene LiSa es que permite viabilizar mucho mejor los procesos de extracción directa, puede integrarse muy bien para generar un manejo de aguas mucho más eficiente y sustentable”.
