Cap 7 Minerales Industriales -...
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1 MINERALES INDUSTRIALES MINERALES INDUSTRIALES CAPITULO 7 CAPITULO 7 PROFESOR: XIMENA VELOSO V. UNIVERSIDAD ARTURO PRAT IQUIQUE-CHILE LITIO LITIO
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MINERALES INDUSTRIALESMINERALES INDUSTRIALESCAPITULO 7CAPITULO 7
PROFESOR: XIMENA VELOSO V.
UNIVERSIDAD ARTURO PRAT
IQUIQUE-CHILE
LITIOLITIO
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7.1 GENERALIDADES DEL LITIO 7.1 GENERALIDADES DEL LITIO
Es descubierto en 1817 por el químico sueco Es descubierto en 1817 por el químico sueco AugustAugust ArfvedsonArfvedsonEs un metal alcalino, del Grupo IEs un metal alcalino, del Grupo IQuímicamente reactivoQuímicamente reactivoNo existe en la naturaleza al estado libre, sino No existe en la naturaleza al estado libre, sino formando compuestosformando compuestosSe inflama al aireSe inflama al aireReacciona con el aguaReacciona con el aguaSe oxida al instante y se corroe rápidoSe oxida al instante y se corroe rápidoOcupa el lugar 35 en abundancia en la corteza Ocupa el lugar 35 en abundancia en la corteza terrestreterrestreInestable al estado puroInestable al estado puroEs de color blancoEs de color blanco--plateadoplateado
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7.2 CARACTERISTICAS GENERALES7.2 CARACTERISTICAS GENERALESDEL LITIODEL LITIO
Punto fusión (Punto fusión (°C°C) 181 ) 181 PtoPto ebullición (ebullición (°C°C) 1342 ) 1342 Densidad (g/Densidad (g/cccc) 0,534 ) 0,534 Peso atómico 6,941Peso atómico 6,941
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7.3 PRINCIPALES MINERALES DE 7.3 PRINCIPALES MINERALES DE LITIOLITIO
5,505,50((LiAlLiAl)()(SiOSiO44))EucriptitaEucriptita
4,734,73((LiAlLiAl)(PO)(PO44)()(F,OHF,OH))AmbligonitaAmbligonita
2,262,26((LiAlLiAl)()(SiSi44OO1010))PetalitaPetalita
3,603,60((KLiKLi)()(AlAl22SiSi33OO1010)()(OH,FOH,F))22LepidolitaLepidolita
3,733,73((LiAlLiAl)()(SiSi22OO66))EspodumenoEspodumeno
% % LiLiFórmulaFórmulaMineralMineral
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7.4 ISOTOPOS DEL LITIO 7.4 ISOTOPOS DEL LITIO
Isótopos naturalesIsótopos naturalesSon dosSon dos66--LiLi (7,5%) y 7(7,5%) y 7--LiLi (92,5%)(92,5%)
Isótopos inestablesIsótopos inestablesSon sieteSon siete88--LiLi (de mayor vida media siendo de (de mayor vida media siendo de 838 milisegundos)838 milisegundos)
El 6El 6--LiLi es una sustancia de partida en la obtención es una sustancia de partida en la obtención a gran escala de tritio empleado en bombas de a gran escala de tritio empleado en bombas de hidrógeno. hidrógeno. El tritio es un isótopo natural del hidrógeno; es El tritio es un isótopo natural del hidrógeno; es radiactivo. Su símbolo es Hradiactivo. Su símbolo es H33.
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7.5 COMPUESTOS DE LITIO7.5 COMPUESTOS DE LITIO
Bromuro de litioBromuro de litioCarbonato de litioCarbonato de litioCloruro de litioCloruro de litioEstearato de litioEstearato de litioHidróxido de litioHidróxido de litioHidruro de litioHidruro de litioOxido de litioOxido de litioPerclorato de litioPerclorato de litioPeróxido de litioPeróxido de litioYoduro de litioYoduro de litioJabones de litioJabones de litio
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7.6 CARBONATO DE LITIO7.6 CARBONATO DE LITIO
La gran variedad de los usos del litio le han La gran variedad de los usos del litio le han conferido el calificativo de elemento versátil.conferido el calificativo de elemento versátil.
El carbonato de litio es el compuesto más El carbonato de litio es el compuesto más importante, porque constituye el producto importante, porque constituye el producto de mayor volumen de transacción comercial.de mayor volumen de transacción comercial.Además, el carbonato es la materia primaAdemás, el carbonato es la materia primapara obtener todos los demás compuestos para obtener todos los demás compuestos de litio.de litio.
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7.7 PRODUCCION DE COMPUESTOS DE LITIO A 7.7 PRODUCCION DE COMPUESTOS DE LITIO A PARTIR DE CARBONATO DE LITIOPARTIR DE CARBONATO DE LITIO
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Industria del aluminioIndustria del aluminioAdición de carbonato de litio Adición de carbonato de litio LiLi22COCO33 al baño al baño
de criolita de criolita ((NaNa33AlFAlF66 , fluoruro de aluminio y , fluoruro de aluminio y sodio)sodio) para obtención de aluminio (electrólisis para obtención de aluminio (electrólisis de sales fundidas) disminuye el punto de fusión de sales fundidas) disminuye el punto de fusión del baño, permitiendo una menor temperatura del baño, permitiendo una menor temperatura de operación. Se aumenta productividad, se de operación. Se aumenta productividad, se reduce consumo de energía y se reduce emisión reduce consumo de energía y se reduce emisión de flúor al ambiente.de flúor al ambiente.
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Industria del vidrio y cerámicaIndustria del vidrio y cerámicaAl agregar óxido de litio Al agregar óxido de litio LiLi22OO
como aditivo se disminuye el punto de como aditivo se disminuye el punto de fusión, se mejora las propiedades de fusión, se mejora las propiedades de escurrimiento del material fundido y escurrimiento del material fundido y se reduce el coeficiente de expansión se reduce el coeficiente de expansión térmica del producto terminado.térmica del producto terminado.
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Grasas lubricantesGrasas lubricantesLas grasas a base de jabones de litio Las grasas a base de jabones de litio
(fabricadas a partir de hidróxido de litio (fabricadas a partir de hidróxido de litio LiOHLiOH) denominadas grasas multipropósito, ) denominadas grasas multipropósito, conservan sus propiedades lubricantes en conservan sus propiedades lubricantes en un amplio rango de temperatura (bajo 0 un amplio rango de temperatura (bajo 0 °C°Chasta 200 hasta 200 °C°C) poseen muy buena ) poseen muy buena resistencia al agua y a la oxidación.resistencia al agua y a la oxidación.
Son utilizadas en todo tipo de Son utilizadas en todo tipo de transportes, tanto industriales como transportes, tanto industriales como militares.militares.
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Sistema de aire acondicionado y control de Sistema de aire acondicionado y control de humedadhumedad
El bromuro de litio El bromuro de litio LiBrLiBr y el cloruro de y el cloruro de litio litio LiClLiCl en forma de salmueras, se usan en en forma de salmueras, se usan en sistemas industriales de acondicionamiento sistemas industriales de acondicionamiento y y deshumidificacióndeshumidificación de aire, aprovechando de aire, aprovechando que ambos compuestos tienen propiedades que ambos compuestos tienen propiedades altamente higroscópicas que le permiten altamente higroscópicas que le permiten absorber la humedad del aire.absorber la humedad del aire.
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Uso medicinalUso medicinalEl carbonato de litio El carbonato de litio LiLi22COCO33 se se
usa en el tratamiento de síndromes usa en el tratamiento de síndromes depresivos (en pequeñas dosis).depresivos (en pequeñas dosis).
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Caucho sintéticoCaucho sintéticoSe usan compuestos órganoSe usan compuestos órgano--litio (litio (butilbutil--
litio) como catalizadores de litio) como catalizadores de polimerización.polimerización.Este compuesto es un catalizador Este compuesto es un catalizador específico en la polimerización iónica del específico en la polimerización iónica del isoprenoisopreno, estireno y butadieno para la , estireno y butadieno para la obtención de cauchos especiales obtención de cauchos especiales empleados en la manufactura de empleados en la manufactura de neumáticos de alta duración.neumáticos de alta duración.
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
Pilas de litioPilas de litioLa utilización de litio metálico (99,9% La utilización de litio metálico (99,9%
pureza) como ánodo en baterías primarias pureza) como ánodo en baterías primarias (pilas no recargables) ha tenido un rápido (pilas no recargables) ha tenido un rápido crecimiento, aunque el consumo es crecimiento, aunque el consumo es relativamente bajo por las pequeñas relativamente bajo por las pequeñas cantidades requeridas.cantidades requeridas.
Las pilas tipo botón, usadas en equipos Las pilas tipo botón, usadas en equipos miniaturizados (marcapasos, relojes, miniaturizados (marcapasos, relojes, audífonos, calculadoras, etc.) han tenido un audífonos, calculadoras, etc.) han tenido un gran crecimiento.gran crecimiento.
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7.8 USOS DEL LITIO7.8 USOS DEL LITIO
También se usa en pilas y/o bateríasTambién se usa en pilas y/o bateríassecundarias (pilas recargables) desecundarias (pilas recargables) decelulares, etc.celulares, etc.Las pilas de litio entregan una cantidad de Las pilas de litio entregan una cantidad de energía mucho mayor que las baterías energía mucho mayor que las baterías comunes.comunes.
Pilas de litioPilas de litio
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7.9 APLICACIONES FUTURAS DEL LITIO7.9 APLICACIONES FUTURAS DEL LITIO
Hay tres mercados potenciales.Hay tres mercados potenciales.Reactores de fusión nuclear: producción de energía Reactores de fusión nuclear: producción de energía eléctrica mediante la fusión nuclear controlada de eléctrica mediante la fusión nuclear controlada de deuterio y tritio, este último se obtiene irradiando el deuterio y tritio, este último se obtiene irradiando el litio con neutrones.litio con neutrones.Baterías secundarias de alta capacidad: desarrollo de Baterías secundarias de alta capacidad: desarrollo de baterías recargables de litio de alta capacidad para baterías recargables de litio de alta capacidad para vehículos de propulsión eléctrica y para vehículos de propulsión eléctrica y para almacenamiento de energía.almacenamiento de energía.Aleaciones livianas de aluminioAleaciones livianas de aluminio--litio: la adición de un litio: la adición de un 1,5 1,5 –– 3% de litio al aluminio permite obtener 3% de litio al aluminio permite obtener materiales que en promedio son un 10% más livianos materiales que en promedio son un 10% más livianos que las aleaciones convencionales de Al. que las aleaciones convencionales de Al. Principalmente para uso en aviones.Principalmente para uso en aviones.
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7.10 PRODUCTORES DE LITIO7.10 PRODUCTORES DE LITIO
EEUU es el principal productor y consumidor EEUU es el principal productor y consumidor de productos de litio.de productos de litio.Chile posee alrededor del 40% de las reservas Chile posee alrededor del 40% de las reservas mundiales de litio, en forma de salmueras. El mundiales de litio, en forma de salmueras. El carbonato de litio se obtiene a partir de las carbonato de litio se obtiene a partir de las salmueras contenidas en el Salar de Atacama salmueras contenidas en el Salar de Atacama (II Región). Los salares están siendo (II Región). Los salares están siendo explotados por:explotados por:
Sociedad Chilena del LitioSociedad Chilena del LitioPlanta Planta MinsalMinsal, de propiedad de , de propiedad de SoquimichSoquimich
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7.11 LITIO EN SALAR DE ATACAMA7.11 LITIO EN SALAR DE ATACAMA
En el Salar de Atacama se encuentran En el Salar de Atacama se encuentran salmueras cloruradas con altos contenidos de salmueras cloruradas con altos contenidos de litio (1,7 litio (1,7 gplgpl de de LiLi). Está a una altura de 2.300 ). Está a una altura de 2.300 msnmmsnm, con superficie superior a 3.000 km, con superficie superior a 3.000 km22 y y profundidades mayores a 1 profundidades mayores a 1 km.km. Las tasas de Las tasas de evaporación son de aproximadamente 10 evaporación son de aproximadamente 10 L/mL/m22--diadia. Tiene reservas estimadas de 4 . Tiene reservas estimadas de 4 millones de toneladas de litio.millones de toneladas de litio.
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7.11.1 CONTENIDO PROMEDIO DE LITIO 7.11.1 CONTENIDO PROMEDIO DE LITIO EN SALMUERAS DEL SALAR DE ATACAMAEN SALMUERAS DEL SALAR DE ATACAMA
LiLi 0,14%0,14%MgMg 0,93%0,93%K 1,87%K 1,87%NaNa 7,60%7,60%SOSO4 4 1,78%1,78%ClCl 16,0%16,0%LiLi//MgMg 1/6,61/6,6
Un factor importante en la recuperación de litio desde Un factor importante en la recuperación de litio desde salmueras es la razón magnesiosalmueras es la razón magnesio--litio. Un mayor litio. Un mayor contenido de magnesio encarece la extracción, al ser contenido de magnesio encarece la extracción, al ser necesario un mayor consumo de cal para precipitar el necesario un mayor consumo de cal para precipitar el magnesio y en otros casos al requerirse una mayor magnesio y en otros casos al requerirse una mayor superficie de evaporación solar para concentrar las superficie de evaporación solar para concentrar las sales de magnesio y separarlas por cristalización.sales de magnesio y separarlas por cristalización.
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7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE 7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERASSALMUERAS
El proceso consiste básicamente en:El proceso consiste básicamente en: Bombear las salmueras desde el salar y enviar por Bombear las salmueras desde el salar y enviar por tuberías a pozas de evaporación solar (las que tienen tuberías a pozas de evaporación solar (las que tienen alrededor de 1 kmalrededor de 1 km22 de área total).de área total).
La evaporación produce la cristalización de una mezcla La evaporación produce la cristalización de una mezcla de sales. Como resultado de la concentración de las de sales. Como resultado de la concentración de las salmueras por evaporación solar precipitan en las pozas salmueras por evaporación solar precipitan en las pozas las siguientes sales en forma secuencial: las siguientes sales en forma secuencial: halitahalita ((NaClNaCl), ), silvinita (silvinita (NaClNaCl + + KClKCl), carnalita (), carnalita (KCl*MgClKCl*MgCl22*6H*6H22O) y O) y bischofitabischofita ((MgClMgCl22*6H*6H22O) , estas sales son cosechadas y O) , estas sales son cosechadas y acumuladas separadamente en zonas adyacentes para su acumuladas separadamente en zonas adyacentes para su procesamiento y producción de cloruro de potasio procesamiento y producción de cloruro de potasio KClKCl y y sulfato de potasio.sulfato de potasio.
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7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE 7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERASSALMUERAS
La salmuera de litio se va La salmuera de litio se va concentrando en etapas sucesivas concentrando en etapas sucesivas hasta alcanzar un contenido de litio hasta alcanzar un contenido de litio cercano al 6%.cercano al 6%. La salmuera concentrada se La salmuera concentrada se
purifica en una planta química, para purifica en una planta química, para ello se traslada en camiones desde el ello se traslada en camiones desde el Salar hasta la planta.Salar hasta la planta. En la planta se le purifica para En la planta se le purifica para
extraer el boro y el magnesio. El extraer el boro y el magnesio. El magnesio se elimina en dos etapas, magnesio se elimina en dos etapas, como carbonato como carbonato MgCOMgCO33 e hidróxido de e hidróxido de magnesio magnesio Mg(OHMg(OH))22 , respectivamente., respectivamente.
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7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE 7.12 EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERASSALMUERAS La salmuera concentrada y La salmuera concentrada y
purificada es tratada con purificada es tratada con carbonato de sodio carbonato de sodio NaNa22COCO33, , produciéndose por precipitación produciéndose por precipitación en caliente el carbonato de litioen caliente el carbonato de litioLiLi22COCO33
El producto final se obtiene en El producto final se obtiene en dos formas: cristales y gránulos, dos formas: cristales y gránulos, con una pureza de 99,2 con una pureza de 99,2 --99,5 % 99,5 % LiLi22COCO33
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7.13 DIAGRAMA DE FLUJO EXTRACCION 7.13 DIAGRAMA DE FLUJO EXTRACCION DE LITIO DESDE SALMUERASDE LITIO DESDE SALMUERAS
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7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL 7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERALMINERAL
Se explotan los minerales de litio Se explotan los minerales de litio mediante minería a rajo o tajo abierto. mediante minería a rajo o tajo abierto. Proceso usado en EEUU, Australia, Proceso usado en EEUU, Australia, Canadá. El contenido promedio de Canadá. El contenido promedio de LiLi22OOes de 1,5%.es de 1,5%.
Estos minerales son sometidos a un Estos minerales son sometidos a un proceso de concentración, el cual proceso de concentración, el cual comprende comprende chancadochancado, molienda y , molienda y flotación.flotación.
Se obtiene un concentrado de litio con Se obtiene un concentrado de litio con una ley de 6,0 a 6,5% de una ley de 6,0 a 6,5% de LiLi22OO. .
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7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL 7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERALMINERAL
El concentrado de El concentrado de espodumenoespodumeno natural o natural o forma alfa es transformado por calcinación forma alfa es transformado por calcinación a la forma beta que es más reactiva.a la forma beta que es más reactiva.
Se realiza un tratamiento en caliente con Se realiza un tratamiento en caliente con ácido sulfúrico (tostación ácida). ácido sulfúrico (tostación ácida). Posteriormente, la mezcla de sulfato de litio Posteriormente, la mezcla de sulfato de litio formada, mineral residual y exceso de ácido formada, mineral residual y exceso de ácido se envía a un estanque de lixiviación para la se envía a un estanque de lixiviación para la obtención de soluciones de sulfato de litio.obtención de soluciones de sulfato de litio.
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7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL 7.14 EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERALMINERAL
Las soluciones de sulfato de litio son Las soluciones de sulfato de litio son consecutivamente neutralizadas, consecutivamente neutralizadas, purificadas y concentradas en purificadas y concentradas en evaporadores de triple efecto.evaporadores de triple efecto.
Se tratan con carbonato de sodioSe tratan con carbonato de sodio NaNa22COCO33para la obtención final de carbonato de para la obtención final de carbonato de litio.litio.
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7.15 DIAGRAMA DE FLUJO EXTRACCION 7.15 DIAGRAMA DE FLUJO EXTRACCION DE LITIO DESDE EL MINERALDE LITIO DESDE EL MINERAL
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7.16 PRECIOS DEL LITIO7.16 PRECIOS DEL LITIO
El carbonato de litio se ha transado El carbonato de litio se ha transado con un valor mínimo de 5.952 con un valor mínimo de 5.952 US$US$/ton y un valor máximo de 6.614 /ton y un valor máximo de 6.614 US$US$/ton./ton.
El concentrado de El concentrado de espodumenoespodumeno ((> > 7,25% Li7,25% Li22O) O) se ha comercializado con se ha comercializado con valores en el rango de 683 valores en el rango de 683 –– 750 750 US$/ton.US$/ton.
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7.17 LITIO COMO MATERIAL 7.17 LITIO COMO MATERIAL ESTRATEGICOESTRATEGICO
Su enorme potencial permite Su enorme potencial permite considerarlo como el elemento base considerarlo como el elemento base de la futura energía del planeta.de la futura energía del planeta.
El perclorato de litio es portador de El perclorato de litio es portador de oxígeno en combustible de cohetes.oxígeno en combustible de cohetes.
El hidruro de litio es un combustible de El hidruro de litio es un combustible de cohetes. Mezclando el hidruro de litio cohetes. Mezclando el hidruro de litio con agua, se obtiene hidrógeno que con agua, se obtiene hidrógeno que puede hacer funcionar los motores. puede hacer funcionar los motores.
