Carbonato de lítio

Carbonato de lítio é um composto inorgânico, o sal de lítio do ácido carbônico com a fórmula Li
₂CO
₃. Este sal branco é amplamente utilizado no processamento de óxidos metálicos. Está na Lista de Medicamentos Essenciais da Organização Mundial da Saúde por sua eficácia no tratamento de transtornos do humor, como o transtorno bipolar.

Usos

O carbonato de lítio é um importante produto químico industrial. Seu principal uso é como precursor de compostos usados em baterias de íon-lítio.

Os vidros derivados do carbonato de lítio são úteis em utensílios de cozinha. O carbonato de lítio é um ingrediente comum em esmaltes cerâmicos de fogo baixo e alto fogo. Forma fundentes de baixo ponto de fusão com sílica e outros materiais. Suas propriedades alcalinas são propícias para alterar o estado dos corantes de óxido de metal no esmalte, particularmente o óxido de ferro vermelho (Fe
₂O
₃). O cimento endurece mais rapidamente quando preparado com carbonato de lítio e é útil para adesivos de ladrilhos. Quando adicionado ao trifluoreto de alumínio, forma LiF que produz um eletrólito superior para o processamento de alumínio.

Baterias recarregáveis

Compostos derivados de carbonato de lítio são cruciais para as baterias de íons de lítio. O carbonato de lítio pode ser convertido em hidróxido de lítio como um intermediário. Na prática, dois componentes da bateria são feitos com compostos de lítio: o cátodo e o eletrólito.

O eletrólito é uma solução de hexafluorofosfato de lítio, enquanto o cátodo usa uma das várias estruturas litiadas, sendo as mais populares o óxido de cobalto de lítio e o fosfato de ferro e lítio.

Preços de lítio

Usos médicos

Em 1843, o carbonato de lítio foi usado para tratar pedras na bexiga. Em 1859, alguns médicos recomendaram uma terapia com sais de lítio para várias doenças, incluindo gota, cálculos urinários, reumatismo, mania, depressão e dor de cabeça.

Em 1948, John Cade descobriu os efeitos antimaníacos dos íons de lítio. Essa descoberta levou ao uso do carbonato de lítio como medicamento psiquiátrico para tratar a mania, a fase elevada do transtorno bipolar. O carbonato de lítio prescrito de uma farmácia é adequado para uso como medicamento em humanos, mas o carbonato de lítio industrial não é, pois pode conter níveis inseguros de metais pesados tóxicos ou outras substâncias tóxicas. Após a ingestão, o carbonato de lítio é dissociado em íons de lítio farmacologicamente ativos (Li⁺) e carbonato (não terapêutico), com 300 mg de carbonato de lítio contendo aproximadamente 8 mEq (8 mmol) de íon de lítio. De acordo com a Food and Drug Administration (FDA), 300–600 mg de carbonato de lítio tomado duas a três vezes ao dia é típico para a manutenção do transtorno bipolar I em adultos, onde a dose exata administrada varia dependendo de fatores como o paciente.;s concentrações séricas de lítio, que devem ser monitoradas de perto por um médico para evitar toxicidade de lítio e dano renal potencial (ou mesmo insuficiência renal) de diabetes insípido nefrogênico induzido por lítio. A desidratação e certos medicamentos, incluindo AINEs como o ibuprofeno, podem aumentar as concentrações séricas de lítio a níveis inseguros, enquanto outros medicamentos, como a cafeína, podem diminuir as concentrações. Em contraste com os íons elementares sódio, potássio e cálcio, não há nenhum mecanismo celular conhecido especificamente dedicado à regulação do lítio intracelular. O lítio pode entrar nas células através dos canais epiteliais de sódio. Os íons de lítio interferem nos processos de transporte de íons (consulte "bomba de sódio") que retransmitem e amplificam as mensagens transportadas para as células do cérebro. A mania está associada a aumentos irregulares na atividade da proteína quinase C (PKC) no cérebro. O carbonato de lítio e o valproato de sódio, outra droga tradicionalmente usada para tratar o distúrbio, atuam no cérebro inibindo a atividade da PKC e auxiliando na produção de outros compostos que também inibem a PKC. As propriedades de controle do humor do carbonato de lítio não são totalmente compreendidas.

Riscos à saúde

Tomar sais de lítio tem riscos e efeitos colaterais. Sabe-se que o uso prolongado de lítio para tratar transtornos mentais leva ao diabetes insipidus nefrogênico adquirido. A intoxicação por lítio pode afetar o sistema nervoso central e o sistema renal e pode ser letal. Durante um período prolongado, o lítio pode se acumular nas células principais do ducto coletor e interferir no hormônio antidiurético (ADH), que regula a permeabilidade à água das células principais no túbulo coletor. O interstício medular do sistema de ductos coletores tem naturalmente uma alta concentração de sódio e tenta mantê-la. Não há nenhum mecanismo conhecido para as células distinguirem os íons de lítio dos íons de sódio; portanto, podem ocorrer danos aos néfrons renais se as concentrações de lítio se tornarem muito altas como resultado de desidratação, hiponatremia, dieta anormalmente baixa em sódio ou certos medicamentos.

Corante pirotécnico vermelho

O carbonato de lítio é usado para dar uma cor vermelha aos fogos de artifício.

Propriedades e reações

Ao contrário do carbonato de sódio, que forma pelo menos três hidratos, o carbonato de lítio existe apenas na forma anidra. Sua solubilidade em água é baixa em relação a outros sais de lítio. O isolamento de lítio de extratos aquosos de minérios de lítio capitaliza essa baixa solubilidade. Sua aparente solubilidade aumenta 10 vezes sob uma leve pressão de dióxido de carbono; esse efeito se deve à formação do bicarbonato metaestável, que é mais solúvel:

Li
₂CO
₃ + CO
₂ + H. H. H.
₂O 2 LiHCO
₃

A extração de carbonato de lítio em altas pressões de CO
₂ e sua precipitação na despressurização é a base do processo de Quebec.

O carbonato de lítio também pode ser purificado explorando sua solubilidade diminuída em água quente. Assim, o aquecimento de uma solução aquosa saturada causa a cristalização de Li
₂CO
₃.

O carbonato de lítio e outros carbonatos do grupo 1 não descarboxilam facilmente. Li
₂CO
₃ se decompõe a temperaturas em torno de 1300 °C.

Produção

O lítio é extraído principalmente de duas fontes: espodumênio em depósitos de pegmatito e sais de lítio em piscinas de salmoura subterrâneas. Cerca de 82 mil toneladas foram produzidas em 2020, apresentando um crescimento significativo e consistente.

De reservatórios de salmoura subterrâneos

No Salar de Atacama, no deserto de Atacama, no norte do Chile, o carbonato e o hidróxido de lítio são produzidos a partir da salmoura.

O processo bombeia salmoura rica em lítio do subsolo para tanques rasos para evaporação. A salmoura contém muitos íons dissolvidos diferentes e, à medida que sua concentração aumenta, os sais precipitam da solução e afundam. O líquido sobrenadante restante é usado para a próxima etapa. A sequência de panelas pode variar dependendo da concentração de íons em uma determinada fonte de salmoura.

Na primeira panela cristaliza-se a halita (cloreto de sódio ou sal comum). Isso tem pouco valor econômico e é descartado. O sobrenadante, com concentração cada vez maior de sólidos dissolvidos, é transferido sucessivamente para a panela de silvinita (cloreto de sódio e potássio), panela de carnalita (cloreto de magnésio e potássio) e finalmente uma panela projetada para maximizar a concentração de cloreto de lítio. O processo leva cerca de 15 meses. O concentrado (30-35% de solução de cloreto de lítio) é transportado de caminhão para Salar del Carmen. Lá, o boro e o magnésio são removidos (normalmente o boro residual é removido por extração com solvente e/ou troca iônica e o magnésio elevando o pH acima de 10 com hidróxido de sódio) então, na etapa final, pela adição de carbonato de sódio, o carbonato de lítio desejado é precipitado, separado e processado.

Alguns subprodutos do processo de evaporação também podem ter valor econômico.

Há uma atenção considerável ao uso da água nesta região pobre em água. A SQM encomendou uma análise de ciclo de vida (LCA) que concluiu que o consumo de água para o hidróxido e carbonato de lítio da SQM é significativamente menor do que o consumo médio da produção do processo principal baseado em minério, usando espodumênio. Uma LCA mais geral sugere o oposto para extração de reservatórios.

A maior parte da produção à base de salmoura está no "triângulo de lítio" Na América do Sul.

De 'geotérmica' salmoura

Uma fonte potencial de lítio são os lixiviados de poços geotérmicos, carregados para a superfície. A recuperação do lítio foi demonstrada no campo; o lítio é separado por simples precipitação e filtração. Os custos de processo e ambientais são principalmente os do poço já em operação; os impactos ambientais líquidos podem, portanto, ser positivos.

A salmoura do projeto United Downs Deep Geothermal Power perto de Redruth é considerada valiosa pela Cornish Lithium devido à sua alta concentração de lítio (220 mg/L) com baixo teor de magnésio (<5 mg/L) e teor total de sólidos dissolvidos de <29g/L, e uma taxa de fluxo de 40-60l/s.

Do minério

O α-espodumênio é torrado a 1100 °C por 1h para produzir β-espodumênio, depois torrado a 250 °C por 10 minutos com ácido sulfúrico.

Em 2020, a Austrália era o maior produtor mundial de intermediários de lítio, todos baseados em espodumênio.

Nos últimos anos, as empresas de mineração começaram a explorar projetos de lítio na América do Norte, América do Sul e Austrália para identificar depósitos econômicos que podem potencialmente trazer novos suprimentos de carbonato de lítio online para atender à crescente demanda pelo produto.

Do barro

Em 2020, a Tesla Motors anunciou um processo revolucionário para extrair lítio da argila em Nevada usando apenas sal e nenhum ácido. Isso foi recebido com ceticismo.

De baterias em fim de vida

Algumas pequenas empresas estão reciclando baterias usadas, concentrando-se na recuperação de cobre e cobalto. Alguns recuperam lítio também.

Outro

Em abril de 2017, a MGX Minerals informou que recebeu confirmação independente de seu rápido processo de extração de lítio para recuperar lítio e outros minerais valiosos de águas residuais de petróleo e gás salmoura.

A eletrodiálise foi proposta para extrair lítio da água do mar, mas não é comercialmente viável.

Ocorrência natural

O carbonato de lítio natural é conhecido como zabuyelite. Este mineral está relacionado com depósitos de alguns lagos salgados e alguns pegmatitos.