Carbonato de litio
El carbonato de litio es un compuesto inorgánico, la sal de litio del ácido carbónico con la fórmula Li
2CO
3. Esta sal blanca es ampliamente utilizada en el procesamiento de óxidos metálicos. Está incluido en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud porque puede usarse como tratamiento para los trastornos del estado de ánimo, como el trastorno bipolar.
Usos
El carbonato de litio es un químico industrial importante. Su uso principal es como precursor de los compuestos utilizados en las baterías de iones de litio. Los vidrios derivados del carbonato de litio son útiles en utensilios para horno. El carbonato de litio es un ingrediente común en el vidriado cerámico de fuego bajo y fuego alto. Forma fundentes de bajo punto de fusión con sílice y otros materiales. Sus propiedades alcalinas conducen a cambiar el estado de los colorantes de óxido metálico en el vidriado, en particular el óxido de hierro rojo (Fe
2O
3). El cemento fragua más rápidamente cuando se prepara con carbonato de litio y es útil para los adhesivos para baldosas. Cuando se agrega al trifluoruro de aluminio, forma LiF, que proporciona un electrolito superior para el procesamiento de aluminio.
Baterías recargables
El principal uso del carbonato de litio (y del hidróxido de litio) es como precursor de los compuestos de litio utilizados en las baterías de iones de litio. En la práctica se fabrican dos componentes de la batería con compuestos de litio: el cátodo y el electrolito.
El electrolito es una solución de hexafluorofosfato de litio, mientras que el cátodo utiliza una de varias estructuras litiadas, las más populares son el óxido de cobalto de litio y el fosfato de hierro y litio. El carbonato de litio se puede convertir en hidróxido de litio antes de la conversión en los compuestos anteriores.
Usos médicos
En 1843, se utilizó carbonato de litio para tratar cálculos en la vejiga. En 1859, algunos médicos recomendaron una terapia con sales de litio para una serie de dolencias, como gota, cálculos urinarios, reumatismo, manía, depresión y dolor de cabeza. En 1948, John Cade descubrió los efectos antimaníacos de los iones de litio. Este hallazgo llevó al litio, específicamente al carbonato de litio, a ser utilizado para tratar las manías asociadas al trastorno bipolar.
El carbonato de litio se usa como medicamento psiquiátrico para tratar la manía, la fase elevada del trastorno bipolar. El carbonato de litio recetado de una farmacia es adecuado para su uso como medicamento en humanos, mientras que el carbonato de litio industrial no lo es, ya que este último puede, por ejemplo, contener niveles peligrosos de metales pesados tóxicos u otros tóxicos. Después de la ingestión, el carbonato de litio se disocia en iones de litio farmacológicamente activos (Li+) y carbonato (no terapéutico), con 300 mg de carbonato de litio que contienen aproximadamente 8 mEq (8 mmol) de iones de litio. Según la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), 300–600 mg de carbonato de litio tomados dos o tres veces al día es típico para el mantenimiento del trastorno bipolar I en adultos, donde la dosis exacta administrada varía según factores como el paciente.;s concentraciones séricas de litio, que deben ser monitoreadas de cerca por un médico para evitar la toxicidad del litio y el daño renal potencial (o incluso la insuficiencia renal) de la diabetes insípida nefrogénica inducida por litio. La deshidratación y ciertos medicamentos, incluidos los AINE como el ibuprofeno, pueden aumentar las concentraciones séricas de litio a niveles peligrosos, mientras que otros medicamentos, como la cafeína, pueden disminuir las concentraciones. A diferencia de elementos como el sodio, el potasio y el calcio, no existe un mecanismo celular conocido específicamente dedicado a regular el litio intracelular. El litio puede entrar en las células a través de los canales epiteliales de sodio. Los iones de litio interfieren con los procesos de transporte de iones (consulte “bomba de sodio”) que transmiten y amplifican los mensajes que se transmiten a las células del cerebro. La manía se asocia con aumentos irregulares en la actividad de la proteína quinasa C (PKC) dentro del cerebro. El carbonato de litio y el valproato de sodio, otro fármaco utilizado tradicionalmente para tratar el trastorno, actúan en el cerebro inhibiendo la actividad de la PKC y ayudan a producir otros compuestos que también inhiben la PKC. Las propiedades de control del estado de ánimo del carbonato de litio no se comprenden completamente.
Riesgos para la salud
Tomar sales de litio tiene riesgos y efectos secundarios. Se sabe que el uso prolongado de litio para tratar diversos trastornos mentales conduce a la diabetes insípida nefrogénica adquirida. La intoxicación por litio puede afectar el sistema nervioso central y el sistema renal y puede ser letal. Durante un período prolongado de tiempo, el litio puede acumularse en las células principales del túbulo colector e interferir con la hormona antidiurética (ADH), que regula la permeabilidad al agua de las células principales del túbulo colector. El intersticio medular del sistema de conductos colectores tiene naturalmente una alta concentración de sodio y trata activamente de mantenerla. No existe un mecanismo conocido por el cual las células puedan distinguir los iones de litio de los iones de sodio y se pueden producir daños en las nefronas del riñón si las concentraciones de litio son demasiado altas, lo que, por ejemplo, puede deberse a deshidratación, hiponatremia, una dieta inusualmente baja en sodio, o ciertas drogas.
Colorante pirotécnico rojo
El carbonato de litio se utiliza para impartir un color rojo a los fuegos artificiales.
Propiedades y reacciones
A diferencia del carbonato de sodio, que forma al menos tres hidratos, el carbonato de litio existe solo en forma anhidra. Su solubilidad en agua es baja en relación con otras sales de litio. El aislamiento de litio a partir de extractos acuosos de minerales de litio aprovecha esta escasa solubilidad. Su solubilidad aparente aumenta 10 veces bajo una suave presión de dióxido de carbono; este efecto se debe a la formación del bicarbonato metaestable, que es más soluble:
- Li
2CO
3 + CO
2 + H
2O ⇌ 2 LiHCO
3
La extracción de carbonato de litio a altas presiones de CO
2 y su precipitación al despresurizarse es la base del proceso de Quebec.
El carbonato de litio también se puede purificar aprovechando su menor solubilidad en agua caliente. Por lo tanto, calentar una solución acuosa saturada provoca la cristalización de Li
2CO
3.
El carbonato de litio y otros carbonatos del grupo 1 no se descarboxilan fácilmente. Li
2CO
3 se descompone a temperaturas de alrededor de 1300 °C.
Producción
El litio se extrae principalmente de dos fuentes: espodumeno en depósitos de pegmatita y sales de litio en piscinas subterráneas de salmuera. En 2020 se produjeron unas 82.000 toneladas, lo que muestra un crecimiento significativo y constante.
De depósitos subterráneos de salmuera
Como ejemplo, en el Salar de Atacama en el desierto de Atacama en el norte de Chile, SQM produce carbonato e hidróxido de litio a partir de salmuera.
El proceso consiste en bombear salmuera rica en litio desde debajo de la tierra a recipientes poco profundos para su evaporación. La salmuera contiene muchos iones disueltos diferentes y, a medida que aumenta la concentración, las sales se precipitan fuera de la solución y se hunden. El líquido restante (el sobrenadante) se usa para el siguiente paso. La secuencia exacta de bandejas puede variar según la concentración de iones en una fuente particular de salmuera.
En la primera cubeta cristaliza la halita (cloruro de sodio o sal común). Esto tiene un valor económico insuficiente y se descarta. El sobrenadante, con una concentración cada vez mayor de sólidos disueltos, se transfiere sucesivamente a la cubeta de silvinita (cloruro de sodio y potasio), a la cubeta de carnalita (cloruro de potasio y magnesio) y finalmente a una cubeta diseñada para maximizar la concentración de cloruro de litio. El proceso dura unos 15 meses. El concentrado (solución de cloruro de litio al 30-35 %) se transporta en camión al Salar del Carmen. Allí, se eliminan el boro y el magnesio (por lo general, el boro residual se elimina mediante extracción con solvente y/o intercambio iónico y el magnesio elevando el pH por encima de 10 con hidróxido de sodio) y luego, en el paso final, mediante la adición de carbonato de sodio, se obtiene el carbonato de litio deseado. precipitado, separado y procesado.
Algunos de los subproductos del proceso de evaporación también pueden tener valor económico.
Hay un enfoque considerable en el uso del agua en esta región pobre en agua. SQM encargó un análisis de ciclo de vida que concluyó que el consumo de agua para el hidróxido y carbonato de litio de SQM es significativamente inferior al consumo promedio en producción del proceso principal a base de mineral, utilizando espodumeno. Un ACV más general sugiere lo contrario para la extracción de los yacimientos en su conjunto.
La mayor parte de la producción basada en salmuera se encuentra en el "triángulo del litio" en Sur America.
Desde 'geotermia' salmuera
Otra fuente potencial de litio son los lixiviados de los pozos geotérmicos, que se transportan a la superficie. La recuperación de litio se ha demostrado en el campo; el litio se separa por simple precipitación y filtración. Los costos ambientales y de proceso son principalmente los del pozo que ya está en funcionamiento; por lo tanto, los impactos ambientales netos pueden ser positivos.
Cornish Lithium afirma que la salmuera del proyecto United Downs Deep Geothermal Power cerca de Redruth es valiosa debido a su alta concentración de litio (220 mg/L) con bajo contenido de magnesio (<5 mg/L) y sólidos disueltos totales de <29g/L, y un caudal de 40-60l/s.
De mineral
La α-espodumena se tuesta a 1100 °C durante 1 h para producir β-spodumeno, luego se tuesta a 250 °C durante 10 minutos con ácido sulfúrico.
A partir de 2020, Australia era el mayor productor mundial de productos intermedios de litio, todos basados en espodumeno.
En los últimos años, muchas compañías mineras han comenzado la exploración de proyectos de litio en América del Norte, América del Sur y Australia para identificar depósitos económicos que puedan generar nuevos suministros de carbonato de litio para satisfacer la creciente demanda del producto.
De arcilla
Tesla Motors anunció un proceso revolucionario para extraer litio de la arcilla en Nevada usando solo sal y sin ácido. Esto fue recibido con escepticismo.
Baterías al final de su vida útil
Algunas pequeñas empresas están reciclando activamente las baterías gastadas, centrándose principalmente en la recuperación de cobre y cobalto. Algunos también recuperan litio.
Otro
En abril de 2017, MGX Minerals informó que había recibido una confirmación independiente de su rápido proceso de extracción de litio para recuperar litio y otros minerales valiosos de aguas residuales de petróleo y gas en salmuera.
Se ha propuesto la electrodiálisis para extraer litio del agua de mar, pero no es comercialmente viable.
Ocurrencia natural
El carbonato de litio natural se conoce como zabuyelita. Este mineral está relacionado con depósitos de algunos lagos salados y algunas pegmatitas.