El carbonato de litio es un compuesto inorgánico , la sal de litio del ácido carbónico con la fórmula Li
2CO
3Esta sal blanca se utiliza ampliamente en el procesamiento de óxidos metálicos. Está en la Lista de Medicamentos Esenciales de la Organización Mundial de la Salud [7] por su eficacia en el tratamiento de trastornos del estado de ánimo como el trastorno bipolar . [8] [7]
El carbonato de litio es un importante producto químico industrial . Su principal uso es como precursor de compuestos utilizados en baterías de iones de litio.
Los vidrios derivados del carbonato de litio son útiles en la fabricación de vajillas para horno. El carbonato de litio es un ingrediente común en los esmaltes cerámicos de cocción baja y alta . Forma fundentes de bajo punto de fusión con sílice y otros materiales. Sus propiedades alcalinas favorecen el cambio de estado de los colorantes de óxido metálico en el esmalte , en particular el óxido de hierro rojo ( Fe
2Oh
3). El cemento fragua más rápidamente cuando se prepara con carbonato de litio y es útil para adhesivos para baldosas . Cuando se agrega al trifluoruro de aluminio , forma LiF , que produce un electrolito superior para el procesamiento del aluminio . [9]
Los compuestos derivados del carbonato de litio son cruciales para las baterías de iones de litio . El carbonato de litio se puede convertir en hidróxido de litio como intermediario. En la práctica, dos componentes de la batería se fabrican 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 de las cuales son el óxido de litio y cobalto y el fosfato de litio y hierro .
En 1843, el carbonato de litio se utilizó para tratar los cálculos en la vejiga . En 1859, algunos médicos recomendaron una terapia con sales de litio para una serie de dolencias , entre ellas la gota , los cálculos urinarios , el reumatismo , la manía , la depresión y el dolor de cabeza .
En 1948, John Cade descubrió los efectos antimaníacos de los iones de litio. [10] Este hallazgo condujo al uso del carbonato de litio como medicamento psiquiátrico para tratar la manía, la fase elevada del trastorno bipolar . El carbonato de litio recetado en una farmacia es adecuado para su uso como medicamento en humanos, pero el carbonato de litio industrial no lo es, ya que puede 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. [8] 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, [8] donde la dosis exacta administrada varía dependiendo de factores como las concentraciones séricas de litio del paciente, que deben ser monitoreadas de cerca por un médico para evitar la toxicidad del litio y el posible daño renal (o incluso insuficiencia renal ) por diabetes insípida nefrogénica inducida por litio . [11] [8] 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 los iones elementales sodio , potasio y calcio , no se conoce ningún mecanismo celular específicamente dedicado a regular el litio intracelular . El litio puede ingresar a las células a través de los canales de sodio epiteliales . [12] Los iones de litio interfieren con los procesos de transporte de iones que transmiten y amplifican los mensajes transportados a las células del cerebro. [13] La manía se asocia con aumentos irregulares de la actividad de la proteína quinasa C (PKC) en el 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. [14] Las propiedades del carbonato de litio para controlar el estado de ánimo no se comprenden del todo. [15]
Tomar sales de litio tiene riesgos y efectos secundarios. Se sabe que el uso prolongado de litio para tratar trastornos mentales conduce a diabetes insípida nefrogénica adquirida . [16] La intoxicación por litio puede afectar el sistema nervioso central y el sistema renal y puede ser letal. [17] Durante un período prolongado, 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 en el túbulo colector. [12] El intersticio medular del sistema del túbulo colector tiene naturalmente una alta concentración de sodio e intenta mantenerla. No se conoce ningún mecanismo para que las células distingan los iones de litio de los iones de sodio, por lo que puede dañar las nefronas del riñón si las concentraciones de litio se vuelven demasiado altas como resultado de la deshidratación , la hiponatremia , una dieta inusualmente baja en sodio o ciertos medicamentos.
El carbonato de litio se utiliza para dar un color rojo a los fuegos artificiales . [18]
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 del litio a partir de extractos acuosos de minerales de litio aprovecha esta escasa solubilidad. Su solubilidad aparente aumenta diez veces bajo una presión leve de dióxido de carbono ; este efecto se debe a la formación del bicarbonato de litio metaestable , que es más soluble: [9] [19]
Extracción de carbonato de litio a altas presiones de CO
2y su precipitación al despresurizar es la base del proceso de Quebec.
El carbonato de litio también se puede purificar aprovechando su menor solubilidad en agua caliente. Así, al calentar una solución acuosa saturada se produce la cristalización del litio.
2CO
3. [20]
El carbonato de litio y otros carbonatos del grupo 1 no se descarboxilan fácilmente.
2CO
3Se descompone a temperaturas alrededor de 1300 °C.
El litio se extrae principalmente de dos fuentes: espodumena en depósitos de pegmatita y sales de litio en piscinas de salmuera subterráneas . En 2020 se produjeron alrededor de 82.000 toneladas, lo que muestra un crecimiento significativo y constante. [21]
En el Salar de Atacama, en el desierto de Atacama del norte de Chile, se produce carbonato e hidróxido de litio a partir de salmuera. [22] [23]
El proceso bombea salmuera rica en litio desde el subsuelo hacia tanques poco profundos para su evaporación. La salmuera contiene muchos iones disueltos diferentes y, a medida que aumenta su concentración, las sales se precipitan de la solución y se hunden. El líquido sobrenadante restante se utiliza para el siguiente paso. La secuencia de tanques puede variar según la concentración de iones en una fuente particular de salmuera.
En la primera cubeta se cristaliza la halita (cloruro de sodio o sal común), que tiene poco valor económico 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, por último, 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 hasta el Salar del Carmen. Allí se eliminan el boro y el magnesio (normalmente, el boro residual se elimina mediante extracción con disolventes o intercambio iónico y el magnesio elevando el pH por encima de 10 con hidróxido de sodio ) [24] y, en el paso final, mediante la adición de carbonato de sodio , se precipita el carbonato de litio deseado, se separa y se procesa.
Algunos de los subproductos del proceso de evaporación también pueden tener valor económico.
En esta región pobre en agua, se presta mucha atención al uso del agua. SQM encargó un análisis del ciclo de vida (ACV) que concluyó que el consumo de agua para el hidróxido y carbonato de litio de SQM es significativamente menor que el consumo promedio de producción del proceso principal basado en mineral, que utiliza espodumena . Un ACV más general sugiere lo contrario para la extracción de los yacimientos. [25]
La mayor parte de la producción de salmuera se encuentra en el “ triángulo del litio ” en América del Sur.
Una fuente potencial de litio son los lixiviados de los pozos geotérmicos , llevados a la superficie. [26] Se ha demostrado la recuperación de litio en el campo; el litio se separa por simple precipitación y filtración. [27] Los costos ambientales y de proceso son principalmente los del pozo ya en funcionamiento; por lo tanto, los impactos ambientales netos pueden ser positivos. [28]
Cornish Lithium afirma que la salmuera del proyecto de energía geotérmica profunda United Downs cerca de Redruth es valiosa debido a su alta concentración de litio (220 mg/L) con bajo contenido de magnesio (<5 mg/L) y un contenido total de sólidos disueltos de <29 g/L, [29] y un caudal de 40-60 l/s. [25]
La α-espodumena se tuesta a 1100 °C durante 1 hora para producir β-espodumena, luego se tuesta a 250 °C durante 10 minutos con ácido sulfúrico. [30] [22]
En 2020, Australia era el mayor productor mundial de intermedios de litio, [31] todos basados en espodumena.
En los últimos años, las empresas mineras han comenzado la exploración de proyectos de litio en América del Norte , América del Sur y Australia para identificar depósitos económicos que potencialmente puedan aportar nuevos suministros de carbonato de litio para satisfacer la creciente demanda del producto. [32]
En 2020, Tesla Motors anunció un proceso revolucionario para extraer litio de la arcilla en Nevada utilizando solo sal y sin ácido. Esto fue recibido con escepticismo. [33]
Algunas empresas pequeñas reciclan baterías usadas y se centran en la recuperación de cobre y cobalto. Algunas recuperan carbonato de litio junto con el compuesto Li2Al4 ( CO3 ) (OH) 12 · 3H2O . [ 34] [ 35 ] [36] [37]
En abril de 2017, MGX Minerals informó que había recibido confirmación independiente de su rápido proceso de extracción de litio para recuperar litio y otros minerales valiosos de las salmueras de aguas residuales de petróleo y gas . [38]
Se ha propuesto la electrodiálisis para extraer litio del agua de mar, pero no es comercialmente viable. [39]
El carbonato de litio natural se conoce como zabuyelita . [40] Este mineral está relacionado con depósitos de algunos lagos salados y algunas pegmatitas . [41]
