Propuesta de proceso para la purificación de sulfato de litio para la generación electroquímica de hidróxido de litio

Abstract

En los últimos años, la demanda de hidróxido de litio ha aumentado considerablemente, impulsada principalmente por el sector de transporte. Los fabricantes de vehículos muestran una clara preferencia por las baterías de tipo NCM (niquel-litio, cobalto, manganeso), debido a su alta densidad energética y mayor rendimiento. Esta tendencia ha provocado un aumento significativo en el consumo de hidróxido de litio, que es un componente esencian en la fabricación de cátodos para estas baterías avanzadas. La presente investigación tiene como objetivo desarrollar un proceso eficiente para la purificación de sulfato de litio. La purificación es un paso crucial, ya que la calidad del sulfato de litio influye directamente en la eficiencia de su conversión a hidróxido de litio mediante procesos electroquímicos. Para ello se analizaron varias tecnologías de purificación reportadas en la literatura, destacando extracción por solventes e intercambio iónico como las más prometedoras tras evaluaciones cuantitativas basadas en la recuperación, enriquecimiento y selectividad de estas con respecto a estudios enfocados en la purificación de salmueras. La caracterización inicial de la salmuera identificó concentraciones de litio, calcio, magnesio, sodio, potasio y cloro, fundamentales para evaluar la eficiencia del proceso. Los experimentos de extracción por solventes respaldados por curvas de McCabe-Thiele, mostraron que a un pH 11 y la ausencia de calcio y magnesio mejoraron significativamente la recuperación de litio, alcanzando una eficiencia del 99,98% en una sola etapa de extracción. Los análisis de carga máxima del extractante (Cyanex 936P) evidenciaron que la presencia de calcio y magnesio en la salmuera reducía la capacidad de extracción de litio, mientras que en ausencia de estos iones se lograba una carga máxima cercana a la capacidad teórica del extractante. El intercambio iónico se evaluó con resinas TP 208 Monoplus y TP 208 MDS, siendo esta última más efectiva en eliminar calcio y magnesio, con un tiempo óptimo de contacto de 90 minutos. El proceso integrado propuesto combina extracción por solventes e intercambio iónico, optimizando la purificación de sulfato de litio. Los balances de masa globales y por etapa ayudaron a entender la distribución de flujos y elementos. El proceso final logró una recuperación total de litio con una concentración final de 42 g/L, cumpliendo con los niveles de pureza para aplicaciones electroquímicas.