Evaluación técnica y económica de la extracción selectiva de litio mediante solventes eutécticos profundos

Abstract

Una de las problemáticas actuales para la producción de productos de litio es el tiempo requerido por el proceso convencional, esto debido la evaporación solar puede tardar hasta 18 meses en concentrar la salmuera y obtener compuestos como carbonato o hidróxido de litio. Este alto tiempo representa una limitación crítica frente a la creciente demanda mundial por litio, especialmente en el contexto de la transición energética y el crecimiento de la industria de vehículos eléctricos. Además, en Chile actualmente no se produce litio metálico, a pesar de contar con condiciones geológicas favorables y una posición estratégica en el mercado global. Frente a esta situación, el presente trabajo propone y evalúa un proceso alternativo para la obtención de litio metálico a partir de salmuera, combinando extracción por solvente y electrodeposición, con el uso de disolventes eutécticos profundos como medio extractante. Estos solventes se destacan por su bajo impacto ambiental, baja volatilidad y alta selectividad hacia el ion litio, lo que los convierte en una opción prometedora frente a solventes orgánicos tradicionales. Con base en lo anterior, se desarrollaron y analizaron cuatro escenarios distintos, que varían según el tipo de salmuera y el tipo de DES empleado. Cada uno fue evaluado desde el punto de vista técnico y económico. Los resultados demostraron que el Escenario 3, basado en salmuera sulfatada y una sola etapa de extracción con el sistema DES compuesto por N8881Cl/DecA, ofrece el mejor balance de masa y económico general. Este escenario logró una eficiencia global del 43%, un VAN de 6,760 MUSD, una tasa interna de retorno del 30% y un payback de 3.4 años, todo con una demanda significativamente menor de salmuera y DES en comparación con los demás escenarios. Este enfoque no solo resulta viable desde el punto de vista económico, sino que también contribuye a reducir el impacto ambiental asociado al proceso de obtención de litio.

One of the current challenges in lithium product manufacturing is the long time required by the conventional process. This is due to solar evaporation, which can take up to 18 months to concentrate the brine and obtain compounds such as lithium carbonate or lithium hydroxide. This long duration represents a critical limitation given the growing global demand for lithium, especially in the context of the energy transition and the expansion of the electric vehicle industry. Additionally, lithium metal is not currently produced in Chile, despite having favorable geological conditions and a strategic position in the global market. In response to this situation, the present work proposes and evaluates an alternative process for obtaining lithium metal from brine, combining solvent extraction and electrodeposition, using deep eutectic solvents (DES) as the extracting medium. These solvents stand out due to their low environmental impact, low volatility, and high selectivity toward lithium ions, making them a promising alternative to traditional organic solvents. Based on this, four different scenarios were developed and analyzed, varying according to the type of brine and the DES system used. Each was evaluated from both a technical and economic perspective. The results demonstrated that Scenario 3, based on sulfate-rich brine and a single extraction stage using the DES system composed of N8881Cl/DecA, offers the best overall mass and economic balance. This scenario achieved a global efficiency of 43%, a net present value (NPV) of 6.76 million USD, an internal rate of return of 30%, and a payback period of 3.4 years, all while requiring significantly lower amounts of brine and DES compared to the other scenarios. This approach is not only economically viable but also contributes to reducing the environmental impact associated with lithium production.