La extracción rápida de litio elimina el uso de ácido y alto calor, informan los científicos

La extracción de litio convencional requiere varios pasos complejos, así como el uso de ácido y altas temperaturas, en el transcurso de varias horas. Los investigadores de Penn State han desarrollado un nuevo enfoque que elimina la necesidad de ácido o temperaturas extremas y lleva meros minutos. En este collage, desde la izquierda, es: spodumeno, el concentrado mineral que contiene el litio a extraer; Spodumene asado con hidróxido de sodio; solución de lixiviación, o el litio de lixiviación de líquido de la mezcla asada; y el producto final del carbonato de litio. Crédito: proporcionado por Chandima Hevapathiranage/Rezaee Lab.

El metal de litio liviano es un mineral crítico que golpea pesado, que sirve como ingrediente clave en las baterías recargables que alimentan teléfonos, computadoras portátiles, vehículos eléctricos y más. Tan ubicuo como el litio está en tecnología moderna, extraer el metal es complejo y costoso. Un nuevo método, desarrollado por investigadores de Penn State y recientemente otorgó derechos de patente, permite la extracción de litio de alta eficiencia, en minutos, no horas, utilizando bajas temperaturas y una lixiviación simple a base de agua.

“El litio impulsa las tecnologías que definen nuestras vidas modernas, desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos, y tiene aplicaciones en almacenamiento de energía de la red, cerámica, vidrio, lubricantes e incluso tecnologías médicas y nucleares”, dijo Mohammad Rezaee, el profesor de desarrollo profesional centenario en ingeniería minera de Penn State, que dirigió el equipo que publicó su enfoque en la revista de ingeniería química.

“Pero su extracción también debe ser ambientalmente responsable. Nuestra investigación muestra que podemos extraer litio y otros minerales críticos, de manera más eficiente, al tiempo que reducen drásticamente el uso de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero y los desechos que son difíciles de manejar o deshacerse”.

Australia, Chile y China lideran el mundo en suministros de litio, exportando a países que compiten en tecnologías cada vez más avanzadas que dependen del mineral. Chile y Argentina son responsables del 97% de las exportaciones de litio a los Estados Unidos, que importa más del doble de lo que puede extraer de los recursos nacionales a pesar de alojar millones de toneladas métricas de depósitos de litio. El problema es el tiempo, el costo financiero y el impacto ambiental de la extracción de litio de las rocas donde ocurre naturalmente, según Rezaee.

Sin embargo, Rezaee y los miembros de su grupo de investigación, Chandima Hevapathiranage y Shihua Han, que buscan títulos doctorales en ingeniería de energía y minerales, con la opción de ingeniería minera y de procesos minerales, en Penn State, tienen una solución. Con mucho menos consumo de energía y menos productos químicos duros que los métodos tradicionales, su enfoque sin ácido puede extraer más del 99% del litio disponible de una roca en minutos, en comparación con las horas de extracción convencional que produce aproximadamente el 96% del litio disponible.

“Lo que hace que este enfoque sea especialmente prometedor es su compatibilidad con la infraestructura industrial existente”, dijo Rezaee, explicando que el nuevo proceso está diseñado con escalabilidad y practicidad en mente, y no requiere calor extremo o el uso de ácidos.

“Utiliza materiales comunes como el hidróxido de sodio, un compuesto común utilizado para hacer jabón y se encuentra en muchos limpiadores domésticos, y agua, y opera a temperaturas mucho más bajas que las técnicas tradicionales. Eso lo hace no solo más limpio y más rápido, sino más fácil de implementar a escala”.

La extracción de litio convencional implica que los minerales de rocas cayeran para renunciar al metal o los estanques evaporantes de salmuera rica en litio. La evaporación requiere cantidades significativas de agua y tarda demasiado en igualar las demandas de la industria.

Extraer directamente el litio de las rocas extraídas es más rápido que la evaporación de salmuera, pero implica calentar los minerales a temperaturas increíblemente altas de 1.110 grados centígrados: 2,300 grados Fahrenheit, y mantener la temperatura durante dos horas. Esto hace que el litio mineral poroso y prepare el litio para separarse de la roca.

Resumen gráfico. Crédito: Chemical Engineering Journal (2025). Doi: 10.1016/j.cej.2025.159661

En el siguiente paso, el mineral poroso se trata con ácido sulfúrico y se calienta a 482 grados Fahrenheit durante dos horas. Conocido como hornear ácido sulfúrico, este paso finalmente disuelve gran parte del litio. La solución de litio ácido resultante se trata para neutralizar el ácido y purificar el metal.

“Cada paso del método convencional, especialmente el tratamiento de alta temperatura, emite una cantidad sustancial de dióxido de carbono”, dijo Rezaee, explicando que el ácido sulfúrico también plantea preocupaciones ambientales y deja subproductos peligrosos.

“El proceso requiere una inversión de equipo significativa y tiene desafíos para el control de la temperatura y la recuperación de energía. Las impurezas conducen a la pérdida de litio, y la solución de litio ácido requiere un consumo químico significativo para ser básico para la extracción final”.

Cuando Rezaee y su equipo consideraron por primera vez mejorar este proceso, se dieron cuenta de que podían eliminar la necesidad de transformación de fase: la calefacción extrema y el horno de ácido sulfúrico que afloja los iones de litio del mineral.

“Utilizamos el modelado termodinámico para comprender cómo los minerales con litio podrían interactuar con diferentes agentes químicos, y luego validar esas predicciones a través de experimentos de laboratorio”, dijo Rezaee. “Descubrimos que mezclar el mineral que contiene litio, llamado spodumeno, con hidróxido de sodio, a temperaturas relativamente bajas convierte el mineral en fases solubles en agua con litio”.

También investigaron el uso de calentamiento de microondas para esta reacción de baja temperatura, similar al calentamiento de alimentos en un microondas en lugar de un horno, para reducir el tiempo de procesamiento a solo minutos.

Esta reacción produce silicato de litio sodio, un compuesto que se disuelve fácilmente en agua a temperatura ambiente. Cuando se agrega agua, el litio se filtra en aproximadamente un minuto. Debido a que la solución resultante ya es básica, lo que significa no ácido, también elimina la necesidad de las adiciones químicas que la extracción de litio convencional requiere cambiar de ácido a lo básico. Los investigadores pueden agregar inmediatamente un compuesto que solidifica el litio para que pueda recolectarse fácilmente.

Según Rezaee, el proceso también puede funcionar para extraer litio y otros dos minerales críticos: rubidium y cesio, que se utilizan en electrónica, computación cuántica, paneles solares, relojes atómicos, sistemas de navegación por satélite, baterías e incluso como un propulsor de cohetes, desde lepidolita, otra roca. También puede extraer litio de fuentes de arcilla.

El equipo ahora está trabajando para ampliar su enfoque y refinar el proceso para la aplicación industrial.

Más información: HCS Subasinghe et al, extracción directa de litio del α-spodumene utilizando asado de NaOH y lixiviación de agua, Chemical Engineering Journal (2025). Doi: 10.1016/j.cej.2025.159661, www.sciencedirect.com/science/… 1385894725004607? Via%3dihub

Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania

Cita: la extracción rápida de litio elimina el uso de ácido y alto calor, informes de los científicos (2025, 30 de abril) recuperado el 30 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-rapid-lithium-acid-high-scientists.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.