Divulgación y enseñanza de la ciencia

PK-DC-169-AG Uso que se le da al litio en México

Energía asequible y no contaminante

Asesor: MARIA ALEJANDRA ROMO SABUGAL

Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)

Resumen

Conocer por qué el Litio es el elemento del futuro para México. El tema que se eligió fue debido a la gran controversia que se generó al tema de la nacionalización de este elemento.

La producción del litio en los últimos siete años, sobresalen Australia y Chile con casi 78% de la producción mundial 2019, seguidos por otros ocho países; El hecho de que se produzca litio en tan pocas naciones debe ser interpretado, de inicio, que las condiciones geológicas para tener un yacimiento económico no son nada sencillas.

En el mundo, México todavía no figura como un país exportador de litio, pero eso podría cambiar próximamente, cuando arranquen proyectos de extracción como el de Bacanora, en el estado de Sonora, esto debido a que algunos geólogos afirman que en Sonora existe un Valle de Litio, el cual comprende un corredor de 100 kilómetros de largo que va de Bacadéhuachi a Sahuaripa.

Pregunta de Investigación

¿Qué uso se le da al litio en México?

Planteamiento del Problema

El uso que se le da al elemento Litio y qué beneficios podría traer a México y al mundo en general este nuevo elemento.

Antecedentes

El litio se deriva de la palabra griega “LITHOS”, que significa piedra. Es un elemento metálico dúctil, blanco-plateado, ligero que existe en la naturaleza mezclado con otros compuestos y químicamente reactivo; es el más ligero en peso de todos los metales y de bajo punto de fusión. Se encuentra presente en una amplia gama de minerales (aproximadamente 145 especies mineralógicas); sin embargo, sólo algunos poseen valor económico, siendo los principales: espodumena, ambligonita, lepidolita y petalita.

Su símbolo en la tabla periódica es Li. Es un elemento fuertemente electropositivo, lo que le confiere gran poder de reactividad frente a los agentes químicos.

 

Este elemento se encuentra presente tanto en pegmatitas, como en salmueras, pozos petrolíferos, campos geotérmicos, arcillas e, incluso, en los océanos. En la actualidad, sólo dos procesos de obtención han demostrado ser económicamente factibles: a) salmueras y b) pegmatitas.

La pegmatita es una roca ígnea intrusiva y también subvolcánica que se caracteriza porque típicamente presenta cristales minerales de un tamaño mayor a 1 centímetro (de largo y ancho), que generalmente se forman en la etapa final de la cristalización de un magma y son interesantes por los minerales “raros” que pueden contener.

 

Las salmueras son un procedimiento básico para conservar ciertos alimentos, siendo un compuesto de agua y sal que podemos encontrar de forma natural en aquellos ríos y lagos salados donde no existe vida, a causa del exceso de sal. Se extrae, así, de estas masas de agua hasta obtener sal evaporada con el agua en las conocidas salinas.

Los depósitos de salmuera se encuentran en lagos salados en los que el litio se extrae a través de un proceso de evaporación. La recolección de salmuera es más común y a menudo se considera un método más simple que la extracción, pero el mineral obtenido por este medio se considera de grado inferior. La minería de litio en yacimientos requiere estudios geológicos y de perforación a través de la roca, que pueden aumentar los costos, pero el litio obtenido por este medio se considera de mayor calidad.

El principal uso del litio en México y en el mundo es en la manufactura de baterías, con el 39%; cerámica y vidrio, el 30%; grasas lubricantes, 8%; polvos fundentes de fundición en continuo y producción de polímeros, 5%; tratamiento del aire, 3%; y otros usos, el 10%.

 

 

México cuenta con otro yacimiento del mineral en una zona de 50,000 hectáreas entre los estados de San Luis Potosí y Zacatecas. Las reservas probadas de la mina están en el orden de las 1.47 millones de toneladas.

En la actualidad, la utilización de los productos derivados del litio son diversos, por lo que podemos agruparlos en las siguientes:

Industria del Aluminio: El metal aluminio se obtiene a partir de la electrolisis de la Alúmina (Al203) fundida en un baño de composición variable de 2 a 8% de Alúmina, 5 a 7% de Fluoruro de Aluminio, 5 a 7% de Fluoruro de Calcio y 80 a 85% de Criolita (NaF·AIF3 ). Al baño se le adiciona un 3,5% en peso de Li2CO3 en gránulos con respecto al peso del electrolito, lo cual permite los siguientes beneficios:

  • Disminuye el punto de fusión del baño, así como la viscosidad.
  • Aumenta la conductividad eléctrica del electrolito fundido

Estos cambios permiten trabajar con una temperatura de operación más baja, lo cual reduce el consumo de energía y aumenta la eficiencia de la corriente eléctrica y, por ende, aumenta la productividad. Además de los efectos mencionados, el litio permite reducir los consumos de ánodos de carbón y de criolita y reduce entre un 20% a 30% la emisión de flúor al ambiente, bajando la contaminación.

En la industria aéreo-espacial de varios países, se ha considerado el uso de las aleaciones Al-Li, en piezas tanto del ala y fuselaje, para diferentes tipos de aviones. La utilización de este material permite reducir significativamente el peso de los aviones en más del 10%, por otra parte, aleaciones con un 2% a 3% en litio, resultan atractivas para esta industria a causa de su reducida densidad y mayor resistencia a la corrosión, comparándola con las aleaciones tradicionales de aluminio. A pesar de las ventajas comparativas, estas aleaciones no se han incorporado al mercado en gran escala como se pensó en un inicio. En la construcción de aviones, estas aleaciones compiten con los compuestos de boro, grafito y fibras poliméricas. La empresa Mc Cook Metals LLC, produjo una aleación Al-Li, para el reemplazo de ciertas piezas críticas que están sometidas a tensión, como, por ejemplo, remaches y pernos, para sus aviones F-16.

Otra gran utilidad en la industria aeronáutica es el incorporar esta aleación en un nuevo diseño de tanques de combustibles, los que son utilizados principalmente en los puentes aéreos. Su ventaja radica en ser ultraliviano, adicionando un 4% Cu, 1% Li, 0.4% Ag, 0.4% Mg y la diferencia en Al. Esta aleación es 30% más dura y 5% menos densa que la aleación de aluminio previamente usada. El rediseño del tanque de combustible pesa aproximadamente 3,400 Kg menos que el diseño original, la diferencia se utilizó para aumentar la capacidad de carga útil.

 

Industria del Vidrio y de Cerámica: El óxido de litio es un aditivo importante en la industria del vidrio y la cerámica. Su efecto es disminuir el punto de fusión y mejorar las propiedades de escurrimiento del material fundido, reduciendo el coeficiente de expansión térmica y de viscosidad del producto terminado. La fuente de Li2O más utilizada es el Li2CO3 y, además, los concentrados de minerales de litio.

En las piezas cerámicas resistentes al choque térmico “pirocerámicas” (vajillas de loza, vidrio tipo Corning) se utilizan preferentemente concentrados de minerales de litio con bajo contenido de hierro. Otra aplicación importante la constituye la fabricación de tubos de televisión monocromáticos y en colores. Hasta 1997, los minerales concentrados de litio eran los preferentemente usados en la industria de vidrios y cerámicas, hoy en día se utiliza el carbonato de litio, que ha llevado a la estabilización de su precio; además de eliminar, de esta forma, la utilización de compuestos más tóxicos.

Sistema de Aire Acondicionado y Control de Humedad: El Bromuro de Litio y el Cloruro de Litio en forma de salmueras, se usan en sistemas industriales de acondicionamiento y deshumidificación del aire, aprovechando que ambos compuestos tienen propiedades altamente higroscópicas que le permiten absorber la humedad del aire.

Grasas y Lubricantes: Las grasas a base de jabones de litio (fabricados a partir de hidróxido de litio) denominadas grasas multipropósito, conservan sus propiedades lubricantes en un amplio rango de temperatura (bajo 0 hasta 200ºC) poseen muy buena resistencia al agua y a la oxidación, por estas cualidades son utilizadas en todo tipo de transportes, tanto industriales, militares, automotriz, aéreos y también en aplicaciones marinas. Representan alrededor de un 60% de todos los lubricantes producidos en los Estados Unidos y en la mayoría de los países industrializados.

Caucho Sintético: En la fabricación de elastómeros sintéticos intervienen compuestos órgano-Litio, como catalizadores de polimerización de plásticos, como el polietileno. El litio es utilizado en esta aplicación en forma de Butil – Litio. Este compuesto organometálico es un catalizador específico en la polimerización iónica del isopreno, estireno y butadieno, para la obtención de cauchos especiales empleados en la manufactura de neumáticos de alta duración, y con gran resistencia a la abrasión. El N-butil-litio reacciona con el estireno y butadieno, formando una goma sintética que no requiere vulcanización.

Pilas de Litio: La utilización de litio metálico (99.9% pureza) como ánodos en baterías primarias (pilas), ha tenido un rápido crecimiento en los últimos años, aunque el consumo es relativamente bajo por las pequeñas cantidades requeridas. Las pilas de litio presentan varias ventajas con respecto a las pilas tradicionales:

  • Mayor densidad de energía por peso y volumen.
  • Mayor vida útil, entregando un voltaje constante.
  • Menor peso.
  • Funcionamiento a alta capacidad y bajas temperaturas.
  • Mayor tiempo de almacenamiento.

Las baterías de litio no recargables se han usado ampliamente en relojes, microcomputadoras, cámaras, juegos y aparatos electrónicos. Otra gran aplicación es en la industria militar, puesto que el uso de baterías de oxi halide de litio, fueron seleccionadas para el uso en misiles de defensa aérea y otros programas de los Estados Unidos. Este tipo de baterías presentan varias ventajas, entre otras, su durabilidad, gran capacidad de potencia disponible y seguridad de almacenamiento.

Otra área probada, es en la industria automotriz. En este caso una de las ventajas de la utilización de baterías de litio es la no contaminación, ahorro de combustible, durabilidad, etc.

Otras Aplicaciones: Se ha potencializado un gran mercado farmacológico, puesto que la incorporación de litio metálico y algunos compuestos, se utilizan como catalizadores en la producción de analgésicos, agentes anti colesterol, anti histamínico, anticonceptivos, inductores del sueño, algunos tipos de esteroides, tranquilizantes, vitamina A y otros productos. El carbonato de litio, grado farmacológico, es utilizado en el tratamiento de la psycosis maníaca depresiva.

Futuros Usos

Hay tres mercados potencialmente importantes para el litio, los cuales se encuentran actualmente en etapa de desarrollo tecnológico.

  • Reactores de fusión nuclear.
  • Baterías secundarias (recargables)
  • Aleaciones de aluminio-litio

Reactores de fusión nuclear: Una aplicación potencial del litio de grandes expectativas es en la producción de energía eléctrica mediante la fusión nuclear controlada de Deuterio y Tritio. Por ser escaso en la naturaleza, el tritio se obtiene irradiando el litio con neutrones. El consumo de litio como combustible para generar tritio no es significativo, pero podría ser un gran requerimiento al ser usado también como escudo contra radiaciones y como medio de transferencia de calor (litio-líquido).

Estas aplicaciones están supeditadas al éxito de un programa de desarrollo de reactores de fusión que impulsa el Departamento de Energía de los Estados Unidos.

Baterías secundarias: Con el apoyo gubernamental en Norteamérica, se han realizado importantes esfuerzos en investigación para desarrollar baterías secundarias (recargables) de litio de alta capacidad, a fin de ser empleadas en vehículo de propulsión eléctrica y en instalaciones de almacenamiento de energía para nivelación de carga.

Especialistas en el rubro señalan que las baterías recargables de litio están todavía en el comienzo de su ciclo de desarrollo, aunque enfatizan que ellas llegarán algún día a ser realidad, pero para que ello suceda, se requiere de cierto tiempo y un fuerte incremento en los fondos destinados a su investigación.

Aleación liviana de Aluminio-Litio: La aleación de 1.5-3% de litio al aluminio permite obtener materiales que en promedio son un 10% más livianos que las aleaciones convencionales de aluminio. Además de reducir la densidad, el contenido de litio antes indicado permite obtener aleaciones con más resistencia y mayor módulo de elasticidad que las corrientemente utilizadas en la fabricación de partes y componentes de aviones.

Su utilización en la fabricación de aviones se traduce en un ahorro significativo de combustible, el que puede ser equivalente a un 20% de aumento de capacidad de carga del avión.

El principal inconveniente de estos materiales es su alto costo, el cual podría disminuir si se resuelven los problemas de reciclar los desechos generados en su fabricación. Por otra parte, ha contribuido a una lenta introducción en el mercado el hecho de que el petróleo se mantiene aún en un precio relativamente bajo

Objetivo

Dar a conocer los principales usos que México le da al litio y qué beneficios podríamos obtener de este elemento.

Justificación

Elegí este tema ya que el Litio es un mineral que ha existido tiempo atrás sin embargo no se conocen los beneficios que podrían traer a nuestro país y al medio ambiente.

Hipótesis

Si doy a conocer los usos y benéficos que se le que tiene el litio entonces habrá más gente informada y podría estar de acuerdo en que este valioso recurso quede en manos de los mexicanos quedando nacionalizado y que este sea aprovechado al 100% en manos mexicanas.

Método (materiales y procedimiento)

El método utilizado para esta investigación es documental.

Galería Método

Resultados

Con la investigación realizada tenemos como resultado que el litio es un elemento valioso para el futuro del mundo, esto debido a que trae consigo beneficios económicos al país que tiene reservas y producción dentro de su territorio como beneficios ambientales que podrían ayudar a la crisis climática.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Además de la industria del vidrio, cerámica, grasas y lubricantes, uno de los principales usos del litio en México es en la manufactura de baterías con mayor durabilidad y capacidad. En los últimos años la industria de manufactura de baterías de litio ha tenido un mayor desarrollo debido al hallazgo de nuevos yacimientos en el país por lo que se convertirá en un recurso muy valioso para la industria tecnológica, dando como resultado una ventaja competitiva para México a nivel mundial.

Bibliografía

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography