Protección de los sistemas de intercambio iónico y ósmosis inversa en la purificación de carbonato e hidróxido de litio

La filtración con filtros de vela en la producción de carbonato e hidróxido de litio suele tratarse como una cuestión secundaria aguas abajo, cuando en realidad es en las etapas de purificación y pulido donde se gana o se pierde la pureza de grado batería. La demanda de ambos compuestos sigue creciendo a medida que los fabricantes de vehículos eléctricos y de almacenamiento en red amplían su capacidad: las estimaciones actuales sitúan la demanda mundial de litio en 2026 en torno a 2 millones de toneladas de equivalente de carbonato de litio (LCE), con previsiones para 2030 que oscilan entre 3,7 y 4,6 millones de toneladas de LCE según la fuente. Responder a ese crecimiento significa exprimir más pureza y más disponibilidad de cada etapa del proceso. Cuando los sólidos pasan a los lechos de resina de intercambio iónico o a las membranas de ósmosis inversa aguas abajo, el resultado es ensuciamiento, paradas no planificadas y costes de sustitución de resina que rara vez aparecen en el diseño original del proceso.

¿Qué hace que la separación sólido-líquido sea tan exigente en la producción de carbonato e hidróxido de litio?

Tanto la conversión de espodumeno de roca dura como las rutas de evaporación de salmuera para obtener carbonato e hidróxido de litio arrastran altos niveles de magnesio, calcio, manganeso y zinc en la solución de sulfato de litio que alimenta la purificación aguas abajo. En las operaciones con salmuera, este licor es corrosivo y de alta densidad, y los equipos deben soportar un servicio continuo en un amplio rango de temperaturas, desde fuentes geotérmicas elevadas hasta las condiciones ambientales de los salares de gran altitud. Si no se eliminan, estas impurezas no se limitan a pasar de largo, sino que precipitan aguas abajo y ensucian las unidades diseñadas para extraer y purificar el litio, en lugar de la propia etapa de filtración.

¿Qué requisitos de filtración protegen los sistemas de intercambio iónico y ósmosis inversa en la purificación del litio?

Las resinas de intercambio iónico y las membranas de ósmosis inversa situadas aguas abajo de la purificación del litio son muy sensibles al arrastre de partículas, y su protección comienza en el filtro de purificación de segunda etapa. Después de que el ajuste de pH con carbonato de sodio y sosa cáustica precipite el magnesio, el calcio, el manganeso y el zinc de la solución de sulfato de litio, esa suspensión debe filtrarse antes de que el filtrado llegue al circuito de intercambio iónico. Un filtro de vela correctamente dimensionado elimina más del 99,9 % de las partículas sólidas de 1 micrón o más, lo que mantiene estas unidades aguas abajo funcionando según su diseño en lugar de tener que dimensionarlas para un ensuciamiento crónico. Una segunda etapa de filtración, el pulido con bicarbonato, elimina los sólidos no reaccionados después de que el carbonato de litio se convierta en bicarbonato de litio soluble con CO2, mejorando aún más la pureza del producto antes de la descomposición del bicarbonato y reduciendo la carga devuelta al circuito de lixiviación.

¿Cómo abordan FUNDABAC® y CONTIBAC® estas etapas de purificación y pulido?

El filtro de vela FUNDABAC® se utiliza tanto para la purificación de segunda etapa como para el pulido con bicarbonato, con el lavado y secado de la torta integrados en el ciclo de filtración para recuperar el litio que de otro modo se perdería con los sólidos descartados. La filtración del volumen de talón (heel) recupera además el producto residual que se acumula en el fondo del recipiente, lo que permite reducir a cantidades insignificantes las pérdidas de carbonato y sulfato de litio y enviar los sólidos lavados directamente a los relaves en lugar de devolverlos al circuito de lixiviación. El funcionamiento por presión proporciona una formación de torta estable y tiempos de ciclo predecibles independientemente de la variabilidad de la salmuera, y las opciones de medio filtrante —PP, PVDF y acero inoxidable— resisten las condiciones corrosivas típicas de las salmueras y los licores de sulfato de litio. Cuando los caudales son mayores, como en la purificación semicontinua previa a la precipitación, el espesador semicontinuo CONTIBAC® asume la tarea con descarga automática de torta, reduciendo la intervención del operador tanto en los esquemas basados en espodumeno como en los basados en salmuera.

¿Dónde se utilizan los filtros FUNDABAC® y CONTIBAC® en la producción de litio?

La producción de carbonato e hidróxido de litio es una de las aplicaciones de filtración de mayor volumen de DrM, con instalaciones en cinco continentes. Los filtros FUNDABAC® y CONTIBAC® están en funcionamiento en proyectos de espodumeno de roca dura en Australia y en operaciones basadas en salmuera en todo el Triángulo del Litio de Sudamérica, además de plantas en Norteamérica y Asia. Esta base de referencias abarca ambas rutas de producción —la conversión de espodumeno de roca dura y la evaporación de salmuera—, cada una con características de alimentación diferentes pero los mismos requisitos de purificación y pulido aguas abajo. La amplitud de referencias en distintas regiones y rutas de proceso refleja la constancia con la que estos requisitos se repiten en las plantas de carbonato e hidróxido de litio de todo el mundo.

¿Qué beneficios operativos aporta la filtración con filtros de vela en el procesamiento del litio?

Dado que el lavado y secado de la torta reducen las pérdidas de litio a cantidades insignificantes, los operadores recuperan producto que una filtración no optimizada enviaría a residuos, mientras que la capacidad de dirigir los sólidos lavados directamente a los relaves evita el coste de devolverlos al circuito de lixiviación. El filtro FUNDABAC® utiliza internos permanentes que no se sustituyen durante el mantenimiento —solo se cambia el medio filtrante—, lo que, combinado con la ausencia de piezas móviles, se traduce en un coste total del ciclo de vida que suele ser de 2 a 3 veces inferior al de diseños de filtro competidores. La descarga de torta totalmente automatizada reduce la intervención del operador tanto en los sistemas FUNDABAC® como CONTIBAC®, y el diseño de recipiente cerrado y estanco simplifica el cumplimiento de las normas HSE al manipular salmueras o licores de sulfato corrosivos en condiciones de producción continua.

A medida que los fabricantes de baterías se orientan hacia químicas de cátodo ricas en níquel que requieren hidróxido de litio en lugar de carbonato, la filtración de purificación y pulido cobra aún más protagonismo en la economía de la planta, ya que los circuitos de hidróxido tienen tolerancias de impurezas más estrictas. La extracción directa de litio a partir de salmuera es una ruta relacionada pero distinta hacia el litio de grado batería, con su propio esquema de filtración tratado por separado en la revisión de DrM sobre la filtración en los procesos de DLE. En ambas rutas de producción establecidas, la base de referencias de DrM en la purificación de carbonato e hidróxido de litio sigue creciendo al ritmo de la expansión general del suministro de litio.

Conclusiones clave

• La filtración con filtros de vela elimina más del 99,9 % de los sólidos de 1 micrón o más, protegiendo los sistemas de intercambio iónico y ósmosis inversa aguas abajo.
• La producción de carbonato e hidróxido de litio es la mayor aplicación individual de filtración de DrM por volumen instalado, presente en cinco continentes.
• La filtración del volumen de talón (heel) y el lavado integrado de la torta reducen las pérdidas de litio a cantidades insignificantes durante la purificación y el pulido.
• Los espesadores semicontinuos CONTIBAC® gestionan tareas de purificación de litio de alto caudal con descarga de torta totalmente automatizada.
• Los filtros FUNDABAC® solo sustituyen el medio filtrante en el mantenimiento, reduciendo el coste del ciclo de vida de 2 a 3 veces frente a diseños de filtro competidores.