litio y derivados

7/26/2019 Litio y Derivados

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LA INDUSTRIA DEL LITIO EN CHILE

Dra. Ingrid Garcs MillasDepto. Ingenieria QumicaUniversidad de Antofagasta

INTRODUCCION

Chile es el primer productor de litiomundial con reservas conocidas en el Salar

de Atacama del orden de .! " #$%

toneladas& siendo ste su ma'or dep(sitocorrespondiendo al $ ) de las reservas deinters econ(mico a nivel mundial. Con elingreso al mercado de la Sociedad MineraSalar de Atacama *tda.& MI+SA*& en

#,,-& Chile pas( a ser el primer productor' e"portador mundial de litio& completandolas !$.$$$ toneladas de concentrado&euivalentes al /$) de la demanda delmercado mundial& cifra con la ue laSociedad Chilena del *itio& SC*& lidera lase"portaciones de este mineral.0l desarrollo de nuevos materialesconstitu'en ho' da el verdadero desafopara nuestro pas& ste ha sido el pasolimitante para el desarrollo tecnol(gico& nos(lo en la electr(nica donde laminiaturi1aci(n a alcan1ando nivelesinimagina2les& sino ue en otros 3m2itos de

aplicaciones. Cada a4o& s(lo en 5ap(n sepu2lican tra2a6os ue contienen estudios dealrededor de #$.$$$ nuevos materiales& conpropiedades fsicas& umicas& elctricas&magnticas& i(nicas ' electroumicasdistintas.

7IGU8A +9#: Mapa u2icaci(n del Salar de Atacama& en la IIregi(n de Chile.

*a industria del litio para Chile& presenta un 2uen futuro& no tans(lo por la cantidad ' calidad de sus reservas& si no por ser capa1de desarrollar nuevos productos de litio& con ma'or valor agregado&como por e6emplo& hidr("idos& cianuros ' litio met3lico.

CAPITULO 1

RESEA HISTORICA DEL LITIO Y SU CONSUMO

0l litio fue descu2ierto por el umico Sueco August Arfvedson& en el a4o #-#; cuando reali1a2a un an3lisis de lapetalita& mineral cu'a f(rmula umica corresponde a Al ?.*a o2tenci(n del litio met3lico por electr(lisis del cianuro de litio fue reali1ada con "ito por primera ve1 porusen ' Matthieasen en un peue4o crisol de porcelana& usando un fino hilo de hierro como c3todo ' una varilla


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de car2(n como 3nodo& indicando uno de los caminos ue se mantienen hasta ahora& para la o2tenci(n industrialde algunos metales alcalinos.*os primeros usos comerciales del litio fueron en metalurgia emple3ndose peue4as cantidades de aleaciones dealuminioB1incBlitio ' aleaciones de plomo en las cuales se adiciona litio para endurecerlos.0ntre los a4os #,/! ' #,/,& la Comisi(n de 0nerga At(mica de los 0stados Unidos consumi( grandes cantidadesde hidr("ido de litio para separar el is(topo litio %& el ue fue usado en el desarrollo ' producci(n de la 2om2a dehidr(geno.Desde #,%# comen1( a desarrollarse el uso de compuestos como el 2romuro de litio& en la forma de salmueraconcentrada& para euipos de acondicionamiento de aire por a2sorci(n el car2onato de litio para la industria decer3mica el litio met3lico& como intermediario en la sntesis de productos farmacuticos el utilBlitio comocatali1ador en la polimeri1aci(n de la fa2ricaci(n del caucho sinttico. +uevos mercados se desarrollaron conmltiples prop(sitos& pero sigue siendo ho' da& el m3s importante mercado& la industria de las cer3micas& dondese utili1a el car2onato de litio se como agente fundente en la preparaci(n de esmaltes enlo1ados ' vidrios.Desde #,; el uso del litio met3lico como 3nodo en 2ateras primarias empe1( a mostrar un r3pido crecimiento&puesto ue& el litio es electroumicamente reactivo& adem3s de poseer otras propiedades nicas.0n #,-$ la industria del aluminio despla1( del primer lugar a la cer3mica ' vidrio como principal usuario envolumen de productos de litio. 0l desarrollo de las aleaciones de *iBAl& logran importantes avances en eldesarrollo de nuevos usos& incorporando la participaci(n a la investigaci(n a los productores de aluminio&aeron3utica ' militares. Como resultado& se logra una aleaci(n m3s liviana& adicionando el #./) al ! ) de *i a laaleaci(n convencional de aluminio& la ue puede ser empleada en componentes para aviones comerciales '

militares& con este material de un #$) m3s liviano& se ahorra com2usti2le& para alcan1ar hasta un ?$) de lacapacidad de carga del avi(n. Actualmente el consumo de litio metal para estas aleaciones es del orden de /toneladas anualmente& es decir unas /$$.$$$ li2ras por a4o de car2onato de litio.0n el ltimo tiempo& se han desarrollado pirocer3micas ue encuentran una gran aplica2ilidad en la industriaaeroespacial& puesto ue este tipo de material& al contener litio& hacen ue las propiedades de e"pansi(n 'compresi(n sean casi nulas& si el compuesto se encuentra 2a6o condiciones e"tremas de temperatura.0stados Unidos& sigue siendo el primer productor de compuestos de ma'or valor agregado de litio ' el principalconsumidor de todo tipo de materiales de litio& con un consumo de ?-$$ toneladas mtricas de contenido en litioel a4o ?$$$. *os compuestos de litio adem3s satisfacen las necesidades de la industria primaria de aluminio&componentes de 2ateras& aire acondicionado& lu2ricantes& sistemas de deshumidificaci(n& producci(n desofisticados te"tiles& desinfectantes para piscinas ' 2a4os& ' como 2lanueadores en lavanderas al seco.

CAPITULO 2

CARACTERISTICAS FISICAS Y QUIMICAS DEL LITIO

0l litio es un metal alcalino ue se presenta como el primer elemento del grupo IA de la Ea2la Feri(dica& de colorplateado claro& ligeramente m3s duro ue el sodio& pero m3s 2lando ue el plomo. Sin em2argo& me1clado con elmagnesio resulta una aleaci(n sumamente resistente ue puede ser usada para chalecos anti2alas o placas de

2linda6es. 0l litio es el m3s liviano de todos los metales con densidad $./! gcm!. 0l ncleo de 3tomo est3constituido por tres protones ' tres o cuatro neutrones. *os tres electrones or2itando en dos or2itales& dos en elinterno ' uno en el e"tremo. For esta ra1(n posee una gran tendencia a e'ectar el electr(n e"tremo& hacindoloe"tremadamente reactivo electropositivo. Cristali1a en el sistema c2ico centrado en el cuerpo & suselectrones li2res se despla1an dentro de la red cristalina con suma facilidad pudiendo conseguir ' transferir cargasnegativas a travs de su estructura con mu' poca resistencia& lo cual le confiere las propiedades de ser une"celente conductor de la electricidad.


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7IGU8A +9?: 0structura umica del *itio. De:http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Li/xtal.html & H*a estructura c2ica centrada en elcuerpo& es la forma m3s esta2le para el litio metal a ?,-


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Fropiedades fsicas Color: 2lanco Apariencia: s(lido cristalino Funto de 7usi(n: %#$JC Funto de 02ullici(n: #!%$JC #!-!JC

Densidad:?$;$ g mB!

0structura en el estado s(lido Geometra del litio: % coordinaci(n: octahdrica 0structura prototpica:+aCl

Un an3lisis por elemento ' nmero de o"idaci(n es :configuraci(n electr(nica

Cl: -!.%! estado de o"idaci(n B# N+eO.!s?.!p%

*i: #%.!; estado de o"idaci(n # N=eO

Una de manera para hacer cloruro de litio& es reaccionar el hidr("ido de litio con el 3cido clorhdrico. *a salresultante puede se purifica por recristali1aci(n. @tra forma pero& de muchsimo cuidado& es por descomposici(ntrmica del perclorato de litio& *iCl@.

*i@=L =Cl *iClL =?@

*iCl@L Calor *iClL ?@?

0sta no es la ruta normal de preparaci(n& por lo caro& el litio met3lico reacciona vigorosamente con todos loshal(genos para formar haluros de sodio. Al uemarse con el cloro& Cl?& forma cloruro de litio& *iCl.

?*i L Cl? ?*iCl

7IGU8A +9!: 0structura cristalina del cloruro de litio&

o2tenida de: http:PPP.Pe2elements.comPe2elementselements.html

*as Ea2las +9 # ' ? presentan un resumen de las propiedades fsicas del litio ' car2onato de litio respectivamente&mientras ue& la Ea2la +9 ! da cuenta de la solu2ilidad de la sal en #$$ gramos de agua.


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2.2 ESTADO NATURAL DEL LITIO

0l litio se encuentra en la naturale1a en apro"imadamente #/ minerales& pero s(lamente en algunos puedeconsiderarse en cantidades comerciales& adem3s de presentarse en salmueras& aguas termales ' agua de mar& encantidades mu' diferentes ue oscilan entre ?$ ppm ' %/ ppm.0ste elemento puede encontrarse de mu' diversas formas& como ser en concentraciones an(malas de pegmatitasen am2ientes sedimentarios asociados con arcilla en 1onas de alteraci(n hidrotermal asociados a minerales a2a6as como a altas temperaturas en evaporitas no marinas en salmueras de am2ientes desrticos en aguassalinas o salmueras asociadas a 'acimientos de petr(leo en 'acimientos de 2oro 2erilio& flor& manganeso 'posi2lemente fosfato en am2ientes lacustre asociados a silicatos de magnesio en aguas& plantas ' suelos deam2ientes desrticos en rocas sedimentarias ricas en hierro.A todo lo enumerado anteriormente& de2e agregarse ue los principales 'acimientos ue se encuentran ene"plotaci(n& se u2ican como pegmatitas o en salmueras de paleodep(sitos lacustre salinos& ' la gran ma'ora delos factores de prospecci(n s(lo comprue2an la presencia de concentraciones an(malas de litio& sin rendimientoecon(mico en el mercado actual.0n Chile& el litio se encuentra en las 3reas de dep(sitos salinos de la Alta Cordillera '& en menor proporci(n& enlos campos de nitratos ' 'acimientos salinos asociados.

EA*A +9 #: Fropiedades fsicas del litio.

+mero at(mico !

Feso at(mico %.,#

Funto de fusi(n $ 9C #-%

Funto de e2ullici(n& $ 9C #.!!%

Feso especifico @ 9C $./!

Calor especfico del estado liuido #.$

Calor especifico& $ 9C calgr. 9C $.;-

8esistividad& $ 9C -.//

Coef. de temp. De resistividad por $ 9C ./ " #$B!Calor de fusi(n& calgr. 9C #$!.?

Dure1a escala de Mohs $.%

Calor de formaci(n en calmol gr.


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EA*A +9 !: Solu2ilidades del *i?C@!' *iCl en gr#$$ gr =?@

Eemp. 9C $ / #$ ?$ ?/ !$ $ /$ %$ ;$ -$ #$$

* i ?C @ ! #./? B B B # . # #.!# B B B # . ? # . # % #.$; #.$$ B B B $.- $ . ; $

*iCl??=?@ $., ? ? . ; B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B

*iClR=?@ B B B B B B B B B B B B /.-/ % . ! ; . ! -.! ,.% /#.# /?.- /%./##

Fuente: Linke y Siedell, 19!1"uttin# and Steudemann, 19$%&&'omados po( )(aus and *u(#ess, 19$9+ densidad de la sol. satu(ada 1.1% a -C y 1.1 1! -C.


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CAPITULO 3

3. FUENTES Y PROCEDIMIENTOS DE OBTENCION

0# litio se o2tiene a partir de dos fuentes naturales& del mineral espodmeno ue es un silicato do2le de aluminio' litio ue se encuentra asociado con el cuar1o& mica ' feldespato. *a otra fuente de o2tenci(n es a

partir de salmueras naturales de los salares ' ge'sers& encontr3ndose en forma de sales de litio& principalmente&sulfato do2le de litio ' potasio .*a 7igura +9& representa un diagrama de flu6o simplificado para la o2tenci(n del litio& a partir de estas dosfuentes con sus respectivas aplicaciones ue derivan de stas.

3.1. Obtencin de litio a partir de un mineral:Fuede o2tenerse& como se mencion( anteriormente& a partirde un 'acimiento de silicato do2le de aluminio ' litio & cu'os contenidos son!.;!) de *i ' como ("ido -.$!) de *i ?@& los otros elementos est3n en relaci(n del /#./,) @ !$.#-) Si 'como ("ido de silicio %./-) Si@? #./) Al ' ?;.) Al@!. 0l espodumeno & tam2in es conocido en amrica como un1ita& un cristal de dure1a %./ a ;& uepresenta una densidad !.# gcc adem3s posee la caracterstica de presentar diversos colores& ue van desde grisclaro& amarillo& verde hasta prpura.

7IGU8A +9/: 7oto con microscopio electr(nico del mineral de espodumeno& a la i1uierda se o2serva un cristaldel rasil de #?&/ cm& mientras ue en la otra se muestra un tro1o de mineral e"trado del norte de carolina&norteamrica& fuente: PPP.gami!"a#.$"g% B!&&!m!"Ci'(.)'m.

*os grandes 'acimientos comerciales e"istentes en el mundo se encuentran en los 0stados Unidos & Australia Canad3& aire& China& ' 8usia. Como la ma'ora de los minerales& no todos los ue se presentan

en la naturale1a son de importancia econ(mica& de estos& los de ma'or relevancia se resumen en la Ea2la +9.0l espodmeno es una roca ue forma un mineral en granitos ' pegmatitas con otros minerales. 0ste esrelativamente nuevo a la ciencia& se descu2ri( hacen tres siglos ' las variedades de gema nicas se handescu2ierto en los ltimos #?$ a4os: un1ite ' =iddenite. *a primera& la un1ita es la m3s comn ' conocida.&de color rosado a lila. *a =iddenite ue proviene de Carolina del +orte& no es tan conocida ' tan a2undante tieneun color verde usual& mu' diferente a la peridotita ' esmeralda.


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EA*A +9 : Frincipales minerales de litio.

Mineral ) *i ma". ) *i comercial

Am2ligonita .;! !.;B.?0ucriptia /./$ ?.%B!.$*epidolita Taria2le #.B#.,Fetalita ?.?% #.B?.?

0spodumeno !.;! ?.%B!.$

3.2. Obtencin de litio a partir de salmueras naturales : *os dep(sitos salinos& fuentes geotermales&campos petrolferos& son fuentes naturales para la o2tenci(n del litio. 0n Chile& la principal de estas fuentes es elsalar de Atacama& el otro dep(sito relevante es el salar de U'uni en olivia. 0n la Ea2la +9 /& se puede apreciar lagran diferencia en los contenidos en litio ue presentan las salmueras de los distintos lagos salinos e"plotados enla actualidad.

EA*A + /: Contenido promedio de litio en salmueras e"plotadas

*ocali1aci(n )*i )+a ) )Mg )S@ )Cl ) *iMgolivia: salar de U'uni $.$?/ -.-$ $.;? $.%/ $.$% #/.; $.$? ##,Chile: salar de Atacama $.# ;.% #.-; $.,! $.$! #% $.# ##.%IsrraelB5ordan: Mar Muerto $.$$#/ !.?# $.%$ !.!! #.#- #;.!? $.$$! #??$$00UU.: Great Salt *ae& Utah $.$$ -.$ $.%/ #.$$ $.$#% #.$ $.$$% #?/$Silver pea& +T. $.$?! %.? $./! $.$!! $.?$ #$.$% $.$$- ##./

*a recuperaci(n de litio a partir de salmueras es m3s reciente& 'a ue en sus inicios s(lo se e"plota2an los'acimientos de espodumeno. 0n los 0stados Unidos& la o2tenci(n de compuestos de litio se reali1a por diversosmedios& una de ellas es como fosfato de sodio ' litio& su2producto de la o2tenci(n de Fotasa& (ra" ' Ceni1a deSoda. @tra forma es la producci(n de car2onato de litio a partir de salmueras& ' tam2in puede recuperarse& a

partir de salmueras de campos petrolferos como ocurre en Aransas& Fenns'lvania& Michigan ' Utah.

a> Si#*!" P!a+, N!*aa: *as salmueras de Silver Fea& e"plotadas por la 7oote Mineral Co& se o2tienen de ellascar2onato de litio ' como su2producto sales de potasio.*as dimensiones de este dep(sito son #?.- m de largo por %. / m. de ancho ' a una profundidad media de /$metros& posee salmueras con contenido medio de $.$? ) en cloruro de litio. Se estima ue sus reservas son de!.-$$.$$$ ton de litio& lo ue garanti1a a 7oote Minerals Co. una fuente de materias primas por un largo tiempo.

2> S!a"#!& La+!, Ca#i-$"ia: 0l lago Searles *ae se encuentra u2icado en Searles Talle'& California.Actualmente est3 seco ' contiene el ma'or contenido de sales conocida en ese estado. *a parte central es unasuperficie til de !# m?formado en su ma'or parte por halita pura& con un espesor medio de ?#m& constituidopor mantos salinos casi hori1ontales& Se estima ue su cuerpo cristalino contiene alrededor de ?/) de huecos& losue est3n rellenos con salmuera saturada principalmente de sulfatos& cloruros& car2onatos ' 2oratos de sodio '

potasio. Su contenido en litio oscila entre $.$$% ' $.$##). *as reservas de litio contenidos en estas salmuerasalcan1an a ?.$$$ ton de litio.Desde #--$& Searles *ae ha sido una importante fuente de a2astecimiento de materias primas para laela2oraci(n de productos umicos& operando en forma continua desde #,?%.0n la actualidad la empresa American Fotash and Chemical Corporation& recupera #% productos umicos deestas salmueras& en las ue se inclu'en sales de litio.

c> "!a' Sa#' La+!, U'a):*as salmueras del gran lago salado& han contri2uido en forma importante al desarrollode la industria de sales minerales de Utah. 0llas se encuentran en mantos salinos porosos& con cristali1aci(ngruesa como sedimentos arcillosos apareciendo en gran parte del 3rea del desierto de Great Salt *ae. *os


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hori1ontes de salmueras& tanto en sales cristalinas como en las arcillas& tienen profundidades varia2les& pero engeneral se encuentran a #./ metros de2a6o de la superficie.0l Great Salt *ae es el ma'or cuerpo de salmueras concentradas e"istente en U.S.A& segn =alch ' *angferd& las salmueras del lago& durante el perodo @ctu2re de #,/, a Septiem2re de #,%# tuvieron un volumenpromedio de ?. 2illones de cm!con una concentraci(n de ?%.%$) de s(lidos disuelto. Desde finales de #,;#& serecuperan unas /$$ toneladas anuales de compuestos de litio& a partir de estas salmueras.0n este lago se distinguen dos 3reas& una es el ra1o +orte& con apro"imadamente el !/) del 3rea del lago ' la

otra& el ra1o Sur. *as salmueras del ra1o +orte tienen una concentraci(n de ?-) en peso de s(lidos disueltos&lo ue constitu'e un factor importante ue favorece las operaciones de tratamientos de estas aguas.Se estima ue el ra1o Sur reci2e m3s del -/) del total del agua fresca ue entra en el lago& ' por lo tanto& suconcentraci(n de sales es mucho menor comparado con el ra1o +orte. *os limites de concentraci(n de s(lidosdisueltos& en las salmueras del ra1o +orte& Ea2la +9%& corresponden a muestras reali1adas entre los a4os #,%! #,%/.Si compar3semos la concentraci(n en litio de las salmueras del Great Salt *ae& ue se reportan en la Ea2la +9 %&con las del Salar de Atacama& Ea2la +9/& se puede apreciar ue sta se presenta con una concentraci(n 2astantemenor& no s(lo en litio& sino adem3s en potasio ' 2oro mientras ue los contenidos en litio del Salar de U'uni&son 2astantes parecidos a las salmueras de Silver Fea& pero ha' ue se4alar ue am2as difieren en cuanto acalidad ' cantidad del recurso. 0videntemente& las salmueras del Salar de Atacama son le6os& la m3s rica fuenteproductora de materiales de valor comercial.

EA*A +9 %: Composici(n umica de las salmueras del Great Salt *ae& ra1o +orte

0lemento Mnimo M3"imo

Si@? $.$$$## $.$$$$?

Ca $.$#% $.$!#?

Mg #.#? #.!/

+a ;.%$ -./%

$.%;; $.;;

*i $.$$? $.$$%%

=C@ $.$; $.$/?

C@! $.$ $.$Cl #.#$ #/./$

7 $.$$$- $.$$$%$

$.$$?, $.$$/?

densidad #.?# #.??!

p= ;. ;.;

/ Sa#a" ! A'a0ama, C)i#!: Con las salmueras o2tenidas del Salar de Atacama se ha producido hasta #,,; s(locar2onato de litio& incorporando adem3s a partir de #,,-& el cloruro de litio en su proceso productivo. *ao2tenci(n del car2onato& a partir de estas salmueras podra resumirse en dos etapas:Concentraci(n de las soluciones& mediante po1as de evaporaci(n solar: *os contenidos iniciales de las salmuerasdel Salar de Atacama son alrededor de $.#; ) en *i& lleg3ndose a concentrar hasta valores del orden de .! ) a/.-) *i.

Eratamiento de la salmuera concentrada en planta umica: Fara la producci(n del *i ?C@!& lassalmueras concentradas son purificadas ' cristali1adas& luego se reali1a un proceso de car2onataci(n& unaposterior precipitaci(n ' por ltimo el secado de los cristales.0l proceso aplicado por la Sociedad Chilena de *itio & perteneciente a 7oote Mneral Co.& su2sidiaria deC'prus Ama" Minerals Co& para la recuperaci(n de litio fue desarrollado por esta empresa en su planta en Silver


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Fea& +evada & pero adecu3ndolo a las caractersticas propias de estas salmueras. *a producci(n deChemetall 7oote& cu2re la demanda necesaria para la producci(n de compuestos de litio con ma'or valoragregado& de sus plantas umicas u2icadas en los 0stados Unidos ' adem3s& suple las necesidades de susparientes Chemetall en Alemania ' EaiPan.

CAPITULO

. DEPOSITOS DE LITIO EN CHILER

0l Salar de Atacama& es el salar m3s importante en cuanto a concentraci(n ' reservas de litio& se encuentrau2icado en el norte de Chile. @tros salares chilenos en ue se ha compro2ado la e"istencia de litio& son los salaresde Federnales& Maricunga ' Surire. Adem3s se sa2e de la e"istencia de litio en el caliche con un contenidopromedio de $.$!- gr. de litio por il(gramo de caliche. 0"istencia en salares de la regi(n andina con contenidos

importantes en *i& se u2ican en la parte occidental de olivia


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San Fedro de Atacama con Feine ' el camino por el *lano de la Faciencia ue penetra al salar en su partesuroeste . A la cuenca drenan tanto aguas su2terr3neas comosuperficiales ue provienen desde la Alta Cordillera& tanto del este& norte ' sureste. *a recarga del oeste esirrelevante. *o anterior hace ue el salar est activo tanto en el sector oriental& norte ' sur& ' por el contrario& su2orde occidental est fosili1ado. *a cuenca del Salar de Atacama& es le6os la ma'or fuente productora demateriales de valor comercial. De especial importancia resulta el hecho de ue en esta cuenca se depositansalmueras ue& en su formaci(n original est3n favorecidas por la elevada gradiente geotrmica del sector. De2ido

a la recarga de soluciones ricas en sales ' a la continua evaporaci(n por las condiciones clim3ticas de e"tremaaride1& se ha formado un cuerpo central de apro"imadamente #$$ m?& compuesto casi e"clusivamentede +aCl. 0sta masa salina porosa& se encuentran ocluidas salmueras saturadas en +aCl ue contienen tam2inaltas concentraciones de otros elementos tales como& potasio& litio& magnesio& 2oro& sulfatos& etc.& lo ue hadeterminado la importancia econ(mica del salar. Un resumen de los contenidos umicos de las salmueras delSalar de Atacama teniendo una concentraci(n media de litio de #.; g*& una relaci(n porcentual se entrega en laEa2la +9;.*a 1ona donde est3 u2icado el Salar de Atacama presenta caractersticas clim3ticas ue determinan altas tasas deevaporaci(n


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volc3nicas intermedias a 3cidas del norte del pas ' concentraci(n por evaporaci(n de las sales solu2lesresultantes del proceso.0l volumen ' calidad de estas reservas convierten este dep(sito como la fuente de litio econ(micamente m3satractiva en la actualidad& 6unto con el Salar de U'uni. *a Ea2la +9-& cuantifica el contenido en litio e"istente enlos principales dep(sitos salinos ue actualmente son e"plotados.

EA*A +9 -: Comparaci(n de las reservas de *i& en diferentes salmueras e"plotadas en el mundo.Salmueras Eon de *i

7oote Mineral& Silver Fea ##-.$$$

Searles *ae ?.$$$

Great Salt *ae ?%$.$$$

Salar de Atacama .?,$.$$$

Salar de U'uni /./$$.$$$

Eotal salmueras #$.#,?.$$$

CAPITULO

.1 DESCRIPCIN DEL PROCESO DE OBTENCION DE LICO3

0l car2onato de litio& es el compuesto 2ase m3s importante entre las sales de *i& su demanda representa el %$) delos productos de *i. Su importancia principalmente radica en ue es f3cil de purificar ' sirve para la conversi(nde otras sales de litio inorg3nicas ' org3nicas tales como& *iCl& *ir ' *i@=B=?@ ' otros compuestos.Se estima ue la producci(n mundial es de /.$$$ toneladas anuales& siendo Chile el principal productor&mientras ue el principal consumidor de car2onato de litio es 0stados Unidos.*a e"tracci(n de las salmueras del Salar de Atacama han sido reali1adas por la Sociedad Chilena del *itio& desde

#,-& la cual cuenta con una planta con capacidad de producci(n de ##.-$$ ton al a4o de *i?C@!.*a e"tracci(n de las salmueras del salar& 7igura +9;& se reali1a mediante 2om2as ue succionan la salmuera a!$m de profundidad& descarg3ndolas a travs de ca4eras a un sistema de po1as de evaporaci(n solar& donde el *ise concentra desde $.#;) a .!). *a construcci(n de las po1as dentro del salar& se efectu( rompiendo la costrasalina ' de6ando una superficie plana en la cual 'ace una capa de arcilla. Eanto los diues como el fondo de #aspo1as de evaporaci(n se revistieron con un pl3stico resistente de $./mm de espesor. *a protecci(n del poliuretanose logra con una capa de sales de +aCl de apro"imadamente !$cm de espesor.Durante el proceso de evaporaci(n& precipitan sales en las po1as en forma secuencial& las ue son cosechadas 'descartadas como impure1as: halita & silvinita & carnalita ' 2ischofita& con elo26eto de recuperar el litio ue contiene& es repulpeada ' lavada con una soluci(n saturada en cloruro demagnesio& pero no saturada en cloruro de litio. *a 2ischofita


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0l tratamiento umico en la Flanta *a +egra consiste en eliminar el magnesio remanente& en dos etapas depurificaci(n& como car2onato e hidr("ido de magnesio& respectivamente. Fara ello& la salmuera concentrada sedilu'e hasta un contenido de $&%) de *i& con el agua madre proveniente de la etapa final de precipitaci(n delcar2onato de litio. 0ste producto se o2tiene por reacci(n en caliente & entre la salmuera

purificada li2re de magnesio ' una soluci(n de +a1C@!& precipitando el *i?C@!R. 0l producto final seseca ' se comerciali1a en cristales & o 2ien se compacta para ser vendido en forma de gr3nulos . *apure1a del producto es cercana al ,,./) *i?C@!. +o o2stante& su contenido en 2oro impide suutili1aci(n como materia prima para la fa2ricaci(n de litio metal& va cloruro de litio.

?*iCl L +a?C@!XX *i?C$!L ?+aCl

Con el o26eto de resolver el pro2lema anterior ' poder lograr un car2onato de litio con las ma'oresespecificaciones e"igidas por el mercado& 7@@E0 dise4( un proceso ue permite eliminar el 2oro de la salmuera&mediante e"tracci(n por solvente& en una etapa previa a la separaci(n del magnesio remanente. *a unidad dee"tracci(n lBl& primeramente separa el 2oro remanente de la salmuera concentrada procedente del salar& paraluego proseguir con el proceso anteriormente descrito. 7inalmente se o2tiene un producto final de car2onato delitio con contenidos 2a6simos en 2oro . 0n una primera etapa es li"iviado la ma'or parte demagnesio& el proceso conduce a la formaci(n de una soluci(n de cloruro de litio con 2a6o contenido de sulfato&finalmente se trata con car2onato de sodio& para la o2tenci(n de car2onato de litio. 0n #,,- MI+SA* estim( una

producci(n de ,.$$$ toneladas de *i?C@ !con capacidad so2re las ?$.$$$ tona4o. 0sta compa4a ha estadoconsiderando la e"pansi(n para construir una planta de 2utilBlitio en Ee"as ' as facilitar la producci(n demateriales de 2atera.0l proceso desarrollado por MI+SA*& es mu' diferente en sus primeras etapas al ue utili1a SC*& 'a uecontempl( la utili1aci(n como materia prima de sales cosechadas de las po1as ue contenan sulfato de litio.

RAlcan2a( los ;- C o m?disminuye su

solubilidad, con el aumento de la tempe(atu(a.


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0n #,,;& SQM& lider en la comerciali1aci(n del salitre& inicia la comerciali1aci(n ' producci(n de car2onato delitio& a partir de las salmueras del Salar de Atacama. Una fracci(n de la salmuera resultante del proceso deevaporaci(n solar para la producci(n de cloruro de potasio contina su proceso de concentraci(n ' se constitu'een la fuente de litio a partir de la cual SQM produce el car2onato de litio en una planta u2icada en el Salar delCarmen. *a salmuera concentrada en litio es transportada en camiones desde el Salar de Atacama hasta la planta&donde es purificada para e"traerle primero& su contenido remanente de 2oro ' luego magnesio mediante procesosde e"tracci(n ' de filtraci(n. 7inalmente& la salmuera purificada de litio reacciona con car2onato de sodio parapara producir el car2onato de litio el cual es filtrado& lavado& secado ' envasado en distintos formatos deproductos ue a2arcan desde productos finos& como los utili1ados en la industria de las 2ateras recarga2les de ionlitio& hasta productos granulares ue son usados en el proceso de producci(n del aluminio.Am2as compa4as& SQM ' 7MC & transportan las salmueras concentradas desde el salar hasta sus plantasu2icadas en Antofagasta ' pr3cticamente cu2ren el mercado glo2al americano


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CAPITULO 4

4. RESER5AS Y RECURSOS DE LITIO

*as reservas estimadas para el Salar de Atacama son del orden de ./ millones de toneladas de litio&correspondientes al $) del total de reservas conocidas del mundo& si tan s(lo se consideran las reservasmundiales de *i en salares.0n la Ea2la +9, se indican la distri2uci(n de reservas ' recursos m3s importantes de litio conocidos en el rnundooccidental. +o se han considerado en esta ta2la& las reservas de todos los salares andinos& lo ue hara su2ir estos

valores apro"imadamente a !%&; millones de toneladas de litio met3lico.

EA*A +9,: 8eservas mundiales de litio.FAIS Eon. Mtricas

*i met3lico eiv.olivia


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CAPITULO 6

6. MERCADOS

6.1 MERCADO INTERNACIONAL

0n 0stados Unidos& la producci(n de litio est3 en manos de dos productores ue son 7oote Minerals Compan' ' *ithiurn Corporation of America& las cuales producenconcentrados de litio& compuestos de litio ' litio met3lico a partir de pegmatitas s(lo 7oote produce *i ?C@!apartir de salmueras. *a amplia variedad de compuestos de litio ue pueden ser procesados a partir del car2onatode litio se muestra en la figura +9##. *ithium Corporation produce ' ofrece al mercado alrededor de ;$compuestos de litio desde sus plantas u2icadas en 0stados Unidos e Inglaterra. 0stos representan la producci(ndel /$) total mundial.@tros productores importantes de litio son la e"BUni(n Sovitica ' China& con una producci(n anual de /./$$ ton' !.%$$ toneladas& respectivamente.*a capacidad instalada mundial al a4o #,-/ se ilustra en la Ea2la +9l$ .Fese a ue la demanda de litio met3lico para 2ateras ' otras aplicaciones aumenta& el consumo total del metalpermanece 2a6o en comparaci(n con la demanda de compuestos de litio. 0l consumo anual de litio& se haestimado en #.$$$ ton mtricas


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6.2 MERCADO NACIONAL

+ueve mil toneladas mtricas de litio euivalente e"port( durante #,,; SQM en su primer a4o de operaciones&para #,,- las ventas de la empresa alcan1aron a #-.$$$ ton mtricas& su m3"ima capacidad de producci(n .

0l ingreso de SQM al mercado del litio& convirti( a Chile en el primer productor ' e"portador mundial de esteproducto. *os volmenes de venta durante el a4o ?$$$ de car2onato de litio aumentaron significativamente respecto al a4o anterior& de #;.% ton mtricas a ?$.% ton mtricas. *os precios de venta aumentaronlevemente respecto al a4o anterior ' se mantienen significativamente inferiores a los precios ueprevalecan en el mercado antes de ue SQM iniciara su producci(n. 0l ingreso de SQM al mercado& o2lig( aChemmetall 7oote ' 7MC a reducir sus precios& tanto ue& el valor del *iC@ !ha disminudo de USY ?.; en #,,%a USY #./ al a4o ?$$$.

0l precio promedio en #,,; para el *i?C@!fue de USY ?-!&; 7@& . 0l ingreso por divisasal pas super( los USY!$ millones desde el a4o l,,?& alcan1ando en #,,; la cifra de USY $./ millones. 0n #,,,Chile alcan1( las !$?!# toneladas mtricas& lo ue significa cu2rir poco m3s del /$) de la demanda mundial delitio.SQM contempla a futuro integrarse en la producci(n de diversos derivados de litio& participando de los distintossegmentos del mercado . Fara lograr estos o26etivos& cuenta con: estudiar distintas alternativas paradesarrollar nuevos negocios& hasta potenciales 5oint Tentures con otras empresas. Me6orar el rendimiento del

proceso productivo& en con6unto con la me6or calidad de las soluciones tratadas ue le permitan tener costos deproducci(n significativamente m3s 2a6os ue los costos originales del pro'ecto.*a producci(n mundial de car2onato de litio se apro"ima a /$$$ EM anuales& siendo el pas del norte suprincipal consumidor. Fara el a4o ?$$$& 0stados Unidos cu2rir3 sus importaciones con el --) del car2onato delitio de nuestro pas.*os principales destinos de las e"portaciones chilenas& principalmente son 0stados Unidos& ' en menorproporci(n Alemania& 5ap(n& Canad3& Corea del Sur& Tene1uela.Unos USY #$ millones invirti( la Sociedad Chilena del *itio& propiedad de C'prus 7oote Mnerals& para construiruna planta de cloruro de litio cu'a capacidad de producci(n es de !.%?- toneladas al a4o& ingresando al mercado afines del #,,-. 0n el corto pla1o& SC* podr3 producir otros derivados del litio& con productos m3s competitivos 'de ma'or valor agregado al mercado internacional.0n relaci(n a las importaciones chilenas& el pas reuiere de hidr("ido de litio& necesario en industrias de grasas 'lu2ricantes& cu'os reuerimientos alcan1an a /$ toneladas anuales. *as importaciones las reali1a a 0stadosUnidos ' su precio ha ido en aumento& al igual ue sus reuerimientos.

EA*A +9#?: Frecios del car2onato de litio e"portado

A4os #,,# #,,? #,,! #,, #,,/ #,,% #,,; #,,- From.

*i?C@! !$/; !$## ?,, !$;$ ?,/., ?-,#.; #-;! #/?./ ?%;!.#

*iCl BBB BBB BBB BBB BBB BBB BBB ?#,$. ?#,$.

Fuente: iniste(io de ine(6a

EA*A +9#!: Froducci(n de car2onato de litio AZ@S #,,# #,,? #,,! #,, #,,/ #,,% #,,; #,,- #,,, ?$$$

*i?C@! -./;/ #$.-?! #$.!%, #$.!, #?.,! #.#-$ ?.?% ?-.!;; ?-.$$$ ?-./$$

Fuente: iniste(io de ine(6a


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EA*A +9#: 0"portaciones chilenas valoradas de *i?C@!

A4os #,,# #,,? #,,! #,, #,,/ #,,% #,,; #,,-

*i?C@! ?/?%? !$,!; !#;$; !?!% !-//; !,/,, $/$ !-$,,

*iCl BBB BBB BBB BBB BBB BBB BBB %,-

Fuente: e#ist(o Dxpo(taciones *anco Cent(al

EA*A +9#/: Frecios de compuestos de litio en USY gCompuesto #,,, ?$$$

USY g USY g

romuro de litio #?&-! #?&-!Car2onato de litio &; &;Cloruro de litio ##&$ ##&$7luoruro de litio #%&, #%&,=idr("ido de litio /&; /&;*itio met3lico -/&,? -/&,?

+ 2util litio en nBhe"ano &-- &--Fuente: Chemical a(ket epo(te(, $

Yodo

Acido Brico

Salitre Potsico

Cloruro Sodio

Nitrato Sodio

Carbonato Litio

Nitrato Potasio

Otros Productos

7IGU8A +9#?: Forcenta6e de e"portaciones de productos no met3licos& en el cual el -.!) est3 representado porel car2onato de litio& durante #,,-.


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CAPITULO 7

7. PRINCIPALES INDUSTRIAS CONSUMIDORAS DE LITIO

0l car2onato de litio es el producto de ma'or consumo ' su precio ha permanecido esta2le desde #,,;. *aindustria de la cer3mica ' vidrio& ' las aleaciones de aluminioBlitio& son las ma'ores consumidoras de car2onato

de litio& ue apro"imadamente demandan un %/) del mercado de litio en general. Chile satisface gran parte deestos reuerimientos. Adem3s el car2onato de litio sirve de punto de partida en la o2tenci(n de la ma'or parte delos otros derivados umicos de litio& los ue suman alrededor de ;$ productos& 7igura +9#$ le sigue en orden deimportancia el hidr("ido de litio el ue a2arca un cuarto del mercado. 0l resto del mercado est3 constituido por elfluoruro de litio& el hipoclorito de litio& el cloruro de litio& 2util litio& litio met3lico ' una variedad de otrosproductos m3s sofisticados.0n el mercado del litio ' sus productos& se usa como medida de referencia el car2onato de litio& el ue contiene#-.-) de litio met3lico.*as principales industrias consumidoras de litio son:Industria de aluminio& vidrio ' cer3mica con el %/) del mercado apro"imadamente.7a2ricaci(n de grasas industriales de tipo multiuso con menos del ?$) de la demanda.*a diferencia restante se reparte en distintas aplicacionesSistema de aire acondicionado ' deshumidificaci(n7a2ricaci(n de caucho sinttico7a2ricaci(n de productos farmacuticos7a2ricaci(n de 2ateras primarias Aleaciones& ' otros variados usos de los diferentes productos umicos de litio ue se fa2rican .

EA*A +9 #%: Frincipales usos de los compuestos de litio

US@S #,-/Aluminio ?- )Cer3micas ? )Tidrios # )Grasas *u2ricantes #; )Froductos umicos ;./ )Aire acondicionado ! )Cauchos sintticos ?./ )ateras de litio #./ )

7uente: Diagn(stico de Minera +o Met3lica en Chile& #,,%

CAPITULO 8

8. USOS Y APLICACIONES

0n la actualidad& la utili1aci(n de los productos derivados del litio son diversos& tal como se manifiesta en la7igura +9## ' Ea2la +9#%& los ue podemos reagrupar en:- 0la2oraci(n de vidrios cer3micos de aluminosilicatos de litio.- Froducci(n de aluminio met3lico.- 7a2ricaci(n de tu2os de televisi(n.- Usos farmacuticos e industriales.- 0la2oraci(n de esmaltes para cer3micaEratamientos mdicos: depresi(n& esui1ofrenia& alcoholismo& des(rdenes esui1oafectivos& etc.


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8.1 INDUSTRIA DEL ALUMINIO0l metal aluminio se o2tiene fundamentalmente en el proceso antiguo de =all B =eruold& con algunasmodificaciones ue consiste en una electr(lisis de la Almina fundida en un 2a4o de composici(nvaria2le de ? a -) de Almina& / a ;) de 7luoruro de Aluminio& / a ;) de 7luoruro de Calcio ' -$ a -/) deCriolita . Al 2a4o se le adiciona un !&/) en peso de *i ?C@!en gr3nulos con respecto al peso delelectrolito& lo cual permite los siguientes 2eneficios:- Disminu'e el punto de fusi(n del 2a4o& como la viscosidad.- Aumenta la conductividad elctrica del electrolito fundido.0stos cam2ios permiten tra2a6ar con una temperatura de operaci(n m3s 2a6a& lo cual reduce el consumo deenerga ' aumentar la eficiencia de corriente elctrica& ' por ende& aumenta la productividad. Se agregaapro"imadamente ? il(gramos. de car2onato de litio por tonelada de aluminio producido. Adem3s de los efectosmencionados& el litio permite reducir los consumos de 3nodos de car2(n ' de criolita ' reduce entre un ?$) a!$) la emisi(n de flor al am2iente& 2a6ando la contaminaci(n.0n la industria aereo espacial de varios pases& se ha considerado el uso de las aleaciones AlB*i& en pie1as tantodel ala ' fusela6e& para diferentes tipos de aviones. *a utili1aci(n de este material& permite reducirsignificativamente el peso de los aviones en m3s del #$)& por otra parte& aleaciones con un ?) a !) en litio&resultan atractivas para esta industria a causa de su reducida densidad ' ma'or resistencia a la corrosi(n&compar3ndola con las aleaciones tradicionales de aluminio. A pesar de la venta6as comparativas& estas aleacionesno se han incorporado al mercado en gran escala como se pens( en un comien1o. 0n la construcci(n de aviones&estas aleaciones compiten con los compuestos de 2oro& grafito ' fi2ras polimricas. Mc Coo Metals **C &produ6o una aleaci(n AlB*i& para el reempla1o de ciertas pie1as crticas ue est3n sometidas a tensi(n& como pore6emplo& remaches ' pernos& para sus aviones 7B#%.@tra gran utilidad en la industria aeron3utica& es el incorporar esta aleaci(n en un nuevo dise4o de tanues decom2usti2les& los ue son utili1ados en los puentes aereos& principalmente su venta6a radica en ser ultra liviano&adicionando un ) Cu& #) *i& $.) Ag& $.) Mg ' la diferencia en Al. 0sta aleaci(n es !$ ) mas dura ' / )menos densa ue la aleaci(n de aluminio previamente usada. 0l redise4o del tanue de com2usti2le pesaapro"imadamente !$$ g menos ue el dise4o original& la diferencia se utili1( para aumentar la capacidad decarga til.

8.2 INDUSTRIA DEL 5IDRIO Y DE LA CER9MICA0l ("ido de litio es un aditivo importante en la industria del vidrio ' la cer3mica. Su efecto es disminuir el puntode fusi(n ' me6orar las propiedades de escurrimiento del material fundido& reducir el coeficiente de e"pansi(ntrmica ' de viscosidad del producto terminado. *a fuente de *i ?@ m3s utili1adas es el *i?C@!' adem3s losconcentrados de minerales de litio.

0n las pie1as cer3micas resistentes al choue trmico Epi(oce(


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8. CAUCHO SINTTICO0n la fa2ricaci(n de elast(meros sintticos intervienen compuestos (rganoB*itio& como catali1adores depolimeri1aci(n de pl3sticos& como el polietileno. 0l litio es utili1ado en esta aplicaci(n en forma de util B *itio.0ste compuesto (rgano B met3lico es un catali1ador especfico en la polimeri1aci(n i(nica del isopreno& estireno '2utadieno& para la o2tenci(n de cauchos espaciales empleados en la manufactura de neum3ticos de alta duraci(n&' con gran resistencia a la a2rasi(n. 0l +B2utilBlitio reacciona con el estireno ' 2utadieno& formando una gomasinttica ue no reuiere vulcani1aci(n.

8.4 PILAS DE LITIO*a utili1aci(n de litio met3lico como 3nodos en 2ateras primarias & ha tenido un r3pidocrecimiento en los ltimos a4os& aunue el consumo es relativamente 2a6o por las peue4as cantidadesreueridas. 0"iste una familia de pilas ue tienen un 3nodo comn& pero pueden diferir del tipo de c3todo 'electrolito.*as pilas de litio presentan varias venta6as con respecto a las pilas tradicionales:- Ma'or densidad de energa por peso ' volumen.- Ma'or vida til& entregando un volta6e& constante.- Menor peso.- 7uncionamiento a alta capacidad ' 2a6as temperaturas.- Ma'or tiempo de almacenamiento.*as 2ateras de litio no recarga2les se han usado ampliamente en relo6es& microcomputadores& c3maras& 6uegos '

aparatos electr(nicos. @tra gran aplicaci(n es en la industria militar& puesto ue el uso de 2ateras de o"ihalide delitio& fueron seleccionadas para el uso en misiles de defensa areas ' otros programas de los 0stados Unidos .0ste tipo de 2aterias presenta varias venta6as& entre otras& su dura2ilidad& gran capacidad de potencia disponi2le 'seguridad de almacenamiento.@tra area pro2ada es en la industria automotri1 de potencia elctrica. 0n este caso una de las venta6as de lautili1aci(n de 2ateras de litio es la no contaminaci(n& ahorro de com2usti2le& dura2ilidad& etc. +issan MotorCorp. USA& introdu6o la primera 2atera en #,,-& presentando en la e"posici(n Auto ShoP de *os Angeles& unmini2us para cuatro pasa6eros& potenciado con 2ateras de *iBi(n& desarrollado con6untamente con Sonn' Corp.

8.6 OTRAS APLICACIONES DEL LITIOSe ha potenciado un gran mercado farmacol(gico& puesto ue la incorporaci(n de litio met3lico ' algunoscompuestos& se utili1an como catali1adores en la producci(n de analgsicos& agentes anticolesterol&antihistamnico& anticonceptivos& inductores del sue4o& algunos tipos de esteroides& tranuili1antes& vitamina A '

otros productos. 0l car2onato de litio grado farmacol(gico& es utili1ado en el tratamiento de la ps'cosis manacadepresiva.

8.7 USOS FUTUROS=a' tres mercados potenciales importantes para el litio ue actualmente se encuentran en etapa de desarrollotecnol(gico. 0llos son las aleaciones de aluminioBlitio& las 2ateras secundarias ' los reactores defusi(n nuclear.

R!a0'$"!& ! -;&i


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Ad7anced *atte(y 'echnolo#y,

199;


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0n +orteamrica& con el apo'o gu2ernamental& se han reali1ado importantes esfuer1os en investigaci(n paradesarrollar 2ateras secundarias de litio de alta capacidad& a fin de ser empleadas en vehculo depropulsi(n elctrica ' en instalaciones de almacenamiento de energa para nivelaci(n de carga.0specialistas en el ru2ro se4alan ue las 2ateras recarga2les de litio est3n todava en el comien1o de su ciclo dedesarrollo& aunue enfati1an ue ellas llegar3n algn da a ser realidad& pero para ue ello suceda& se reuiere decierto tiempo ' un fuerte incremento en los fondos destinados a su investigaci(n.

A#!a0iLi'i$*a aleaci(n de #&/B!) de litio al aluminio permite o2tener materiales ue en promedio son un #$) m3s livianosue las aleaciones convencionales de aluminio. Adem3s de reducir la densidad& el contenido de litio antesindicado permite o2tener aleaciones con m3s resistencia ' ma'or m(dulo de elasticidad ue las corrientementeutili1adas en la fa2ricaci(n de partes ' componentes de aviones. Su utili1aci(n en la fa2ricaci(n de aviones setraduce en un ahorro significativo de com2usti2le& el ue puede ser euivalente a un ?$) de aumento decapacidad de carga del avi(n.Actualmente& la Mc Donnell Douglas est3 utili1ando aleaciones de aluminioBlitio en varios modelos de aviones.0l principal inconveniente de estos materiales es su alto costo& el cual podra disminuir si se resuelven lospro2lemas de reciclar los desechos generados en su fa2ricaci(n. For otra parte ha contri2uido a una lentaintroducci(n en el mercado el hecho de ue el petr(leo se mantiene an en un precio relativamente 2a6o.

P"$(!0'$& C)i#!$&

Ca2e destacar& en este apartado el HFrograma del *itioK ue constitu'e la materiali1aci(n de la do2leresponsa2ilidad ante la le' ue le ca2e a la Comisi(n Chilena de 0nerga +uclear& CC=0+& en lo referente al litiocomo elemento de car3cter nuclear. *a primera responsa2ilidad es la supervisi(n ' autori1aci(n de la producci(n' e"portaci(n del litio ' sus compuestos. *a segunda es la promoci(n de la investigaci(n ' desarrollo


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7IGU8A +9##: Salar de Atacama& con

referencias de sus caminos ' pue2los aleda4os.

REFERENCIASAdvanced atter' Eechnolog'& +issan minivan uses *iBion technolog': Advanced atter' Eechnolog'& v.!& +9?&?B?/&,#,,-.

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litio y derivados

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