EKATO
Agitadores y soluciones de mezclado para el procesamiento de litio
Desde la fuente hasta el material de grado batería
Dr. Bernd Nienhaus
Consultor Sénior de Procesos
EKATO Rühr- und Mischtechnik GmbH
Mejore su proceso de fermentación
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Fuentes para el procesamiento de litio
Casi todo el litio se extrae actualmente de salmuera de cloruro de litio, que se bombea desde el subsuelo, o de espodumena de roca dura.
Existen varios procesos de refinado diferentes para producir litio de grado batería, pero la mayoría de ellos suelen implicar los siguientes pasos:
- Extracción: El litio se extrae de la salmuera o de la roca dura
- Concentración: El litio extraído se concentra mediante procesos de evaporación
- Purificación: El litio concentrado se somete a purificación para eliminar impurezas, principalmente mediante procesos de extracción, precipitación y cristalización
- Conversión: El litio purificado se convierte en carbonato de litio o hidróxido de litio mediante reacción o carbonatación, las formas utilizadas en la fabricación de baterías
En cada una de estas etapas, la agitación (proceso) es esencial para asegurar un mezclado uniforme, una cinética de reacción adecuada y una eficiente transferencia de calor y masa.
Agitadores y soluciones de mezclado para el refinado de litio a carbonato de litio
Para purificar el carbonato de litio de la salmuera o de la espodumena de roca dura, es necesario separarlo de las impurezas. Como primer paso, esto se realiza mediante un proceso de precipitación-cristalización. Pero para obtener un material listo para procesar para baterías, un paso de purificación adicional es inevitable. Durante este paso, el hidrogenocarbonato de litio se disuelve, añadiendo CO2. Luego, las impurezas sólidas residuales se filtran, seguido de la reprecipitación del carbonato de litio puro, liberando de nuevo el CO2.
Este paso de carbonatación implica dos etapas de reacción con agitación:
Especialmente la gasificación de la suspensión de carbonato de litio con CO2 a bajas temperaturas debe realizarse con un dispersor gas-líquido eficiente.
La descomposición a altas temperaturas también implica un mezclado eficiente; aquí se recupera el CO2, que podría reutilizarse en el paso de carbonatación.
Proceso de precipitación / cristalización:
La conversión de los compuestos de litio solubles (cloruro de litio de la salmuera, sulfato de litio de la roca dura) a carbonato de litio se realiza muy a menudo en cristalizadores de tubo de aspiración, que en este caso no funcionan con evaporación, sino principalmente con alimentación de carbonato de sodio. En una línea de proceso paralela, el sulfato de sodio (sulfato de sodio) también se refina y purifica generalmente en cristalizadores de tubo de aspiración como subproducto.
Carbonato de litio de salmuera:
La solución purificada de cloruro de litio se trata con carbonato de sodio (ceniza de sosa) para precipitar el carbonato de litio (Li₂CO₃).
LiCl + Na₂CO₃ -> Li₂CO₃ + 2 NaCl
Carbonato de litio de espodumena de roca dura:
La solución de sulfato de litio se trata con carbonato de sodio para precipitar el carbonato de litio.
Li₂SO₄ + Na₂CO₃ -> Li₂CO₃ + Na₂SO₄
Para estos procesos, EKATO utiliza su eficiente impulsor axial EKATO TORUSJET en los cristalizadores de tubo de aspiración. Esta solución ofrece varios beneficios:
- Flujo axial más eficiente de hasta el 30 %, lo que resulta en mayores caudales de bombeo.
- Reducción del consumo de energía de hasta el 30 %, lo que se traduce en menores costes operativos.
- Tratamiento suave de los sólidos que mejora la distribución del tamaño de partícula y la calidad del producto.
- Producción robusta y calidad del producto.
Además del agitador, podemos contribuir a un diseño eficiente del cristalizador mediante pruebas de laboratorio en nuestro propio cristalizador de tubo de aspiración y los correspondientes análisis CFD.
Proceso de carbonatación / descomposición:
El Sistema de Gasificación Combinada de EKATO puede adaptarse a casi cualquier configuración y tamaño de recipiente.
Durante la descomposición, la solución se calienta para descomponer cualquier compuesto de litio soluble restante, como sulfatos o cloruros, y liberar óxido de litio. El óxido de litio puede disolverse en agua y neutralizarse con un ácido para obtener una solución de litio pura. Esta solución puede cristalizarse para obtener carbonato o hidróxido de litio de alta calidad. El CO2 liberado durante la descomposición se recicla devolviéndolo al proceso de carbonatación anterior, donde reacciona con el Sistema de Gasificación Combinada de EKATO.
Para este proceso de descomposición y cristalización, EKATO confía en agitadores con el altamente eficiente EPOX-R, que ofrece numerosas ventajas:
- Muy buena transferencia y recuperación de calor
- Alto consumo de energía local
- Cristalización eficiente para carbonato de litio de alta pureza
- Estrategias optimizadas de recirculación de CO₂
Agitadores y soluciones de mezclado para el refinado de litio a monohidrato de hidróxido de litio
En el proceso de refinado de litio desde la salmuera o la espodumena de roca dura hasta el monohidrato de hidróxido de litio, en el que los agitadores desempeñan un papel esencial, se encuentra la conversión de sulfato de litio (Li₂SO₄) a monohidrato de hidróxido de litio (LiOH·H₂O).
Este proceso de conversión incluye varios pasos en los que se pueden utilizar cristalizadores de tubo de aspiración (DTC), en los que nuestros agitadores EKATO con nuestro impulsor de alto rendimiento EKATO TORUSJET tienen una influencia significativa en la eficiencia de los pasos del proceso. Estos pasos incluyen transformaciones químicas, cristalización y purificación.
1. Concentración y cristalización primaria de monohidrato de hidróxido de litio
- Descripción del proceso: La solución de hidróxido de litio se concentra por evaporación para producir una solución saturada. El monohidrato de hidróxido de litio (LiOH·H₂O) cristaliza por evaporación adicional o enfriamiento de la solución.
- Uso de un cristalizador de tubo de aspiración: Aquí es donde se utiliza típicamente el DTC. El DTC asegura una cristalización controlada del monohidrato de hidróxido de litio mediante una circulación continua y una distribución uniforme de la temperatura. Esto da como resultado un tamaño de cristal uniforme y facilita la separación de los cristales del licor madre.
2. Purificación por recristalización
- Descripción del proceso: El monohidrato de hidróxido de litio obtenido en la cristalización primaria aún puede contener impurezas. Para lograr una mayor pureza, el hidróxido de litio puede redisolverse en agua y someterse a un proceso de recristalización. Las impurezas se disuelven y el monohidrato de hidróxido de litio purificado cristaliza de nuevo.
- Uso de un cristalizador de tubo de aspiración: El DTC también es muy útil en esta fase. Permite una recristalización uniforme al circular la solución y asegurar una sobresaturación y distribución de temperatura homogéneas. Esto resulta en un mejor control del tamaño de los cristales y una mayor pureza del producto final.
3. Cristalización final para monohidrato de hidróxido de litio de alta pureza
- Descripción del proceso: Se requiere monohidrato de hidróxido de litio particularmente puro para aplicaciones como la producción de baterías. Por lo tanto, se puede realizar una cristalización adicional para purificar aún más el producto y llevarlo a las especificaciones deseadas.
- Uso de un cristalizador de tubo de aspiración: El uso de un DTC también es ventajoso en este paso para producir monohidrato de hidróxido de litio de alta pureza. El DTC asegura que los cristales sean uniformes y estén libres de inclusiones o impurezas al controlar con precisión las condiciones de cristalización. El movimiento continuo en el cristalizador también reduce el riesgo de aglomeración.
Ventajas del cristalizador de tubo de aspiración con mezclador EKATO TORUSJET
- La circulación eficiente y la transferencia de calor promueven un crecimiento uniforme de los cristales.
- Mejor control del tamaño de los cristales y la distribución del tamaño de partícula
- Reducción del riesgo de ensuciamiento e incrustación, lo que resulta en una operación más eficiente y estable.
- Eficiencia energética
En general, el cristalizador de tubo de aspiración es un equipo fundamental en la producción de carbonato de litio de alta calidad o monohidrato de hidróxido de litio que destaca por su capacidad para proporcionar una cristalización controlada y una purificación eficiente.
Proceso previo: Concentrado de espodumena a sulfato de litio
Concentración, lixiviación y neutralización
En la producción de carbonato de litio o monohidrato de hidróxido de litio a partir de espodumena (roca dura), existe otro paso de proceso importante antes de los pasos de precipitación y purificación mencionados anteriormente, en el que nuestros agitadores son de gran importancia:
La conversión del concentrado de espodumena a sulfato de litio. Aquí, los agitadores desempeñan un papel esencial en la lixiviación y la posterior neutralización.
La β-espodumena tostada se lixivia con ácido sulfúrico (H₂SO₄) a alta temperatura para convertir el litio en sulfato de litio (Li₂SO₄), dejando otros minerales como residuos insolubles.
beta-Espodumena + H₂SO₄ -> Li₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + SiO₂
El sulfato de litio se disuelve en agua para crear una solución de sulfato de litio.
Con décadas de experiencia en los diferentes procesos de lixiviación, nuestros agitadores garantizan un mezclado eficiente y potente para mantener la suspensión de sólidos y mejorar la reacción de lixiviación. Nuestros agitadores pueden manejar el ambiente ácido altamente corrosivo y las altas temperaturas, evitando depósitos dentro del recipiente y asegurando una distribución uniforme de la temperatura.
Reciclaje de baterías para regenerar litio de grado batería
Cada vez habrá más opciones para regenerar litio mediante el reciclaje de baterías de vehículos eléctricos con procesos hidrometalúrgicos basados en material activo (masa negra) del reciclaje.
La creciente demanda de vehículos eléctricos (VE) y la limitada disponibilidad de recursos de litio han incentivado el desarrollo de métodos eficientes y sostenibles para reciclar litio de baterías usadas.
EKATO es uno de los principales proveedores de agitadores y soluciones de mezclado personalizadas en procesos hidrometalúrgicos. Esta amplia experiencia puede transferirse y apoyar el éxito rápido de su proyecto de reciclaje químico de baterías.