Propuesta técnica, económica y ambiental para la producción de precursores catódicos de baterías ion litio del tipo LiFePO4 (PLF) en Oruro con materias primas Bolivianas

Abstract

En Bolivia, el Litio es el precursor catódico que se encuentra en los Salares de Uyuni y Coipasa. En Potosí, se han mostrado esfuerzos por producir baterías de óxido de litio-manganeso (LMO) y Níquel-Manganeso-Cobalto (NMC) en la planta piloto de YLB; sin embargo, su escalonamiento a nivel industrial, enfrentará el mayor desafío que es la falta de reservas minerales de dichos precursores, los que deberán ser importados. La batería LFP (Lithium Ferrum Phosphate, litio-ferrofosfato o LiFePO4) es una variante de la batería de litio convencional donde las sales de Carbonato de Litio, Ácido Fosfórico y Sulfato de Hierro Heptahidratado, se constituyen en los principales precursores para la fabricación del material catódico, pero que además, pueden ser obtenidos por procesamiento metalúrgico a partir de materias primas que se encuentran en Bolivia. El presente trabajo de investigación se circunscribe al estudio técnico, económico y ambiental para la producción de precursores catódicos de baterías LFP en Oruro de precursores catódicos de baterías LiFePO4 a partir de materias primas existentes en Bolivia. En base a la caracterización geoquímica de las salmueras del Salar de Coipasa, se ha propuesto un método de producción sostenible de LiCO3 por medio del proceso de extracción directa de litio; por otra parte, a partir de la caracterización de muestras de roca fosfórica de Cochabamba, la producción de H3PO4 por procesos de lixiviación acida y evaporación - cristalización; y finalmente, a partir de una caracterización de muestras de hierro esponja a ser obtenido en el proceso de reducción carbotérmica de los concentrados del Mutún, en parte y sin pasar a su transformación en acero, mediante la adición de ácido sulfúrico y agua oxigenada para así obtener una solución de FeSO4 con una cantidad mínima de impurezas que posteriormente se llevará a cristalización por medio del método de evaporación, generando así un sulfato de hierro heptahidratado de alta calidad como precursor para la producción de baterías de ion Litio, pudiendo generar un mayor valor agregado.In Bolivia, lithium is the cathodic precursor found in the Uyuni and Coipasa salt flats. In Potosí, efforts have been made to produce lithium-manganese oxide (LMO) and Nickel-Manganese-Cobalt (NMC) batteries at the YLB pilot plant; however, scaling up to an industrial level will face the major challenge of a lack of mineral reserves of these precursors, which will need to be imported. The LFP battery (Lithium Ferrum Phosphate, or LiFeP04) is a variant of the conventional lithium battery in which lithium carbonate, phosphoric acid, and heptahydrated ferrous sulfate salts are the main precursors for the manufacture of the cathode material. These, moreover, can be obtained through metallurgical processing of raw materials found in Bolivia. This research focuses on the technical, economic, and environmental study for the production of LFP battery cathodic precursors in Oruro, based on raw materials available in Bolivia. Based on the geochemical characterization of the brines from the Coipasa salt flat, a sustainable method for producing LÍ2CO3 through the direct lithium extraction process has been proposed. Additionally, from the characterization of phosphate rock samples from Cochabamba, phosphoric acid (H3PO4) production is considered through acid leaching and evaporation-crystallization processes. Finally, from the characterization of sponge iron samples-obtained through the carbothermic reduction of Mutún concentrates, in part and without transforming them into steel-by adding sulfuric acid and hydrogen peroxide, a FeSO4 solution with minimal impurities can be obtained. This solution can then be crystallized via the evaporation method, producing high-quality heptahydrated ferrous sulfate as a precursor for lithium-ion battery production, thereby creating greater added value.