El depósito de salmuera de litio más grande conocido del mundo se encuentra en el Salar de Uyuni
Gran parte del litio del mundo se encuentra en aguas saladas con una química fundamentalmente diferente a la de otras aguas naturalmente salinas como el océano. El nuevo hallazgo tiene implicaciones para las tecnologías de extracción de litio y la evaluación y gestión de aguas residuales.
El litio es un mineral crucial en el sector de las energías renovables. Alrededor del 40 % de la producción mundial de litio proviene de grandes salares en la cordillera central de los Andes en Sudamérica y la meseta tibetana en Asia. En estas regiones áridas y de gran altitud, el litio se encuentra bajo depósitos de sal superficiales, disuelto en agua extremadamente salina llamada salmuera.
"Descubrimos que el pH de las salmueras en estas regiones está determinado casi en su totalidad por el boro, a diferencia del agua de mar y otras aguas salinas comunes. Este es un paisaje geoquímico totalmente diferente, como estudiar un planeta extraterrestre", dijo Avner Vengosh, distinguido profesor de calidad ambiental y presidente de la División de Ciencias de la Tierra y el Clima de la Escuela Nicholas de Medio Ambiente de la Universidad de Duke, quien supervisó la investigación.
El pH de una solución mide su acidez o alcalinidad. En la mayoría de las aguas naturales, las reacciones químicas que involucran una molécula llamada carbonato determinan principalmente la capacidad de una solución para controlar los cambios de pH, una medida conocida como alcalinidad.
Pero el equipo de Duke descubrió un escenario dramáticamente diferente en el Salar de Uyuni, un salar gigante situado en una meseta boliviana, donde existe bajo tierra el depósito de salmuera de litio más grande conocido del mundo.
Los investigadores analizaron el pH y la composición química de las salmueras y sales asociadas a una operación minera piloto en el Salar de Uyuni. La extracción de litio de las salinas tradicionalmente implica bombear salmuera natural del subsuelo a una serie de estanques superficiales poco profundos. El líquido se evapora de sucesivos estanques, dejando una salmuera cada vez más concentrada que contiene litio y boro, además de sales indeseables. El litio se extrae finalmente en una planta de procesamiento.
Imagen: Los investigadores tomaron muestras de salmuera de estanques de evaporación como este, ubicados en el Salar de Uyuni, Bolivia. Crédito: Avner Vengosh / Escuela de Medio Ambiente Nicholas de la Universidad de Duke.
El equipo descubrió que los niveles de pH en las muestras de salmuera natural del salar rondaban la neutralidad. En cambio, las muestras de salmuera de los estanques de evaporación eran altamente ácidas. El modelado computacional mostró que las altas concentraciones de boro eran los principales determinantes del pH en ambos casos.
En concreto, las salmueras naturales contienen altos niveles de boro en diferentes formas —incluida la molécula de ácido bórico y compuestos llamados boratos— cuya distribución relativa controla el pH. La evaporación en los estanques aumenta la concentración general de boro y desencadena la descomposición del ácido bórico, generando iones de hidrógeno que reducen el pH.
"A través de una cadena de reacciones geoquímicas, la alcalinidad del carbonato disminuye en la salmuera del Salar de Uyuni, mientras que la alcalinidad del boro se vuelve predominante", dijo el autor principal Gordon Williams, estudiante de doctorado en el Laboratorio Vengosh.
"La integración del análisis químico con el modelado geoquímico nos ayudó a cuantificar las diferentes estructuras moleculares del boro que contribuyen a la alcalinidad en estas salmueras de litio", agregó Paz Nativ, investigadora postdoctoral en el Laboratorio Vengosh.
Para corroborar sus hallazgos, el equipo recopiló datos de más de 300 análisis de salmueras ricas en litio de diversas salinas, incluidas las de Chile, Argentina y Bolivia (conocidas colectivamente como el Triángulo del Litio) y la meseta tibetana. El modelado mostró que el boro también ejerció la mayor influencia en la alcalinidad, y por ende, en el pH, en la mayoría de estas salmueras.
Imagen: Mapa de las salmueras ricas en litio. Mapa de depósitos de salmuera tipo salar de cuenca cerrada. Los depósitos con datos de salmuera utilizados en este estudio se muestran como círculos, mientras que otras salmueras notables tipo salar ricas en litio no incluidas en este estudio también se muestran. Las ubicaciones y características del mapa se recopilaron de diversas fuentes.
"Además de los nuevos datos que generamos, compilamos una base de datos geoquímica de salmueras de litio de todo el mundo y encontramos consistentemente que el boro es a menudo el componente predominante en la alcalinidad de la salmuera y controla el pH de la salmuera, lo que refuerza los resultados del Salar de Uyuni en Bolivia", explicó Williams.
La investigación es la primera en demostrar el papel del boro en el control de los cambios químicos que ocurren durante la evaporación de la salmuera de litio en las salinas, según los investigadores. Los hallazgos podrían informar futuras tecnologías de extracción de litio a medida que los operadores exploran formas de extraer litio de manera más eficiente y gestionar las aguas residuales de manera segura, agregaron.
El estudio se ha publicado el 23 de mayo en Science Advances: The role of boron in controlling the pH of lithium brines
