La evaporación de agua en el proceso de extracción de litio

Abstract

El litio es un elemento químico estratégico por sus diversos usos, principalmente en tecnología. Actualmente, la obtención de litio en fase acuosa a partir de salmueras continentales es la alternativa más eficaz y económica. Para el procesamiento de litio, las salmueras son bombeadas desde cuencas cerradas y colocadas en grandes piletas abiertas al aire ambiente. En ellas, se produce la evaporación natural del agua, aumentando la concentración de litio. Debido a que una gran cantidad de agua se pierde en la evaporación, en una región donde la misma no abunda, actualmente se sigue en la búsqueda de procesos más eficientes. En este trabajo se desarrolla un modelo matemático para describir el proceso de aceleración de la evaporación del agua que produce un sistema evaporador comercial. Dicho sistema atomiza la salmuera contenida en las piletas, favoreciendo la evaporación del agua en las gotas producidas. El modelo matemático propuesto permite calcular la distribución de tamaño de gotas del líquido atomizado. Luego, mediante la resolución de balances de masa y fuerza, se describe la evolución de la posición y tamaño de las gotas en vuelo. Por último, se estima el caudal evaporado y la distancia a la que las gotas retornan a la superficie de la pileta. Mediante simulaciones, se explora el impacto de las condiciones operativas y climáticas sobre los resultados del modelo. Finalmente, se reportan los beneficios de utilizar el sistema evaporador con respecto al proceso tradicional para cada escenario estudiado.

Lithium is a strategic chemical element due to its various uses, mainly in technology. Currently, obtaining lithium in the aqueous phase from continental brines is the most efficient and economical alternative. For lithium processing, the brines are pumped from closed basins and placed in large pools open to ambient air. Natural evaporation of water occurs in the basins, increasing the concentration of lithium. As a large amount of water is lost during this evaporation, in a region where it is not abundant, more efficient processes are currently being searched. In this work, a mathematical model is developed to describe the accelerated evaporation process of water produced by a commercial evaporator system. This system atomizes the brine contained in the water pools, favoring the evaporation of the produced drops. The proposed mathematical model allows to calculate the droplet size distribution of the atomized liquid. Then, mass and force balances are solved to describe the evolution of the position and size of the droplets in flight. Finally, the evaporated flow rate and the distance at which the drops return to the brine surface are estimated. Through simulations, the impact of operating and climatic conditions on the model results is explored. Finally, the benefits of using the evaporator system with respect to the traditional process are reported for each studied scenario.