Enriquecimiento de litio a partir de aguas de mina mediante desalación basada en hidratos de CO2

Convertir aguas residuales en una fuente de metal para baterías

Mientras el mundo acelera la producción de vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía renovable, la demanda de litio —el ingrediente clave en la mayoría de las baterías recargables— se dispara. Al mismo tiempo, las minas de todo el mundo generan grandes volúmenes de aguas residuales salinas que son costosas de gestionar y pueden dañar ríos y lagos cercanos. Este estudio explora una forma de abordar ambos problemas a la vez: usar un proceso similar a la congelación impulsado por gas para limpiar el agua de mina mientras se concentran sus trazas de litio en una forma mucho más fácil de recuperar.

Una nueva forma de limpiar y concentrar

En lugar de depender de filtros y membranas convencionales, los investigadores recurrieron a un fenómeno inusual: los hidratos de gas. Son cristales similares al hielo que se forman cuando moléculas de gas, en este caso dióxido de carbono, quedan atrapadas dentro de jaulas formadas por moléculas de agua en condiciones frías y de alta presión. Cuando los hidratos se forman a partir de agua salada, los cristales en crecimiento están compuestos en su mayoría por agua pura y tienden a dejar las sales y metales disueltos en el líquido restante. Al formar y luego fundir estos cristales, es posible producir agua más limpia y una salmuera residual más rica en elementos valiosos como el litio. El equipo diseñó un reactor presurizado y agitado para probar este enfoque con agua de mina real procedente de un yacimiento canadiense.

Ayudantes ocultos ya presentes en el agua

Uno de los principales obstáculos para usar hidratos en el tratamiento es que a menudo se forman lentamente, lo que hace que el proceso sea ineficiente. Típicamente, los ingenieros añaden químicos o partículas especiales para acelerar la formación, pero estos aditivos luego deben retirarse. En este trabajo, los autores descubrieron que el propio agua de mina proporcionaba el impulso necesario. Contenía de forma natural pequeñas partículas minerales, principalmente granos de silicato y aluminosilicato como cristobalita y albita, en cantidades de solo unos 15 miligramos por litro. Análisis microscópicos y químicos cuidadosos mostraron que estas partículas presentan una modesta carga superficial negativa y permanecen bien dispersas. En experimentos donde parte de estas partículas se filtró, los cristales de hidrato tardaron mucho más en aparecer. Cuando todas las partículas nativas se mantuvieron en su lugar, los hidratos se formaron en minutos, revelando que los minerales actúan como “semillas” incorporadas que ayudan a que los cristales se inicien y crezcan sin necesidad de promotores químicos añadidos.

Ajustando el movimiento y el tiempo para un mejor rendimiento

El equipo exploró entonces cómo la velocidad de agitación y el tiempo de reacción afectaban tanto la depuración del agua como la concentración de litio. Una agitación más rápida fragmentó el dióxido de carbono en burbujas más finas y lo mezcló de forma más homogénea en el agua. Elevar la velocidad de 200 a 600 revoluciones por minuto redujo el tiempo de espera para la formación de hidratos de unos ocho minutos a casi cero e incrementó la fracción de agua capturada en hidratos del 29% al 53%. Al mismo tiempo, el litio en la salmuera residual se concentró aproximadamente 1,6 veces más que en el agua de mina original. Extender el tiempo de reacción de 30 a 60 minutos mejoró aún más la recuperación de agua y el enriquecimiento en litio. Más allá de una hora, sin embargo, las ganancias desaparecieron: los cristales se volvieron rígidos y más difíciles de separar de la salmuera, y los beneficios de una operación más prolongada se vieron compensados por problemas prácticos de manejo.

Apilar etapas para un mayor enriquecimiento

Para ver hasta dónde podía llegar el método, los investigadores enlazaron varias etapas de tratamiento en serie. Cada etapa tomaba el agua derivada de los hidratos o la salmuera concentrada de la etapa previa y la sometía de nuevo a las mismas condiciones de formación de hidratos. Tras tres etapas, la concentración de litio en la salmuera aumentó de unos 180 miligramos por litro en el agua de mina inicial a aproximadamente 500 miligramos por litro, lo bastante alta como para ser apta para los métodos químicos estándar de recuperación utilizados en la industria. Al mismo tiempo, la corriente parecida al hielo procedente de los hidratos se volvió progresivamente más limpia, con el contenido total de sales en el agua tratada disminuyendo alrededor de un 80% en comparación con la alimentación original. Esto sugiere que, con una mayor optimización, el proceso podría suministrar tanto agua para su reutilización en operaciones mineras como una corriente rica en litio para su extracción.

Por qué esto importa para las minas y las baterías

En términos sencillos, este trabajo muestra que el agua de mina —a menudo considerada solo como un problema de residuos— puede duplicar como un recurso de litio de baja ley si se trata de forma inteligente. Usando dióxido de carbono para formar y fundir cristales similares al hielo, el proceso concentra el litio y limpia el agua sin depender de membranas costosas y propensas a obstruirse ni de aditivos químicos adicionales. El polvo mineral presente de forma natural en el agua realiza gran parte del “trabajo” cinético, actuando como pequeños andamios que aceleran la formación de los cristales. Aunque quedan desafíos para la escalación y la minimización del consumo energético, el estudio apunta hacia un futuro en el que los yacimientos mineros podrían recuperar un metal valioso para baterías y reciclar agua al mismo tiempo, contribuyendo a una gestión más sostenible de los recursos y del agua.

Cita: Khajvand, M., Kolliopoulos, G. Lithium enrichment from mine waters using CO₂ hydrate-based desalination. Sci Rep 16, 13871 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43925-7

Palabras clave: recuperación de litio, agua de mina, hidratos de gas, desalación, materiales para baterías