La transición del uso de hidrocarburos como fuente de energía hacia energías alternativas ha incrementado la necesidad de muchos metales escasos en la naturaleza. Dentro de estos minerales está el Litio que es un componente clave en la baterías de vehículos eléctricos e híbridos. Los depósitos de Salmuera de Litio suman las tres cuartas partes de la producción mundial de litio. Este artículo se enfoca en la información que puede ayudar en la exploración de depósitos de salmuera de litio, o para la evaluación del potencial de una región para la explotación del mineral. Este artículo es una versión traducida y adaptada del artículo publicado por la USGS: A Preliminary Deposit Model for Lithium Brines [D. Bradley et al., 2013].

Descripción de las salmueras y de los tipos de depósitos relacionados

Los depósitos de Litio son acumulaciones de agua subterránea salina que es enriquecida con Litio disuelto. En este artículo nos enfocaremos en las salmueras en cuencas endorréicas (cerradas) en zonas áridas donde las sales de Litio puede ser extraidas de manera económicamente rentable. El proceso de explotación implica el bombeo de agua que contiene entre 200 a 1400 mg/l de Litio y luego es concentrada por evaporación en una sucesión de laguna artificiales. Después de unos meses hasta un año, un concentrado de 1 al 2% de Litio es procesado en una planta química para producir una serie de productos finales como Carbonato de Litio y Metal de Litio.

Figura 1. Modelo esquemático de los depósitos de Salmuera de Litio mostrando parte de un sistema de cuenca cerrada. La cuenca muestra el salar en su parte más baja. Fuente: USGS

Todos los depósitos de salmuera de Litio comparten una serie de características de primer orden:

Clima árido
Cuenca endorréica que contiene un salar
Subsidencia debido a la tectónica
Actividad geotermal asociada
Rocas fuente de Litio
Uno o más acuíferos adecuados
Suficiente tiempo de concentrar la salmuera

Aspectos importantes en el modelo propuesto de los depósitos de Salmuera de Litio se muestran en la figura 1. En esencia, el Litio es liberado por efecto de la meteorización o derivado de los fluidos hidrotermales de una variedad de fuentes de roca dentro de una cuenca cerrada. Evidencia en el Valle de Clayton sugiere que los tufos vítricos félsicos son una fuente primaria particularmente favorable. Otra fuente de Litio en el Valle de Clayton son los lechos de lagos del Neogeno que han sido previamente alterados a hectorita.

Hectorita de California. Fuente Wikipedia.

El Litio es muy soluble, y al contrario del Sodio, Potasio y Calcio, no produce minerales evaporíticos cuando es concentrado por evaporación. En vez de eso, genera salmueras residuales en la subsuperficie somera. Las concentraciones económicamente rentables de Litio están en el rango de 200 a 4000 miligramos por litro (mg/l). Otros elementos en solución como el Boro y el Potasio pueden ser recuperados como coproductos, las salmueras también contienen elementos no deseados que pueden crear problemas en el procesamiento (Magnesio) o elementos tóxicos que requieren cuidado en le manejo de residuos.

Existen un número de depósitos similares y relacionados de Salmueras de Litio. Algunas salmueras en campos antiguos de petróleo están enriquecidas en Litio. A menos que estén ubicados en un clima árido, la recuperación del Litio en pozas de evaporación no seria económicamente rentable. Las salmueras en el espectro de las cuencas endorréicas (cerradas) pueden estar enriquecidas en Cloruro de Potasio (KCl), Cloruro de Calcio (CaCl2), Bromo (Br), y Yodo (I) cuyas diferencias reflejan la química del basamento rocoso y quizá las contribuciones hidrotermales. Muchos de los campos de Salmuera de Litio están espacialmente asociados con Cloruro de Sodio (NaCl), pero el caso inverso no es necesariamente cierto, que es que la mayoría de evaporitas de Cloruro de Sodio carecen de salmuera asociada de Litio. Los depósitos hidrotermales de litio-arcilla (por ejemplo: Hectorita) son comúnmente encontrados en las mismas cuencas que las Salmueras de Litio y por esa razon se sospecha que sus origenes son similares. Los depósitos de Salmuera de Litio son comunmente asociados con la mineralización de Borato en cuencas áridas y endorréicas (cerradas), que aparentan ser híbridas involucrando procesos hidrotermales y evaporativos.

Ejemplos de Salmueras de Litio y sus configuración tectónica

Todos los depósitos de Salmuera de Litio en cuencas endorréicas (cerradas) de interés económico están en la edad Cuaternaria. Las cuencas que tienen salmueras enriquecidas en litio tienen un número de diferentes orígenes tectónicos. Los salares en Valle de Clayton (Nevada, USA) está localizada en una semi fosa tectónica entre rocas metamórficas jóvenes. El Salar de Atacama y el Salar de Uyuni están localizados en el Altiplano de Chile y Bolivia en una gran planicie a lo largo de la cresta de los Andes que involucra una serie de cuencas endorréicas (cerradas)

Figura 3. A. Mapa de los depósitos mundiales de Salmuera de Litio. B. Detalle en Sudamérica. C. Histograma mostrando la distribución bimodal latitudinal de los depósitos en los cinturones norte y sur.

Fisiografía y Clima

El factor más importante en la determinación de una cuenca no marina que puede acumular Salmuera de Litio es si esta cuenca es cerrada o no. Las cuencas endorréicas (cerradas) están formadas por la tectónica pero son mantenidas solo en ciertas zonas donde la evaporación excede a la precipitación por largos periodos de tiempo geológico. Si la taza de precipitación en el largo tiempo en la cuenca se incrementa de manera suficiente, eventualmente el agua del lago sobrepasarán en algún punto la divisoria de aguas y drenarán afuera, llevándose todo el Litio disuelto. De las cuencas mostradas en la Figura 3., 3 están localizadas en zonas semi-áridas, 11 en áridas y 1 en hiperáridas. Mundialmente, las Salmueras de Litio ocurren en cinturones áridos latitudinales en cada lado de la Línea Ecuatorial con zonas favorables entre los 19° a 37° norte y sur.

Tamaño y Estructura de los Depósitos

La cuencas que tienen Salmueras de Litio tiene un área mucho mayor que salar. La extensión del Salar de Uyuni tiene una área de 14000 km2 mientras que la cuenca es de 47000 km2. El salar del Valle de Clayton tiene una 100 km2 mientras que la cuenca tiene 1400 km2.

Las fallas activas aparentemente están involucradas en todas las cuencas de litio. La subsidencia relacionada al fallamiento crea un espacio de acumulación sin el cual solo se podría acumular una capa delgada de sedimentos. Se requiere una relleno grueso de la cuenca para proveer un acuífero que permita almacenar un recurso de Litio viable.

Debido a que los depósitos de Salmuera de Litio están en acuíferos de varias geometrías, la Salmuera de Litio esta localizada en la subsuperficie en lugar de estar presente en cualquier profundidad. En el Salar de Atacama, la salmuera es almacenada en los primeros 30 metros del núcleo poroso de halita del salar.