[SMM Analysis] Novas Tecnologias na Produção de Carbonato de Lítio: Caminhos e Gargalos

A tecnologia de produção de carbonato de lítio está em um momento decisivo. O método tradicional de evaporação-precipitação dominou a extração de lítio de lagos salgados por décadas, enquanto o método de ustulação de mica de lítio sustentou a indústria de baterias de lítio em Yichun. No entanto, ambas as abordagens têm limitações inerentes — o método de lagos salgados é ineficaz contra salmouras com altas razões magnésio-lítio, e o método de mica sofre com baixas taxas de recuperação e grandes volumes de resíduos — e essas têm sido preocupações persistentes para a indústria. Nos últimos dois anos, um conjunto de novas tecnologias vem emergindo de laboratórios e linhas piloto. Algumas já alcançaram validação industrial, enquanto outras permanecem presas em questões de estabilidade de materiais e efeitos de escalonamento. A discussão a seguir abrange duas vias principais: lagos salgados e rocha dura.

Via dos Lagos Salgados: Uma Mudança de Paradigma da "Secagem ao Sol" para a Extração Direta de Lítio

A lógica tradicional da extração de lítio de lagos salgados é "concentração-precipitação": a salmoura é bombeada para tanques de evaporação, a evaporação solar ocorre ao longo de meses para elevar a concentração de lítio e, em seguida, as impurezas são removidas antes da precipitação. Esse método foi eficaz nos primeiros projetos no Atacama, no Chile, e em Qarhan, em Qinghai, mas ao enfrentar lagos salgados do tipo carbonato no Tibete e salmouras do subtipo sulfato-magnésio com altas razões magnésio-lítio, a via de evaporação é interrompida por grandes quantidades de carbonato ou dificultada pelas propriedades químicas semelhantes do magnésio e do lítio, tornando a separação difícil.

A tecnologia de "novo adsorvente de íons de lítio + dessorção por dióxido de carbono" desenvolvida pelo Instituto de Engenharia de Processos da Academia Chinesa de Ciências é o avanço mais representativo nessa direção. Seu núcleo é um novo adsorvente ligado a grupos funcionais sinérgicos polar-apolar, cuja seletividade por íons de lítio supera em muito a das peneiras iônicas tradicionais à base de manganês ou titânio. Em 2024, uma planta piloto em escala de cem toneladas foi construída no Lago Salgado de Jiezechaka, no Tibete (a uma altitude de 4.600 metros). Os dados operacionais mostraram que a razão mássica sódio-lítio caiu de 240 na salmoura para menos de 1,0, a recuperação de lítio excedeu 90%, o consumo de água doce caiu do nível de cem toneladas dos métodos tradicionais de adsorção-membrana para 52 toneladas por tonelada de produto, e a DQO da salmoura residual ficou próxima do nível de fundo da matéria-prima.

A dificuldade de implementação reside na engenharia em grandes altitudes. A unidade piloto em Jiezechaka operou por quatro meses com capacidade de adsorção estável, mas a ampliação do nível de centenas de toneladas para dezenas de milhares de toneladas envolve a uniformidade da distribuição de fluidos em leitos móveis contínuos, o desgaste mecânico dos adsorventes durante ciclos repetidos de adsorção-dessorção e a eficiência de transferência de massa na dessorção trifásica gás-líquido-sólido do dióxido de carbono — cada um desses é um desafio clássico na ampliação de escala em engenharia. Quando essa tecnologia passou pela avaliação de conquistas científicas e tecnológicas, foi reconhecida como "líder internacional", mas para realmente entrar em produção em larga escala, ainda é necessária pelo menos mais uma rodada de validação no nível de milhares de toneladas ou superior.

A tecnologia de "extração de lítio por adsorção de salmoura bruta" da Minmetals Salt Lake está um pouco mais avançada. Em março de 2025, a primeira instalação mundial de extração de lítio de salmoura bruta de alta eficiência em escala de dezenas de milhares de toneladas entrou em operação experimental em Yiliping, Qinghai, levando apenas sete meses do início da construção à conclusão. Sua chave técnica é um método de extração de lítio baseado em adsorção adequado para lagos salgados do subtipo sulfato-magnésio, sem necessidade de pré-tratamento da salmoura e confrontando diretamente sistemas complexos com alto teor de magnésio, potássio e sódio. A taxa de recuperação abrangente dos recursos de lítio é quase o dobro dos processos tradicionais. Esta instalação está em operação há mais de um ano, funcionando de forma contínua e estável, com a taxa de carga unitária e a taxa de qualificação do produto atendendo às expectativas de projeto.

O progresso que ela traz é estrutural: os processos tradicionais extraem primeiro o potássio e depois o lítio, com o lítio sendo diluído por perdas de arraste em cada etapa; a extração direta de lítio da salmoura bruta pula a etapa de evaporação e concentração, encurtando bastante o processo e elevando a taxa de recuperação dos 30%-40% originais para mais de 80%. Para o grande número de lagos salgados do subtipo sulfato-magnésio em Qinghai, essa via é replicável.

A adsorção eletricamente controlada é uma direção mais de ponta. A equipe liderada por Liu Zhong no Instituto de Lagos Salgados de Qinghai, Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu um material de espinélio com manganês substituindo sítios de titânio (H₁.₃₃Ti₁.₁₇Mn₀.₅O₄), utilizando a estabilidade estrutural de materiais inertes à base de titânio e a atividade eletroquímica do manganês para alcançar uma capacidade de adsorção de lítio de 43,58 mg/g no processo de adsorção eletricamente controlada, com um coeficiente de separação Li/Na de 420,6. O desafio central dessa tecnologia é a "contradição entre atividade eletroquímica e estabilidade estrutural": adsorventes à base de titânio são estáveis, mas eletroquimicamente inertes, enquanto os à base de manganês são ativos, mas a dissolução do manganês durante os ciclos leva ao colapso estrutural. A estratégia da equipe de substituir parcialmente o titânio por manganês é essencialmente encontrar um ponto de equilíbrio entre os dois, mas a dissolução do manganês e a degradação do eletrodo sob ciclagem de longo prazo continuam sendo obstáculos-chave para a industrialização. Este trabalho ainda está em estágio de laboratório, publicado na Nano Letters e na Environmental Science & Technology, e ainda está a alguma distância dos testes-piloto.

Via da Mica: Superando o Problema da "Formação de Anéis"

A extração de lítio da mica de lítio em Yichun, Jiangxi, sustenta um grupo de empresas, incluindo Yongxing Materials e Jiangte Motor, mas o método tradicional de ustulação com sulfato tem um problema de processo há muito não resolvido: a formação de anéis no forno rotativo. Durante a ustulação de minério de mica com alto teor de flúor, os fluoretos reagem com sais de potássio e sódio para formar eutéticos de baixo ponto de fusão que aderem e crescem na parede do forno, forçando paradas frequentes para limpeza. A corrosão dos equipamentos e as baixas taxas de recuperação são outros dois pontos problemáticos.

O projeto de "tecnologia e equipamentos de extração de lítio de alta eficiência para mica de lítio", liderado pelo Instituto Changsha da China Aluminum International, aborda especificamente esses três problemas. A equipe foi pioneira em uma "tecnologia de ustulação por deslocamento com sal fundido" que altera a via de reação da ustulação desde a origem, inibindo a formação de fases de baixo ponto de fusão e, assim, tratando as causas fundamentais da formação de anéis e da corrosão. No lado da recuperação, a equipe desenvolveu tecnologia de recuperação abrangente para metais valiosos como potássio e rubídio na solução de lixiviação, bem como um processo de remoção de impurezas em fluxo completo para carbonato de lítio de alta pureza. O projeto já alcançou aplicação industrial e operação estável em vários empreendimentos, incluindo Yongxing Special Steel, Lingneng Lithium, Fengxin Times e Yichun Longpan Times, com teor de óxido de lítio nos rejeitos abaixo de 0,3% e lítio solúvel abaixo de 0,02%.

A importância da implementação dessa tecnologia reside em sua "replicabilidade". A capacidade de extração de lítio da mica em Yichun é enorme, mas a qualidade do processo varia entre os produtores, e os problemas de formação de anéis e taxa de recuperação há muito limitam a competitividade de custos. Um paradigma tecnológico padronizado, validado em vários projetos, tem efeito direto na redução de custos para toda a indústria de mica de lítio de Yichun. A Associação da Indústria de Metais Não Ferrosos da China a reconheceu como "líder internacional", principalmente porque completou o salto do laboratório para a industrialização em múltiplos projetos.

"Inovação Periférica" na Rota de Extração

A extração por solvente não é predominante na extração de lítio de lagos salgados porque a seletividade dos extratantes e a pressão ambiental sempre foram problemas. No entanto, uma equipe do Instituto de Engenharia de Processos da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu um sistema de extração para soluções contendo lítio, propondo dois novos métodos de reextração — reextração com água e reextração com CO₂ — alcançando recuperação de lítio superior a 99% e DQO no efluente abaixo de 10 ppm. Seu cenário de aplicação é muito específico: licor-mãe de precipitação de lítio. Na produção tradicional de carbonato de lítio, o licor-mãe após a precipitação contém lítio substancial e geralmente é retornado à etapa inicial para reprocessamento, resultando em um processo complexo e baixo rendimento. Este sistema de extração pode extrair diretamente lítio do licor-mãe com alto teor de sódio e potássio em uma única etapa para produzir carbonato de lítio ou cloreto de lítio. Foi demonstrado na linha de produção de dezenas de milhares de toneladas da Qinghai Xinghua Lithium Salt e na linha-piloto em Jiezechaka, no Tibete, e uma linha de extração de licor-mãe de precipitação de lítio de dezenas de milhares de toneladas na Jiangxi Jiuling Lithium está em construção. Sua limitação reside na capacidade de processamento: os métodos de extração são adequados para tratar soluções de lítio de alta concentração, mas para salmoura bruta com concentrações de lítio de apenas dezenas a centenas de mg/L, a perda de extratante e o arraste de fase orgânica tornam-se questões econômicas.

Direções que Merecem Atenção e Ainda Não Foram Ampliadas

A extração eletroquímica direta de lítio é uma das áreas mais ativas em atividade de patentes. Pelo panorama de patentes, a indústria está mudando da "otimização de material único" para a "integração em nível de sistema": sistemas eletroquímicos integrados a membranas, reatores Faraday multicompartimentados e arquiteturas híbridas de adsorção-eletroquímica tornaram-se as principais linhas de inovação. Um sinal digno de nota é que aproximadamente 26% das patentes líderes visam o hidróxido de lítio como produto final, em vez do carbonato de lítio. Isso reflete a crescente demanda por hidróxido de lítio dos materiais catódicos ternários de alto níquel e o fato de que as vias de processo para produzir LiOH diretamente estão sendo seriamente consideradas. No entanto, os gargalos de industrialização da rota eletroquímica são claros: degradação do eletrodo em ciclagem de longo prazo, incrustação de membranas (especialmente em salmouras com alta razão magnésio/lítio) e otimização do consumo de energia em nível de sistema. A adsorção é atualmente a rota de DLE mais madura, enquanto os métodos eletroquímicos e de membrana permanecem no estágio de "exigir validação adicional de ampliação de escala".

O acoplamento fototérmico e a adsorção impulsionada por energia solar são outra direção digna de atenção. A ideia é usar energia solar para aquecer diretamente o adsorvente ou a solução de dessorção, reduzindo o consumo de energia do processo. Em regiões de lagos salgados como Tibete e Qinghai, com recursos abundantes de luz solar, se o consumo de calor da adsorção-dessorção puder ser combinado com a utilização de energia solar térmica, o custo marginal seria muito competitivo. No entanto, isso ainda está em estágio inicial de pesquisa, com muito poucos dados de engenharia sobre materiais e projeto de sistemas.

Conclusão

O foco competitivo da tecnologia de produção de carbonato de lítio mudou de "se pode ser fabricado" para "se pode ser fabricado de forma estável, com baixo custo e de maneira verde". A validação em escala de dezenas de milhares de toneladas da extração direta de lítio da salmoura bruta em lagos salgados é um marco fundamental. Se a instalação de Yiliping da Minmetals Salt Lake puder demonstrar a vida útil do adsorvente e a estabilidade do processo dessa via ao longo de um ciclo de dois a três anos, isso trará uma reestruturação substancial de custos para o desenvolvimento de lagos salgados em Qinghai e até no Tibete. A ustulação por deslocamento com sal fundido na via da mica é uma melhoria de eficiência com base na capacidade existente, e seu valor está em dar à capacidade de alto custo de Yichun algum espaço para respirar. A adsorção eletricamente controlada e a extração eletroquímica direta de lítio representam um futuro mais distante. Seu potencial reside na capacidade de processar recursos de baixo teor e salmouras não convencionais (água de campos petrolíferos, salmoura geotérmica) que não podem ser economicamente utilizados pelos métodos tradicionais, mas os problemas de estabilidade de materiais e integração de sistemas não podem ser resolvidos em um ou dois anos. Para a indústria, o que realmente vale a pena acompanhar agora é: dados operacionais de longo prazo da instalação de Yiliping da Minmetals Salt Lake, o progresso na ampliação para milhares de toneladas da tecnologia de lagos salgados do tipo carbonato do Instituto de Engenharia de Processos da Academia Chinesa de Ciências e o ritmo de adoção da tecnologia do Instituto Changsha em Yichun. O ritmo de implementação dessas três linhas determinará a forma da curva de custos do carbonato de lítio da China nos próximos anos.