Sumário.

Introdução.........................................................2

Capítulo II...........................................................3

Capítulo III..........................................................5

Capítulo IV..........................................................8

Capítulo V...........................................................9

Capítulo VI.........................................................12

Conclusão.........................................................15

Referências.......................................................16

I. Introdução

O lítio é um metal que possui características fisio-quimicas peculiares e, por

esse motivo, é uma matéria-prima de extrema importância para a indústria. Sua

utilização é bastante extensa abrangendo desde a indústria farmacêutica à

aeroespacial. Porém, por possuir um custo elevado, há certa limitação de seu

potencial industrial.

Com a origem léxica do grego, o lítio (do grego, lithos pedra) recebeu esse

nome devido a suspeita de que ele era encontrado somente em minerais,

porém mais tarde essa proposição se apresentou equivocada. O Lítio foi

descoberto em 1817, no mineral petalita, pelo químico sueco Johan August

Arfwedson (1792-1841). Porém, ele não foi capaz de isolá-lo, fato que só

ocorreu em 1855, pelo químico alemão Robert Wilhem Bunsen (1811-1899),

através da eletrólise do cloreto de lítio, processo ainda hoje utilizado.

O lítio veio ganhando importância a partir de 1991 com o desenvolvimento e

comercialização pela Sony Energytech Incorporation de baterias que usam

esse metal como principal matéria-prima. Desde então houve um impulso para

o desenvolvimento e otimização de novos materiais baseados no Lítio.

Devido ao avanço na utilização em larga escala do lítio, surgiu a necessidade

de um parecer geral sobre sua cadeia produtiva. Esse trabalho se propõe, a

partir da literatura disponível, a condensar informações importantes do ciclo

produtivo do lítio desde sua exploração, métodos para obtenção de lítio

metálico, até uma possível forma de reinserir esse valioso recurso na indústria,

através de processos de reciclagem.

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II. Distribuição geográfica e lavra.

Na natureza não é encontrado lítio em sua forma metálica, mas sim na forma

de conjugados nos minerais: espodumênio, lepidolita, ambligonita ou petalita.

Todos são aluminossilicatos de Lítio. Atualmente, as principais fontes de

prospecção do metal são salmouras com alto teor de lítio (evaporitos).

As reservas mundiais de lítio se encontram concentradas na Bolívia com

56,6%, o Chile 31,4% e os EUA 4,3%, e totalizam em 9,54 milhões de

toneladas, segundo estimativas (Ramos, 2006).

Discriminação Reservas 1 (103 t) Produção 2 (t)

Países 2000(p) % 1999 2000 %

Brasil 185 1,9 556 540 3,9

Argentina - - 1.200 200 1,5

Austrália 160 1,7 2.100 2000 14,7

Bolívia 5.400 56,6 - - -

Canadá 360 3,8 700 710 5,2

Chile 3.000 31,4 5.000 5500 40,5

China - - 2.500 2000 14,7

Estados Unidos 410 4,3 - - -

Portugal - - 160 140 1,1

Rússia - - 1.800 1800 13,2

Zimbábue 27 0,3 1.000 700 5,2

TOTAL 9.542 100,0 15.046 13.590 100,0

Figura 1- Tabela de reserva e produção mundial do Lítio.

Fontes: DNPM-DIRIN e U. S. Geological Survey (Mineral Commodity Summaries – 2001)

Nota: Dados em óxido de lítio contido

(1) Inclui reservas medidas e indicadas

(2) Dados estimados, exceto Brasil

(p) Dados preliminares

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Segundo Ramos, no Brasil as jazidas de lítio se encontram no estado de Minas

Gerais, sendo este o responsável por toda produção brasileira, e no estado do

Ceará. Minas Gerais possui Lítio na forma dos minerais espodumênio,

lepidolita e petalita. Já no Ceará o metal é encontrado na forma ambligonita e

de lepidolita.

A Companhia Brasileira de Lítio – CBL explora a Mina da Cachoeira localizada

no município de Araçuaí. O mineiro passa por um processo de beneficiamento

cujos produtos são espodumênio e feldspato. O concentrado de espodumênio

é transferido para Divisa Alegre (MG), onde são produzidos carbonados e

hidróxidos de Lítio. Em 2006 foi produzido um total de 686 t de compostos

químicos, sendo o Carbonato de Lítio responsável por 235 t e o hidróxido de

Lítio monohidratado pelos 451 t restantes.

A empresa Arqueana de Minérios e Metais Ltda. também possui minas em

Minas Gerais, sendo que estas, diferente da CBL, são minas a céu aberto, na

qual, além de feldspato e quartzo, também são produzidos minerais de lítio.

Segundo Braga e Sampaio, a extração e o beneficiamento de salmouras ricas

em lítio são mais simples e, consequentemente, mais baratos que a lavra de

minerais pragmáticos. No deserto do Atacama, Chile, as salmouras são

bombeadas de uma profundidade de 30m para reservatórios de evaporação. O

Cloreto de sódio é retirado; a salmoura, então, enriquecida com potássio, lítio e

boro, é transferida para novos reservatórios de evaporação onde são

precipitados na forma de silvita. O produto desse processo é uma nova

salmoura contendo 1% de Li e, depois de várias evaporações, é precipitada no

seu ponto de saturação, com 6% de Li mais 1,8% de Mg e 0,8% de B. Após a

purificação e retirada de Mg e B, o Li é destinado à usina de carbonato de Lítio.

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Figura 2- Diagrama do processo ácido de obtenção de carbonato de lítio

III. Propriedades e Beneficiamento.

O lítio é um metal alcalino, branco-prateado, pouco mais duro que o sódio,

porém mais macio que o chumbo. Possui o menor peso (0,534 g/cm³)

específico de todos os metais. Destaca-se a alta capacidade de

armazenamento de energia elétrica 3,86 A.h/g que é o resultado da

combinação de seu baixo peso específico e de seu potencial de oxidação de

3,04 V.

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Segundo Cominele e Moura Neto, o lítio possui um calor latente elevado, 431,8

J/g, e um calor específico de 4,39 J/g.ºC. Tais características, combinadas com

o baixo peso específico e com a baixa temperatura de fusão (180,54 ºC),

tornam o lítio promissor para aplicação em trocadores de calor em artefatos

espaciais.

As operações de beneficiamento dos minérios de lítio demandam muito

trabalho e possuem um custo elevado devido à baixa concentração do metal.

Em geral, após a redução granulométrica, o minério é submetido a diversos

processos para sua concentração, dentre eles catação manual, separação em

meio denso, separação magnética de alta intensidade e a concentração por

flotação. Entretanto, a última se encontra em desuso em decorrência da

complexidade do circuito e das novas fontes de lítio, (Braga e Sampaio, 2008).

Segundo Cominele (1993), a atual produção industrial do Lítio é baseada na

eletrólise a 460 ºC da mistura eutética fundida de cloreto de lítio 55% e

cloreto de potássio 45%. Porém, apesar desse processo não ser muito

complexo exige uma matéria-prima elaborada e cara. E tem como resíduo o

cloro que possui ação poluidora.

Em 1993, Osvaldo Guilherme Cominele e Carlos de Moura Neto, publicaram

um trabalho que propunha uma adaptação do processo de Pidgeon, que é

usado industrialmente na produção de magnésio. Dessa maneira, o metal seria

obtido a partir de calcinação e redução pelo ferro-silício do carbonato de lítio ou

do espodumênio realizadas a vácuo.

No Brasil, os produtos derivados de lítio são industrialmente obtidos

diretamente do mineral espodumênio com teor de 1 a 1,5 % de Li2O. De acordo

com Braga e Sampaio, o processo consiste na concentração de espodumênio

por meio denso ou catação manual na qual o produto será um concentrado

com teores que variam de 5,5 a 7,5 % de Oxido de Lítio, que depois será

submetido a um tratamento térmico (decreptação) em fornos calcinadores

rotativos em uma temperatura que varia de 1.000 a 1.100

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ºC. Esse processo é responsável pela conversão de α-espodumênio em

β-espodumênio, que sofrerá digestão ácida ou alcalina, tendo como produto

final carbonato de cálcio ou hidróxido de lítio.

Figura 1- Diagrama do processo ácido de obtenção de carbonato de lítio.

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Figura 4- Diagrama do processo alcalino de obtenção de Hidróxido de Lítio.

IV. Oferta e Demanda.

A procura por lítio teve um crescimento vertiginoso na última década, a

taxas que variam de 4% a 5% a nível mundial. Isso se deve principalmente ao

desenvolvimento de tecnologias para baterias secundárias de lítio, que

representam 20% do emprego do metal em 2005, contra apenas 9% em 2000.

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Segundo estudos realizados pela Roskill, o crescimento global da

procura por lítio deve permanecer em 4%, se baseando no aumento dos

mercados asiáticos, em especial a China, Coréia do Sul, Taiwan e Índia. De

acordo com Braga e Sampaio, em 2004 um cidadão chinês consumia cinco

vezes mais lítio que um norte-americano.

Outro mercado em potencial é o de carros híbridos que necessitam de

baterias eficientes e leves. O lítio supre essa necessidade, visto que as

baterias de íons de lítio são consideravelmente mais leves que as demais

baterias.

V. Aplicações

Segundo Cominele (1993), espera-se que o lítio receba um grande impulso em

consequência à contribuição do metal para problemas energéticos e

ambientais. Tal previsão vem se concretizado, porém, a aplicação do metal

extrapola a questão energética abrangendo outros itens. A seguir será feita

uma listagem, mesmo que superficial, do potencial industrial do lítio.

Energia: Devido à propriedade singular do lítio de armazenar carga, ele vem

sendo largamente utilizado como matéria-prima em baterias. Existem dois tipos

de baterias que tem o lítio como principal matéria-prima.

As baterias de Lítio/dióxido de manganês utilizam o lítio como anodo e eletrólito

na forma de um sal dissolvido em solvente não aquoso. O MnO2 é usado como

catodo no sistema. Essas baterias “representam sistemas eletroquímicos de

pequenas dimensões, duráveis, confiáveis e capazes de armazenar grande

quantidade de energia”, (N. C. Pesquero et AL, 2008).

Há, também, a bateria de íons de Lítio que utilizam sais do metal como

eletrólito e catodo. O anodo é geralmente composto por grafite, enquanto o

anodo é fabricado com um óxido de estrutura lamelar (LiCoO2, LiNiO2 entre

outros), ou ainda o espinélio (LiMnO2), sendo que o óxido de cobalto litiado é o

mais utilizado.

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Figura 4- Diagrama esquemático de uma bateria recarregável de íons lítio

As baterias de lítio possuem um valor de potencial de operação de 4,0 V, alto

em comparação com outros dispositivos semelhantes. Esse tipo de bateria se

comporta como uma célula eletroquímica, na qual os íons Li+ são retirados do

catodo através da ação de um campo externo. Dessa maneira, um elemento de

transição variável que está associado ao lítio é oxidado. Os íons de lítio migram

através do eletrólito para o anodo, onde são reduzidos pelos elétrons do

circuito externo.

Além de baterias de lítio, o metal é de extrema importância na geração de

energia elétrica em grandes proporções, já que é a matéria-prima para

produção de trítio artificial, fundamental para produção de energia a partir de

fusão nuclear, que é menos impactante ambientalmente do que o processo

mais comum hoje, a fissão nuclear.

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Siderurgia: Segundo Cominele (1993), as ligas de alumínio-lítio são tidas

como uma alternativa para a melhoria de desempenho das indústrias de

aeroespaciais devido às suas características de baixo peso e melhor

resistência em comparação com as ligas convencionais. Além disso, as ligas

compostas de lítio possuem alta elasticidade, resistência à fadiga e resistência

criogênica, propriedades que tornam essa liga compatível com as altas

exigências das indústrias aeroespaciais.

As ligas de alumínio-lítio surgiram da necessidade de criar uma liga de alumínio

resistente, leve e barato para a indústria aeroespacial. Esse objetivo foi

alcançado em 1920 na Alemanha, a liga Scleron foi criada, mas devido às

dificuldades de fusão do lítio não resultou em avanços tecnológicos.

Outras ligas surgiram. Na década de 1950 foi criada a liga 2020 (Al-

Cu-Cd-Li) na Alemanha e, em 1960, a liga 1420 (Al-Mg-Li) na URSS.

Com a crise do petróleo, a partir de 1973 surgiu a necessidade de

desenvolver ligas que minimizassem o custo com combustível. Dessa

maneira, houve um esforço de várias empresas para desenvolver um

liga de alumínio-lítio para produção comercial.

*Trade Mark Martin Marietta and Reynolds Metals Co.

Figura 4- Porcentagem em pesos das ligas de alumínio-lítio comerciais.

Indústria Farmacêutica: O Lítio na forma de Carbonato de Lítio é usado para

tratar o transtorno bipolar e outras doenças de ordem psiquiátrica.

Ainda não se sabe ao certo qual é o mecanismo de atuação do lítio que

funciona de modo a tratar os sintomas e a doença em si. Desde a sua

descoberta, o lítio tem demonstrado atuar sobre diversos neurotransmissores,

parecendo restaurar o equilíbrio em zonas críticas do cérebro.

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“O Lítio parece, também, aumentar as subunidades catalíticas e reguladoras da

proteína-quinase A, a qual é um dos principais mediadores da estimulação do

AMPc. Tais efeitos parecem deflagrar alterações a longo prazo nos padrões de

sinalização neuronal que contribuem para as propriedades profiláticas no

tratamento do Transtorno Bipolar”, Ballone GJ (2008).

VI. Reciclagem

O principal foco de reciclagem de produtos, que tem como matéria-prima o lítio,

são as baterias de íons de lítio, pois, além do metal Lítio, o cobalto está

frequentemente presente nesses dispositivos.

Em 2000, a produção desses dispositivos chegou à ordem de 500 milhões de

unidades e estima-se que a geração de resíduos alcançará um valor entre 200

mil a 500 mil toneladas, sendo que o cobalto deve representar de 5% a 15% e

o lítio de 2% a 7%.

O processo de reciclagem das baterias secundárias de lítio ainda não é muito

eficiente e há vários riscos envolvidos nesse processo, devido às reações com

a umidade da atmosfera ser extremamente violenta. Dessa maneira,

atualmente, o processo mais utilizado é a lixiviação em meio ácido.

O fluxograma a seguir ilustra um processo básico de reciclagem que tem como

produtos o Hidróxido de Cobalto e Hidróxido de Lítio, através do tratamento

com ácido clorídrico a 4,0 mol/L aquecido a 80°C durante 1 hora. O N-

metilpirrolidona funciona separando o conteúdo estrutural da bateria (alumínio

e cobre) dos demais componentes.

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Além desse processo acima descrito, há vários outros que buscam, acima de

tudo, a recuperação máxima dos componentes combinada a uma geração

mínima de resíduos finais. Podemos citar um exemplo típico, utilizando um

tratamento com ácido nítrico (HNO3, 2,0 mol/L,80°C,2h), e, após a separação

do material insolúvel, a adição de NaOH em um sistema de pH controlado, é

possível precipitar o cobalto; o resíduo restante contém o Lítio. Esse processo

possui um rendimento de aproximadamente 85%.

O processo de reciclagem de baterias, assim como a reciclagem de outros

produtos, deve atender dois requisitos básicos: recuperação máxima dos

componentes de valor usados e o tratamento de materiais não recuperados,

afim de que esses tenham o mínimo impacto ecológico possível. Em especial

as baterias de íons de lítio, existem pesquisas que objetivam encontrar rotas

mais produtivas para extrair o Lítio e Cobalto desses sistemas, inclusive uma

pesquisa do Grupo de Reciclagem e de Resíduos do Departamento de

Química Analítica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, cujo objetivo é a

recuperação máxima dos componentes combinada a uma geração mínima de

resíduos finais.

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Além de processos que buscam otimizar a reinserção das matérias primas no

ciclo industrial, a preocupação com o meio ambiente e a necessidade de criar

dispositivos que sejam mais baratos e mais eficientes que as tradicionais

baterias de íons de lítio, já está em fase final de desenvolvimento a nova

geração de baterias, as chamadas baterias de lítio-polímero, que armazenam

até 50% mais energia que as baterias de íons lítio. Além disso, quando

comparadas a essas últimas, são mais leves, têm vida útil até duas vezes

maior e não contêm líquidos, dispensando, assim, blindagem metálica,

bastando um invólucro plástico.

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VII. Conclusão.

O lítio vem, nas últimas décadas, se tornando de fundamental importância para a sociedade, com aplicações que variam desde o ramo farmacêutico até o aeroespacial. Porém, o domínio da tecnologia do ciclo produtivo do metal não é algo estático, demandando diversos profissionais para desenvolver novas rotas de produção, novas aplicações e aperfeiçoamentos dos produtos já existentes. Como visto, o metal é escasso e de difícil extração, por isso é economicamente viável que se desenvolva um processo de recuperação e reinserção do lítio em seu ciclo produtivo, o que também é ecologicamente interessante.

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VIII. Bibliografia.

Comineli, O. G., Moura Neto,C. Utilização De Vácuo Na Produção e Purificação

de Lítio Metálico.ITA,1993.

Braga, P. F. A, Sampaio, J. A. Lítio. Rochas e Minerais Industriais: Usos e

Especificações, Rio de Janeiro, c 26,p 585-603, 2008.

Ballone GJ - Lítio e Litioterapia, in. PsiqWeb, Internet, disponível em

www.psiqweb.med.br, revisto em 2008

Pesquero N. C., Bueno P. R., Varela J. A., Longo. Materiais Cerâmicos De Inserção

Aplicados a Baterias De Íons Lítio, Instituto de Química, UNESP, 2008

Baterias de lítio: novo desafio para a reciclagem,Ciência Hoje,p 72-75, junho de

2004.

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