Yacimientos de Litio

Por: Armando Ernesto Alatorre Campos ¹,Yoselin Santillán Alcántara ²

Este artículo es una versión un poco más detallada y menos gráfica de la presentación que se hizo durante el foro “La Verdad sobre el Litio en México”, evento organizado por la Asociación de Ingenieros de Minas, Metalurgistas y Geólogos de México (AIMMGM) el 11 de noviembre de 2020; la finalidad, en ambos casos, es proporcionar al lector no especialista un panorama básico de los diferentes tipos de yacimientos de litio en el mundo, en un lenguaje un poco coloquial, que sirva de base para entender mejor todo lo que está inundando las noticias en fechas recientes.

Existen tres tipos de yacimientos del litio en el mundo: primero, están los yacimientos convencionales, económicos que han demostrado a lo largo de los años tener una buena producción con rentabilidad, y hay dos variantes: en salmueras continentales y en pegmatitas que algunos les llaman de litio de “hard rock” o de roca dura. Después están los yacimientos potenciales que contienen litio en arcillas donde existen diferentes proyectos en varias etapas de exploración, algunos incluso a nivel de estudio de factibilidad que pudieran demostrar su eventual potencial económico en un futuro.  Finalmente,  los no convencionales incluyen litio en salmueras petroleras o en salmueras geotérmicas que, en realidad, ninguno de ellos ha tenido ningún tipo de producción en ningún lugar del mundo, pero algunos autores los citan como fuentes potenciales, aún no se sabe si lo llegarán a ser algún día.

Si se observa la producción del litio en los últimos siete años (tabla 1), sobresalen Australia y Chile con casi 78% de la producción mundial 2019, seguidos por otros ocho países; la posición de Estados Unidos en esa tabla es interpretación de los autores del lugar aproximado que podría tener por su tonelaje; esto debido a que desde 2014 los datos no se hacen de conocimiento público. El hecho de que se produzca litio en tan pocas naciones debe ser interpretado, de inicio, que las condiciones geológicas para tener un yacimiento económico no son nada sencillas. Combinando los datos de los países productores con los tipos de yacimientos citados se ve (tabla 2) que la producción de litio a partir de salmueras continentales, proviene de tres países: Chile, Argentina y Estados Unidos, mientras que la producción de pegmatitas deriva de cinco países: Australia, Zimbabue, Brasil, Canadá y Portugal; China es un caso especial donde la producción se obtiene de ambos tipos de yacimientos, aunque no se conoce la proporción originada por cada tipo de depósito. De lo anterior, se deduce que a partir de yacimientos de arcillas o de salmueras petroleras o geotérmicas todavía no hay ninguna producción en el mundo.

Según información del British Geological Survey (2016), la mayor proporción de recursos para eventuales producciones futuras (gráfica 1) lo tiene Bolivia con un potencial de 8.9 Mt de litio contenido, 22% del total, aunque no han producido y no se sabe si van a llegar a producir en un futuro por una mezcla de situaciones económicas, financieras y políticas. Estados Unidos aparece en tercer lugar con un 17% del potencial; sin embargo, ese número puede estar sobrevaluado ya que ahí están incluidos tres sitios con un supuesto contenido de litio de 3.85 Mt en arcillas así como salmueras petroleras y geotérmicas que no han demostrado aún ser fuentes económicas. Otras naciones enlistadas, en orden de importancia por sus recursos disponibles y donde ha habido producción económica por mucho tiempo son Chile, Argentina, China, Australia, Canadá, Brasil y Zimbabue. En los casos de Congo, Rusia, Serbia, México, Austria y Finlandia ninguno tiene producción reportada y los yacimientos se encuentran en diferentes etapas de exploración/evaluación a los que habrá que darle seguimiento para ver su evolución y posible entrada en producción; los de pegmatitas, en teoría lo pudieran hacer con menos dificultad ya que la tecnología de beneficio es conocida; empero, los de arcillas pudieran requerir tiempos de maduración mucho más largos ya que cada uno tiene un tipo de arcilla diferente y deben desarrollar su propia tecnología de beneficio. Aquí es conveniente puntualizar que conforme estos datos, México no cuenta con el mayor yacimiento del mundo.

Los datos en síntesis, muestran que la mayor parte de los recursos está en yacimientos de salmueras con un 78% del total (gráfica 2), los que se caracterizan por una ley sumamente baja, por debajo del 0.2% Li, pero tienen volúmenes tan grandes que el total del litio contenido en ellos puede sumar millones de toneladas. Por contraste, con un 19% de los recursos, en los yacimientos de pegmatitas la ley es más alta, aproximadamente 1% en promedio de varios cuerpos en el mundo, pero evidentemente con tonelajes de litio contenido mucho menores. Los yacimientos de arcillas, que a veces son, incorrectamente, denominados como cuerpos de hectorita, constituyen la proporción más pequeña, con leyes muy bajas y contenidos totales de litio, obviamente limitados; una muy notoria excepción en estos cuerpos de arcilla es el yacimiento de Jadar en Serbia con una ley excepcional debido a la arcilla jaderita descubierta en ese lugar. 

Pegmatitas

Entrando a la parte de las características geológicas de cada tipo de yacimiento, cuando se habla de litio en roca dura, se trata de una roca ígnea con cristales grandes a enormes y aquí se puede hablar de un subgrupo de las pegmatitas en especial, que son conocidas como pegmatitas de litio, cesio y tántalo, donde estos tres elementos van a presentarse en diferentes proporciones en cada una y que vienen acompañadas de otros muchos minerales sin importancia económica, pero, que afortunadamente, hay algunas ricas en litio, otras ricas en cesio. Entonces, no hay ejemplos en el mundo donde realmente podamos encontrar una combinación económica de los tres elementos. Los minerales principales de las pegmatitas (por cantidad) son: cuarzo, feldespato K, albita y muscovita, mientras que los minerales en menor proporción son: biotita, granate, turmalina y apatita; los principales minerales económicos de litio en pegmatitas son: espodumena, petalita y lepidolita; el principal mineral de cesio es la pollucita y finalmente, los principales minerales de tántalo son: columbita y tantalita. Esto es debido en gran medida a la geología, a la formación de estos cuerpos en donde hay un proceso de diferenciación químico-magmática en su formación (gráfica 3), entonces el que haya una pegmatita rica en petalita y en espodumena, que son los principales minerales económicos, habla de que es un tipo de yacimiento mucho muy especial.

De los principales y más grandes yacimientos de litio en pegmatitas, hay uno en Estados Unidos, Kings Mountain en Carolina del Norte, que cerró en 1998 porque, en aquella época, el costo de las salmueras en Chile era mucho menor y no alcanzaron a tener una producción competitiva, cerraron y siguen sin producir al día de hoy. Hay otro cuerpo enorme en República Democrática del Congo, que lleva el nombre de Manono, ya está explorado en gran medida, pero todavía no hay un anuncio de cuándo podrá entrar eventualmente a producción. Finalmente, el yacimiento de Greenbushes en Australia, que aporta aproximadamente el 50% del litio en el mundo; este yacimiento es una pegmatita enorme, con dimensiones de 3 kilómetros de longitud, por hasta 300 metros de ancho y un contenido medio de 26% espodumena (gráfica 4), pero, con una zonificación bien marcada que alcanza, en la parte central, hasta 50% de espodumena, lo que hace que tenga volúmenes y leyes muy atractivas en el rango de 2 a 3% de óxido de litio (LiO₂); este cuerpo está cubierto por un caolín de muy alto grado que seguramente aporta al valor económico de la extracción y que, posiblemente, se haya originado por el intemperismo de los feldespatos de la pegmatita. Se produce un concentrado de espodumena con 7.5% de ley.

Por contraste, la pegmatita Bikita en Zimbabue, de donde se obtiene cerca del 2% de la producción mundial, es mucho más corta (1.7 km), mucho más angosta (30-70 m), con una geología totalmente complicada, con 13 zonas mineralógicas concéntricas distintas y cinco minerales de litio (espodumena, petalita, lepidolita, eucriptita y amblygonita); aunque contiene también valores de berilo, casiterita y tántalo, estos, evidentemente, complican la geología, dificultan la extracción económica y el proceso de beneficio.

Salmueras Continentales

Este tipo de yacimientos de litio son total y completamente distintos a los de pegmatitas. Los cuerpos de salmueras son relativamente comunes en diversas regiones geográficas aunque con contenidos de litio no económicos en la gran mayoría de los casos (gráfica 5) teniendo como fuentes principales de producción el Salar de Atacama en Chile, el Salar del Hombre Muerto en Argentina y Lake Sabuye en el Tibet. Entonces, aquí también se puede mencionar que los cuerpos de salmuera con valores económicos de litio son otra rareza geológica.

Siempre que se hable de salmueras de litio es inevitable mencionar “El Triángulo de Litio” por la presencia de yacimientos de este tipo en Chile, Argentina y Bolivia; aunque en este último caso, el famoso Salar de Uyuni, como ya se mencionó anteriormente, no existe certeza si algún día alcanzará producción comercial a pesar de ser el mayor recurso conocido. El Salar de Atacama fue el primero descubierto, aparentemente en 1969, explorado, evaluado y puesto en producción (1996) en el mundo, habiendo tenido que desarrollar ellos mismos toda la tecnología necesaria (Salas 2020). El descubrimiento de Atacama abrió los ojos a los geólogos en el mundo para empezar a buscar este “nuevo” tipo de yacimientos. El Salar de Maricunga, señalado en la gráfica 5, es un caso al que se le deberá prestar mucha atención en el futuro ya que se acaba de anunciar que obtuvieron los permisos para iniciar, en abril de 2021, la barrenación de exploración del considerado segundo salar más importante en Chile (www.mining.com 6 noviembre 2020).

La formación de los salares y sus salmueras de litio requieren de una combinación, sine qua non, de tres elementos geológicos importantes (Kogel, et al., 2006):

1. Rocas volcánicas riolíticas, principalmente, con edades del Terciario al reciente, cierto contenido de litio en ellas que al ser expuestas al intemperismo y a la erosión pueda ser lixiviado y transportado hasta el salar donde ese litio se pueda ir acumulando; esto puede venir acompañado de manantiales termales y/o soluciones geotérmicas que también aporten valores. En este primer paso los contenidos distan mucho de ser económicos. 
2. El salar propiamente dicho, en términos geológicos, es una depresión estructuralmente cerrada, sin drenaje hacia el mar, o sea una cuenca endorreica que permita la acumulación del litio diluido en una incipiente salmuera.
3. Todo esto se debe presentar en una zona desértica, con altos índices de evaporación que permitan incrementar la ley hasta llegar a los niveles en donde pueda ser económicamente explotable; aunque, debe hacerse énfasis en que estas leyes, a pesar de la concentración por evaporación, siguen siendo sumamente bajas (<1%).

Lo que hace al Salar de Atacama tan único es, para empezar, sus dimensiones, una cuenca endorreica de casi 80 km de longitud en sentido N-S así como cerca de 40 km en sentido E-W, mientras que en cuanto a ley, presenta valores de hasta 7,000 ppm de litio (0.7% Li); es importante puntualizar que contiene también valores de sodio, potasio, boro y magnesio que aunque aumentan el valor de la producción final, también implican mayores tiempos y costos de operación ya que deben ser separados antes que el litio.

Arcillas con litio

Si en los dos casos anteriores, pegmatitas y salmueras continentales, se hizo énfasis en que un yacimiento económico es una rareza geológica por las condiciones tan especiales de formación, cuando se llega a las arcillas con litio se trata de algo insólito; tanto así que, como ya se mencionó, aún no hay, en ningún lugar del mundo, un depósito de esta categoría que haya demostrado su viabilidad económica. Existen dos o tres casos donde, en opinión de las empresas que los exploran y evalúan pudiesen demostrar esa viabilidad y factibilidad en un futuro no muy lejano. Los requisitos geológicos para su formación, consisten en acumulaciones de tobas o vidrios volcánicos precipitadas en ambientes de aguas lacustres, en climas áridos, donde, por alteración, el litio se incorpora en la estructura de las arcillas formando minerales químicamente muy complejos; la presencia e incorporación de aguas termales al depósito puede subir el volumen de litio disponible. Esa complejidad química es lo que ha demorado su puesta en producción ya que los procesos de beneficio para separar y concentrar el litio deben ser experimentados, probados y, eventualmente, demostrar su rentabilidad económica.

Entre estos yacimientos, el ejemplo extremo más importante actualmente, es el yacimiento de Jadar en Serbia; geológicamente, se formó  por la interacción de líquidos hidrotermales en sedimentos clásticos (tobáceos y/o arcillas). Su descubrimiento fue en 2007, donde se identificó por primera vez (2004) el mineral jadarita [LiNaSiB₃O₇(OH)] con un contenido extremadamente alto de 7.3% de litio y que les ha permitido definir un cuerpo de 125 Mt con ley media de 1.8% LiO₂ más valores de boro. En junio de 2020, Rio Tinto, la minera que lo evalúa, reportó la decisión de invertir $200 millones de dólares americanos a fin de contar, para fines de 2021, con el estudio de factibilidad (www.riotinto.com/news/releases/2020).

Otro ejemplo sumamente interesante, es el yacimiento de la empresa Bacanora Minerals en el poblado de Bacadehuachi, Sonora, donde el origen es aún medio incierto, posiblemente, resultado de alteración hidrotermal por vulcanismo alcalino sobre rocas vulcanoclásticas que contienen el mineral polytithionita [KLi₂Al(Si₄O₁₀)(F,OH)₂] aunque tampoco se sabe si existen otros minerales de litio adicionales. El estudio de factibilidad emitido por la empresa en diciembre 2018, define una zona mineralizada de 7 km de largo y señala una suma de 243.8 Mt con 3,480 ppm Li (0.348% Li) de ley media. Eric Carter, presidente de la empresa, durante el foro mencionado, hizo énfasis en que aunque cuentan con un buen yacimiento, este no es el más grande el mundo como se ha especulado en las noticias; además de puntualizar que el gran reto es el procesamiento de las arcillas que aún no ha sido realizado en el mundo. Ellos esperan iniciar, para mediados de 2021, el desarrollo de la mina y construcción de la planta.

Como ejemplo final de arcillas con litio está el depósito de Clayton Valley, en Nevada, Estados Unidos, muy cerca de la producción actual de salmueras, donde recientemente, reportan los primeros datos sobre la exploración inicial con 6 barrenos que están haciendo, y con valores de hasta 1,670 ppm de litio (https://www.mining.com/spearmint-finds-visual-clay-in-each-hole-drilled-at-clayton-valley-lithium-prospects/); habrá que darle seguimiento a este proyecto a futuro para definir cómo va evolucionando la exploración y si alcanzan a llegar a definir algo económicamente importante.

Aclaración: cuando se haga un comparativo de yacimientos de litio debe tenerse cuidado con los números que reportan las leyes de cada yacimiento porque las empresas o autores pueden utilizar diferentes maneras: las más comunes son porcentaje de Li, porcentaje de óxido de litio (LiO₂) así como porcentaje de carbonato de litio equivalente (ELC por sus siglas en inglés). Para los factores de conversión entre estas unidades se recomienda la publicación del British Geological Survey (2016).

Referencias citadas:

• Avalon Advanced materials, 2016, Lithium Geology for Investors Webinar, disponible en YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=cqeACL7_Uoc 
• Bradley, D.C., McCauley, A. D., and Stillings, L. M., 2017, Mineral-deposit model for lithium-cesium-tantalum pegmatites: U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2010-5070-O, 48 p.
• British Geological Survey, 2016, Lithium, 39 p. (www.mineralsuk.com)
• Kogel, J. E., Trivedi, N. C., Barker, J. M. and Krukowski, S. T., (editors) 2006, Industrial Minerals & Rocks, 7th edition, Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc., 1568 p.
• Salas, A., 2020, Mercado del Litio y Desafíos de la Industria, presentación en el foro “La verdad sobre el Litio en México, organizado por la Asociación de Ingenieros de Minas, Metalurgistas y Geólogos de México (AIMMGM), 11 noviembre 2020
• United States Geological Survey, 2020, 2019, 2018, 2017, 2016, 2015, 2014, Mineral Commodity Summaries

1 Colegio de Ingenieros de Minas Metalurgistas y Geólogos de México
2 Escuela Superior de Ingenieria y Arquitectura Unidad Ticoman ( Ciencias de la Tierra)