Bombas para litio: ¿por qué el correcto transporte de fluidos desempeña un papel estratégico en la industria de las baterías?

La transición hacia los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía renovable ha convertido al litio en uno de los materiales estratégicamente más importantes de la industria moderna. Menos visible, pero igualmente crítica, es la infraestructura de transferencia de fluidos que recorre toda la cadena de suministro del litio: desde la extracción minera hasta la producción de celdas para baterías, pasando por el reciclaje al final de su vida útil.

En cada fase del proceso de producción, las bombas para litio deben manejar fluidos que combinan agresividad química, abrasividad, alta viscosidad y, en muchos casos, inflamabilidad o toxicidad. Una selección errónea en cualquiera de estas etapas implica paradas de producción, averías en la planta, incidentes de seguridad o contaminación del producto.

¿Qué hace que el transporte de fluidos en el sector del litio sea tan difícil?

Los fluidos implicados en el procesamiento del litio combinan múltiples características agresivas que pueden estar presentes simultáneamente en cuatro etapas de producción distintas.

• Extracción minera de litio: las operaciones de extracción generan mezclas densas con sólidos abrasivos en suspensión, con un contenido de sólidos de hasta el 45 % en peso, soluciones ácidas de lixiviación y de alta salinidad, y aguas ácidas de mina con un pH inferior a 2. La combinación de abrasividad y agresividad química requiere bombas diseñadas específicamente para fluidos abrasivos y químicamente agresivos, lo que excluye muchas configuraciones estándar no específicas.
• Procesamiento de materiales activos: la producción de materiales catódicos y anódicos implica el uso de hidróxido de litio, carbonato de litio, soluciones amoniacales y disolventes orgánicos en los circuitos de carga/descarga del reactor y de lavado. Pueden incluir disolventes inflamables y sustancias tóxicas, dependiendo del proceso adoptado.
• Producción de celdas para baterías: las suspensiones de electrodos son fluidos viscosos, sensibles al cizallamiento y no newtonianos. El NMP es un disolvente peligroso que puede requerir clasificación ATEX en función de las condiciones operativas y la concentración de vapores. Cualquier contaminación metálica procedente de la bomba puede suponer un defecto de calidad crítico que puede provocar cortocircuitos internos en la celda terminada.
• Reciclaje de baterías: La mezcla procedente de baterías trituradas (black mass) contiene grafito, óxidos metálicos, fragmentos metálicos finos y residuos de electrolito. Las soluciones hidrometalúrgicas utilizadas en la recuperación de metales son muy ácidas. La combinación de partículas cortantes y productos químicos agresivos acelera el desgaste de cualquier bomba que no esté configurada específicamente para este servicio.

¿Cuáles son los riesgos concretos de utilizar una bomba para litio inadecuada?

Las consecuencias de una selección errónea de la bomba a lo largo de toda la cadena de suministro de la industria del litio pueden aumentar los siguientes casos de riesgo:

• Rotura prematura del diafragma cuando los elastómeros no son compatibles con la composición química real del fluido.
• Bloqueo de las válvulas de bola con sólidos gruesos o pegajosos cuando el paso de la válvula es demasiado pequeño en relación con la granulometría real del fluido transferido.
• Fugas en las juntas de circuitos ácidos o con disolventes cuando se utilizan bombas con juntas mecánicas convencionales, con riesgos para la seguridad y pérdida de producto.
• Contaminación de las celdas de la batería cuando hay cobre u otros metales incompatibles en el recorrido en contacto con la suspensión electrodica.
• Inestabilidad del proceso en las líneas de recubrimiento cuando la pulsación incontrolada de la bomba provoca variaciones en el espesor del recubrimiento sobre la lámina electrodica.
• Avería en zona ATEX cuando se instalan bombas no certificadas en áreas con vapores de NMP, reactivos inflamables u otras atmósferas potencialmente explosivas.

Cada fallo tiene un coste directo que consiste en una parada de producción, producto a desechar, incidentes de seguridad y, en caso de contaminación en la producción de celdas, defectos de calidad que pueden no detectarse hasta que la batería ya está en servicio.

¿Por qué las bombas AODD para litio son la solución más eficaz?

Las bombas de doble diafragma accionadas por aire comprimido (AODD) satisfacen todo el espectro de requisitos de las aplicaciones de litio, algo que difícilmente puede replicar una única tecnología de bombeo alternativa.

• Diseño sin sellos mecánicos: las bombas AODD no tienen sellos mecánicos en el eje. La contención del producto depende de la integridad del diafragma, lo que elimina las fugas crónicas en circuitos con ácidos, disolventes y soluciones cáusticas.
• Tolerancia al funcionamiento en seco: los pozos de recogida en las minas, los trasvases desde contenedores IBC y las operaciones en reactores discontinuos implican, en todos los casos, una alimentación intermitente. Una bomba AODD soporta condiciones de funcionamiento en seco sin sufrir daños. Este es un requisito que limita el uso de bombas centrífugas en aplicaciones con alimentación discontinua o riesgo de funcionamiento en seco, típicas de muchas fases mineras y de procesos discontinuos.
• Capacidad para manejar fluidos densos con sólidos en suspensión: la geometría de válvulas de bola de gran paso permite el trasvase de mezclas densas con partículas en suspensión, con un contenido significativo de sólidos y granulometría irregular, sin obstrucciones, incluidas suspensiones minerales gruesas en la minería y mezclas de baterías trituradas en el reciclaje.
• Total configurabilidad de los materiales: cuerpo de PVDF con diafragmas e interiores de PTFE para circuitos ácidos y con disolventes, PP para salmueras alcalinas, AISI 316L para entornos químicamente agresivos con abrasión moderada. Configuraciones sin cobre disponibles para las líneas de producción de celdas.
• Conformidad ATEX: las bombas AODD, accionadas por aire, son especialmente adecuadas para entornos clasificados como ATEX si se configuran con materiales conductores y las certificaciones pertinentes. Hay configuraciones certificadas disponibles para zonas con vapores de NMP, gases ácidos o reactivos inflamables.
• Control del caudal sin válvulas adicionales: el caudal se regula mediante la presión y el volumen del aire de alimentación. Esto simplifica la instalación en aplicaciones por lotes y de dosificación y permite una respuesta rápida a las variaciones de las condiciones del proceso.

Ventajas de la bomba AODD en la cadena de suministro del litio

¿Está pensando en adquirir una bomba para litio en el sector minero, de fabricación de baterías o de reciclaje?

Cada fase de la cadena de suministro del litio requiere una configuración de bomba específica. El equipo técnico de Debem le ayuda en la selección, desde la recopilación de datos de proceso hasta la verificación de la compatibilidad de los materiales, la conformidad con ATEX y la integración en línea, para aplicaciones que van desde suspensiones minerales hasta líneas de recubrimiento de electrodos y la alimentación de filtroprensas para mezclas de baterías trituradas. Póngase en contacto con el equipo de Debem para recibir asesoramiento técnico sobre su aplicación de litio

Preguntas frecuentes sobre la bomba para litio y la selección de AODD

¿Puede una sola configuración de bomba AODD cubrir todas las etapas de la producción de litio?
No. Cada etapa tiene un perfil de fluido distinto. Una configuración optimizada para el trasvase de lixiviado ácido con sólidos en suspensión en la minería no es adecuada para la suspensión electrolítica a base de NMP en la producción de celdas. La plataforma AODD es común a todas las etapas; la configuración de los materiales debe especificarse individualmente para cada aplicación.

¿Por qué es obligatoria la construcción sin cobre en la producción de celdas de batería?
Los iones de cobre introducidos en la suspensión de electrodos durante el transporte provocan contaminación electroquímica en la célula acabada, lo que da lugar a cortocircuitos internos y a una pérdida prematura de capacidad. Incluso las trazas mínimas constituyen un defecto de calidad crítico. Todos los componentes metálicos en contacto con el fluido deben verificarse para garantizar que no contienen cobre antes de su instalación.

¿Cuál es la función de un amortiguador de pulsaciones en las líneas de suspensión electrodica?
Las bombas AODD producen un flujo pulsante. En aplicaciones de recubrimiento electrolítico, la pulsación no controlada provoca variaciones en el espesor del recubrimiento sobre la lámina, lo que afecta directamente a la uniformidad y al rendimiento de la celda de la batería. Un amortiguador de pulsaciones correctamente dimensionado reduce la variación del flujo dentro de las tolerancias de proceso aceptables y es parte integrante de la instalación de la bomba, no un accesorio opcional.

¿Son adecuadas las bombas AODD para alimentar filtros de prensa en el reciclaje de baterías?
Sí. Las bombas AODD se adaptan automáticamente al aumento de la contrapresión que se produce con la formación del panel filtrante y toleran la contrapresión sin sufrir daños ni atascos. Además, funcionan en seco de forma segura al final del ciclo de filtración, una característica que las bombas centrífugas no ofrecen.

¿Qué corrección de altitud es necesaria para las instalaciones en las minas andinas?
Las operaciones en Chile, Argentina y Perú se desarrollan con frecuencia a una altitud de entre 3.500 y 4.500 metros sobre el nivel del mar. A gran altitud, la menor densidad del aire reduce la masa de aire disponible por ciclo, lo que afecta al caudal máximo y a la presión de salida con respecto a las especificaciones a nivel del mar. Los factores de corrección por altitud deben aplicarse en la fase de dimensionamiento del suministro de aire y de selección del modelo; deben solicitarse explícitamente al proveedor en la fase de especificación.