Caracterización estructural del litio en materiales geológicos

CHIARAMONTE, N.L.; BORDA, L.G.; PANNUNZIO MINER, E.; DEL BONO, D.A.; GARCIA, M.G.

Modalidad virtual

Congreso; Congreso Argentino de Técnicas Neutrónicas; 2021

Laboratorio Argentino de Haces de Neutrones y Comisión Nacional de Energía Atómica

Nuestra línea de trabajo está dedicada al estudio de las fuentes y de los procesos que controlan la distribución de litio entre las fases sólida y acuosa en ambientes hipersalinos. El objetivo final es entender la dinámica geoquímica de este elemento en los yacimientos de salmueras litiferas, que se encuentran actualmente en explotación en la región de la Puna. Nuestros primeros resultados revelan que las rocas aflorantes en las cuencas de los salares, son las principales fuentes de litio en salmueras en la región de la Puna. Además, en base a la correlación positiva observada entre las concentraciones de Li+ y Mg2+ en las salmueras, inferimos que el litio estaría alojado en micas ricas en Mg. Estructuralmente, esto puede explicarse por la similitud entre los radios iónicos del Li (0,76 Å; NC = 6) y el Mg2+ (0,79 Å; NC=6) (Shannon 1976), que permite la substitución isomórfica entre ambos elementos. Una vez que el litio es liberado a la solución, es transportado aguas abajo hasta la cuenca del salar donde se infiltra hasta los acuíferos desarrollados en profundidad. Los análisis químicos de los sedimentos profundos muestran un marcado enriquecimiento de este elemento en los niveles arcillosos, probablemente debido a que el Li puede ser adsorbido en la interlámina de las esmectitas o bien, incluirse como una impureza en los sitios octaédricos de la illita. El proceso de adsorción o de sustitución del litio en los filosilicatos da lugar al fraccionamiento de sus isótopos. Esto ocurre como consecuencia de que el 6Li queda preferentemente retenido en los minerales secundarios (por ejemplo, óxidos, hidróxidos y arcillas), mientras que el 7Li permanece en la solución. El grado del fraccionamiento isotópico depende del tipo de arcillas formada durante la meteorización. Así por ejemplo, los procesos de adsorción física ocurren principalmente en esmectitas y casi no producen fraccionamiento, mientras que los procesos de adsorción química ocurren sobre la superficie de caolinita o gibbsita y producen un fraccionamiento significativo. Asimismo, parte del litio medido en los sedimentos puede estar alojado en inclusiones fluidas en sales evaporiticas. La asociación del Li con los filosilicatos, tanto en la roca de origen como en los sedimentos acumulados en el salar no ha podido ser caracterizada estructuralmente, lo cual constituye uno de los objetivos de nuestro trabajo.Aporte de las técnicas neutrónicasDebido al número de electrones, el litio es casi indetectable mediante análisis de difracción de rayos X, ya sea de monocristal o de muestras en polvo. Tampoco es posible determinarlo mediante espectroscopia de absorción de rayos X (XAS). Por el contrario, las técnicas que usan neutrones térmicos, se distinguen con respecto a las de radiación sincrotrón por la alta sensibilidad hacia los elementos livianos, la capacidad de distinguir entre elementos con números atómicos muy similares, incluso entre isótopos de un mismo elemento y la gran capacidad de penetración. En nuestro caso, el uso de haces de neutrones para realizar experimentos de difracción sería crucial para determinar el sitio en donde es incorporado el Litio, y además, con experimentos de alta resolución, seríamos capaces de determinar el fraccionamiento isotópico del Litio entre el que es incorporado en la estructura del que queda segregado en las inclusiones fluidas o queda adsorbido en la superficie. Esto es posible ya que los dos isotopos del litio tienen longitudes de scattering muy diferentes b=2 (6Li) b=-2,2(7Li). Nuestras muestras tienen además la ventaja de encontrarse en gran cantidad, por lo que no tendríamos problemas en el uso de portamuestras estándares.