Em um projeto de inovação que visa a produção do isótopo de lítio 7 enriquecido, o Instituto, que é referência na técnica de separação por troca iônica, agora mantém equipamentos com tecnologia de ponta, que estão apoiando a fase de pré-produção em escala do composto

A parceria resultou em uma das iniciativas mais inovadoras do Brasil na separação isotópica do lítio 6 e 7, além de trazer à luz mais uma das áreas de aplicação da espectrometria de massas

Por Milena Tutumi

A parceria entre o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, unidade da Comissão Nacional de Energia Nuclear (IPEN/CNEN) e a Companhia Brasileira de Lítio (CBL) resultou em uma das iniciativas mais inovadoras do Brasil na separação isotópica do lítio 6 e 7, além de trazer à luz mais uma das áreas de aplicação da espectrometria de massas. O próximo passo é produzir o isótopo de lítio-7 em escala, para atender a indústria nuclear e outros mercados em ascensão.

Sob coordenação dos doutores Oscar Vega e Marycel Barbosa, o projeto teve início com uma tese de mestrado. Durante esse processo, que marcou a fase 1 do projeto, foi feita a purificação do lítio em nível maior que 99,99%, com a utilização de Espectroscopia de Emissão Atômica por Plasma Acoplado (ICP-OES). O lítio é injetado e ionizado totalmente, como explica o Dr. Vega.

O cenário favorável para a utilização do lítio em diversas aplicações, entre a produção de baterias de carro e telefones celulares, em fórmulas farmacêuticas ou na indústria nuclear para a geração de energia, fez com que a CBL vislumbrasse o potencial desse trabalho e estabelecesse um acordo de parceria em pesquisa, desenvolvimento e inovação com o Ipen, formalizado em setembro de 2020, com o objetivo de produzir o isótopo de lítio-7 por meio do processo de troca iônica.

Essa técnica é aplicada em processos de purificação de matérias-primas, separação e descontaminação de soluções aquosas e vem sendo executada pelo Ipen há muitas décadas, como no manejo de terras raras. Do outro lado, a CBL é especialista na extração e beneficiamento do minério espodumênio, do qual produz em torno de 480 toneladas de Carbonato de Lítio e 420 toneladas de Hidróxido de Lítio.

Com o apoio administrativo da Fundação de Desenvolvimento da Pesquisa (Fundep), também signatária do documento, espera-se com o acordo que a produção do lítio-7 alcance a abundância de 99,95% para atender a indústria nuclear, e o Brasil independa totalmente de compras externas. Hoje o país ocupa a quarta posição na produção mundial do lítio.

Um importante passo dessa parceria foi a instalação do primeiro laboratório de separação por troca iônica de lítio, que foi alocado a partir da reforma total de um dos laboratórios do Centro de Química e Meio Ambiente (CEQMA). Além de toda a infraestrutura necessária, o projeto incluiu a aquisição do equipamento ICP-MS (Inductively coupled plasma – Mass spectrometry). Os primeiros ensaios no laboratório aconteceram em dezembro de 2021.

A importância da espectrometria de massas 

“O campo para o espectrometrista de massa é muito vasto e está muito valorizado. O Ipen atua como uma escola, na especialização dessa mão-de-obra especial”

A fase 2, que deve alcançar nos próximos meses a meta de enriquecimento do lítio-7, ocorre com a otimização de procedimentos e a combinação de diferentes reagentes e resinas para entender quais são os melhores parâmetros para a separação dos compostos. “Esse é o momento em que utilizamos o espectrômetro de massa ICP-MS. A técnica separa os íons de lítio 6 e 7 e apresenta a proporção de cada isótopo”, explica o coordenador do projeto.

O Dr. Vega também chama a atenção para o trabalho do Ipen na formação dos profissionais que trabalham com a técnica: “O campo para o espectrometrista de massa é muito vasto e está muito valorizado. O Ipen atua como uma escola, na especialização dessa mão-de-obra especial”, exalta.

Os benefícios ambientais da separação por troca iônica 

O especialista explica que a técnica atual de separação utilizada no laboratório do Ipen apresenta muitos ganhos em relação ao método utilizado até então, com mercúrio, que é altamente tóxico para o meio ambiente e para os profissionais. A separação por troca iônica não agride o ambiente e já é bem mais difundida em países como Japão e Estados Unidos.

No momento, o Dr. Vega está escrevendo a patente brasileira de separação de Hidróxido de lítio 7 e, em breve, a próxima estratégia é a fase 3, visando a produção do composto em escala em uma usina piloto, que deve chegar inicialmente a 12 toneladas.

Equipe do projeto: Coordenadores Dr. Oscar Vega e Dra. Marycel Barbosa, pesquisadores Dr. Vanderlei Bermaschi, Dr. João Coutinho Ferreira, técnicos Edson Takeshi, João Andrade, as bolsistas Dra. Juliana Otomo, Msc Maíse Gimenez e Bsc Mariana Andrade.

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espectrometria de massas, separação isotópica do lítio 6 e 7

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