Modelo de optimización para la planificación estratégica de compuestos de litio con un alto valor agregado en México

Abstract

This project presents a mathematical programming approach to establish and operate a supply chain of high value-added lithium compounds in Mexico. The planning strategy considers the exploitation of natural resources such as brines rich in lithium and claydeposits for subsequent processing in a set of technologies adapted to the existing needs in the market and strategically located. Undoubtedly, the economic aspect is fundamental in this type of project, owing to this fact,the objective function consistsof maximizing profits from the sales of lithium derivative products, secondary products and even raw materials for export and external processing. However, the importance of the environmental aspect is also valued due to the high requirements and the wasteofwater in various stagesof the productiveprocess. In this sense, the developed approachconsiders this aspect through the implementation of unit operationsof separationallowingthe recovery of wastewater forthe processing of virgin brine, reducingthe freshwaterconsumption and making the process with a lowdependenceoflocal meteorological phenomena in the exploitation area. It is important to mention that in this work two models were developed: the first is based on processing by solar evaporation of virgin brine;while the secondoneincorporates the technologies mentioned abovesuch as membrane separation and reverse osmosis. Both models are mixed-integer nonlinear models and have general applicability for similar systems. Finally, to show the importanceof the models, two case studies with different scenarios are proposed, offering an exhaustive analysis consideringtheeconomic and the environmental pointsof view.

El presente proyecto presenta un enfoque de programación matemática para establecer y operar una cadena de suministro de derivados de litio de alto valor agregado en México. La estrategia de planificación considera la explotación de recursos naturales como salmueras ricas en litio y depósitos arcillosos para su posterior procesamiento en un conjunto de unidades con diversas tecnologías adaptadas a las necesidades existentes en el mercado y ubicadas estratégicamente. Sin duda, el aspecto económico es fundamental en este tipo de proyectos, por lo cual la función objetivo consiste en la maximización de las ganancias a partir de las ventas de los productos derivados de litio, productos secundarios e incluso materia prima para su exportación y procesamiento externo. Sin embargo, se valora también la importancia del aspecto ambiental debido a los grandes requerimientos y el desperdicio de agua en distintas etapas del proceso productivo. En este sentido, la metodología desarrollada considera este aspecto a través de la implementación de operaciones unitarias de separación que permiten la recuperación de agua residual para el procesamiento de salmuera virgen, reduciendo así el consumo de agua fresca y haciendo el proceso menos dependiente de los fenómenos meteorológicos locales de la zona de explotación. Es importante mencionar que en este trabajo se desarrollaron dos modelos: el primero se basa en el procesamiento mediante evaporación solar de la salmuera virgen; mientras que el segundo incorpora las tecnologías mencionadas anteriormente como separación por membrana y osmosis inversa. Ambos modelos son mixtos-enteros no lineales y tienen una aplicabilidad general para sistemas similares. Finalmente, para mostrar el alcance de los modelos, se proponen dos casos de estudio con escenarios diferentes, ofreciendo un análisis exhaustivo tanto desde el punto de vista económico como ambiental.