Lithium Minerals and their Applications in the “Glass Age”

Jesús Ma. Rincón; Pio  Callejas Gómez; Manuel M.  Jordán Vidal

doi:10.3989/egeol.45713.1139

Authors

Jesús Ma. Rincón Científico Colaborador Honorífico, UMH (Universidad Miguel Hernández) -Elche, Departamento de Agroquínica y Medio Ambiente, UMH-Elche https://orcid.org/0000-0003-1910-1445
Pio Callejas Gómez Científico Colaborador Honorifico de la UMH (Universidad Miguel Hernández) -Elche, Departamento de Agroquínica y Medio Ambiente, UMH-Elche https://orcid.org/0000-0001-5568-4030
Manuel M. Jordán Vidal Catedrático de Edafología y Química Agrícola, Departamento de Agroquímica y Medio Ambiente, UMH-Elche https://orcid.org/0000-0003-2334-4802

DOI:

https://doi.org/10.3989/egeol.45713.1139

Keywords:

Lithium Minerals, glasses, glass-ceramics, rock wastes, research Spanish evolution

Abstract

A brief review is provided of the applications of lithium mineral resources for the manufacture of vitreous materials: glass, enamels, and glass-ceramics. First, are reviewed the general situation regarding lithium applications in other fields of products and main sources of lithium-containing minerals and rocks are also reviewed. It is shown and described the pioneer research conducted in Spain in last decades for the crystallization of glasses in the Li_₂O-SiO_₂ binary system, without and with oxide nucleating agents, as well as the use of this basic system for the formulation of new glasses and glass-ceramics with applications as neutron absorbent materials. Otherwise, it is reviewed the results in the obtaining of those vitreous materials formulated from Spanish and Portuguese lithium minerals of amblygonite, lepidolite, vermiculite, and muscovite mining wastes. Main conclusion it was that is possible to obtain aventurine glass-ceramics where is formed a new lithium phosphate spodumene with surface segregation of iron oxides. Finally, the main future prospects in this field are discussed.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Aleixandre, V. & Fernández- Navarro, J. M. (1964). Compuestos de litio y sus aplicaciones en vidriados,esmaltes y vidrios. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 3, 121-139.

Aleixandre, V. (1973). El Vidrio en la Tecnología Moderna [Discurso de ingreso en la Real Academia de Farmacia]. Instituto de España, Madrid.

Aleixandre, V., González-Peña, J. M. & Rincón, J. Ma. (1971). Cristalización de vidrios del sistema Li2O-MgO-Al2O3-SiO2 observada fundamentalmente por microscopía electrónica. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 10(3), 141-165.

Aubert, G. (1963). Le Lithium. Editions Bureau Recherches Geologiques et minières, Paris, 15(2), 23-93.

Avilés, M. A., Justo, A, Sánchez- Soto, P. J. & Pérez, J. L. (1993). Aplicación de las vermiculitas andaluzas a la síntesis de cerámicas avanzadas. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 32(2), 101-112.

Barrachina, E., Calvet, I, Llop, J., Notari, M. D., Rincón, J. Ma. & Carda, J. B. (2018). Six decades of glass-ceramics from discovery to their functional applications. In K. Narang (Ed.), Glass-Ceramics: Properties, Applications and Technology (pp. 1-36) Nova Science Publishers Inc.

Callejas, P. (1988). Obtención, microestructura y propiedades de materiales vitrocerámicos con efectos aventurina. Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias.

Callejas, P & Rincón, J. Ma. (2012) Nuevos materiales vitrocerámicos del sistema Li2O- SiO2 para restauración dental. In H. Aguiar, P. Serra & P. González (Eds.), Vidrios y vitrocerámicos bioactivos. Nuevos retos hacia la medicina regenerativa (141-156). Netbiblo S.L.

Casasola, R., Rincón, J. Ma. & Romero, M. (2012). Glass-ceramics glazes from inorganic wastes, Journal of Materials Science, 47, 553-582.

Charoys, B., Charoys E., Noronhas, F. & Limas, A. (2001). Spodumene- petalite- eucryptite: Mutual relationships and pattern of alteration in Li- rich aplite- pegmatite dykes from northern Portugal. The Canadian Mineralogist, 39, 729-746.

Colombo, P., Brusatin, G., Bernardo, E. & Scarinci, G. (2003). Inertization and reuse of waste materials by vitrifi cation and fabrication of glass-based product. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 7, 225-239.

Dalal, K. H. & Davis, R. F. (1977). Beta-spodumene- mica glass-ceramics. I, Phase evolution and microstructure. American Ceramic Society Bulletin, 56 (11), 991-997.

Das, S. K. & Thakur, R. L. (1970). Glasses and glass-ceramics from lepidolite-calcia- magnesia-titania. Glass and Ceramic Bulletin. 17(1), 10-30.

Deubener, J., Allix, M., Davis, M., Duran, A., Höche, T., Honma, T., Komatsu, T., Krüger, S., Mitra, I., Müller, R., Nakane, S., Pascual, M., Schmelzer, J., Zanotto, E., & Zhou, S. (2018). Updated definition of glass-ceramics. Journal of Non-Crystalline Solids, 501, 3–10.

Dondi, M., Andreola, F., Bueno, S., Carvalho, J., Cotes, M. T., Garcia-Ten, J., Labrincha, J., Lisboa, V., Martinez, C., Perez Villarejo, L, Rambaldi, E., Rincón, J. Ma. & Seabra, P. (2018). Catalogue of Ceramic Raw Materials and Potential Substitutes, European Union EIP-RMs, Commitment CRAM, paper 18-05.

Dorpinghaus, W. T. (1918). Ambligonite-tin deposits at Caceres, Spain, Journal of the Chemical. Society. 114 (2), 79.

Dubrovo, S. K. & Grebenshchikov, I. V. (1964). Vitreous lithium silicates. Properties and Applications. Nauka Editor, Leningrado. Translated to english by Consultans Bureau Enterprises, Inc. New York.

Durán A. & Parker, J. M. (Eds.) (2024). Celebrating glass, achieving sustainability, inspiring transformation. CSIC, Coleccion Divulgación.

Ebensperger, A., Maxwell, P. & Moscoso, C. (2005). The lithium industry: Its recent evolution and future prospects. Resources Policy, 30, 218-23.

Fang, P. A. & Wu, Z. P. (2002). Effect of microstructural evolution on the properties of lepidolite glass-ceramics. Journal of European Ceramic Society, 22, 1381-1385.

Fernández Arroyo, G. & Prod’homme, M. (1972). Estudio de la devitrification de vidrios del sistema P2O5-Al2O3-Li2O. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 11 (5), 277-295.

Fernández-Navarro, J. M. (1968). Nucleación y Cristalización en los vidrios. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 7 (4), 431-438.

Fernández-Navarro, J.M. (2003). El Vidrio. Editorial CSIC.

Foote Mineral Company (1955). Catalogue of Foote Petalite: Available in Three Commercial Grinds, Philadelphia.

García-Guinea, J. (2024), Afloramientos Naturales de Litio en España, In J. Ma. Rincón & M. Jordan (Eds.) LITIO. Recursos y Aplicaciones en la Economía Circular (pp. 11-22) Universidad Miguel Hernández. https://hdl.handle.net/11000/33814

García-Guinea, J. & Rincón, J. Ma., (1988). Los vidrios y materiales vitrocerámicos como posibles gemas artificiales. Boletín del Instituto Gemológico Español, 30, 22-36.

Garcia-Verduch, A. & Moya-Corral, J. S. (1970), Formación de eucriptita a partir de caolín y carbonato de litio. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 9(6), 697-720.

Glass, B. P. (2016). The Geologic Connection. International Journal of Applied Glass Science, 7(4), 435-445.

González Garcia, F., Fontboté, J. M. & Garcia- Ramos, G. (1960). Yacimiento de Santa Olalla (Huelva). II. Estudio fisico- quimico y mineralogico de las rocas del yacimiento. Anales de Edafología y Agrobiología, 7-8, 339-431.

González-Peña, J. M. & Rincón, J. Ma., Patents (1977a). Procedure for the manufacture of slow neutrons absorber glass-ceramics for the nuclear industry (Spain patent no. 443366). Oficina Española de Patentes y Marcas, book 1443, sheet 116.

González-Peña, J. M. & Rincón, J. Ma., Patents (1977b). Procedure for the manufacture of slow neutrons absorber glasses for the nuclear industry (Spain patent no. 443367). Oficina Española de Patentes y Marcas, book 1443, sheet 116.

Gourcerol, B., Gloaguen, E., Melleton, J., Tuduri, J. & Galiegue, X. (2019). Re-assessing the European lithium resource potential- A review of hard-rock resources and metallogeny. Ore Geology Reviews, 109, 494-519.

Gozalbo, A., Gozalbo, A., Orts, M. J., Mestre, S, Gómez, P., Agut, P., Lucas, F., Belda, A., Blanco, C. (2006). Ceramic Glazes with Aventurine Effect. Proceedings of IX World Congress on Ceramic Tile Quality, Castellon, Spain, 189-202.

Grosjean, C., Herrera Miranda, P, Perrin, M & Poggi, Ph. (2012). Assessment of world lithium resources and consequences of their geographic distribution on expected development of the electric vehicle industry. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16, 1735-1744.

Höland, W., & Beall, G. (2019). Glass‐Ceramic Technology. Willey.

IGME (1975). Monografías de sustancias minerales: Litio. Coleccion-Informe, 37, Servidio de Publicaciones del Instituto Geológico y Minero de España.

Izquierdo, G & West, A.R. (1979). Phase Equilibria in the Li2O-Cr2O3-SiO2 system. Journal of the American Ceramic Society, 62: (3-4) 136-137.

James, P. F. & McMillan, P. W. (1971). Transmission electron microscopy of partially crystallised glasses. Journal of Materials Science, 6(11), 1345-1349.

Jiménez Calvo, I., Valle-Fuentes, F. J. & Alvarez-Estrada, D. (1976). Dificultades que presenta el análisis completo de una ambligonita, Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 1(4-5), 237-239.

Karkhanavala, M. D. & Hummel, F.A. (1953). Reaction in the system Li2O.MgO.Al2O3.SiO2. I, Cordierite-spodumene Join. Journal of the American Ceramic Society, 36(12), 393-397.

Lithium Corporation of America (1970). Annotated Bibliography of Literature of Lithium, august 7. Ellestad Research Laboratories.

Manfredini, T., Pellacani, G. C. & Rincón, J. Ma. (Eds.) (1997). Glass-ceramics: Fundamentals and Applications. Mucchi Editores, Modena.

Mazurin, O. V., Streltsina, M. V. & Shvaiko-Shvaikosvskaya, T. P. (1983). Handbook of Glass Data. Part D. Elsevier, Amsterdan.

McMillan, P. W. (1979). Glass-Ceramics (2nd ed.). Academic Press, London and New York.

Monrós, G., Cerro, S., Esteve, V. & Llusar, M. (2019). Inorganic pigments from wastes as secondary raw materials. In M. M. Jordan, O. Pinet & J. Ma. Rincón (Eds.) Vitrification and Geopolymerization of Industrial Wastes (pp. 117- 155), UMH-Elche, Alicante.

Nuernberger, R. B.; Bello, T. S.; Fokin, V. M.; Zanotto, E. D & Rodrigues, A. C. M. (2019). Non-stoichiometry crystallization of Li2SiO3-CaSiO3 glasses: Residual glass composition. Journal of Non-Crystalline Solids, 510, 158-165.

Ojovan, M. I. & Lee, W. E. (2007), New Developments in Glassy Nuclear Wasteforms. Nova Science Publishers, New York.

Pellón-González, I. (2014). From Gods to men: A historical overview of the discovery of the chemical elements. Estudios Geologicos, 70(2), 1-17.

Perejón-Rincón, A. (2023). El Instituto Lucas Mallada de Investigaciones Geológicas, CSIC (1943-1979). Editorial CSIC, Madrid.

Pesquera, A., Roda-Robles, E., Gil-Crespo, P. P., Valls, D. & Ruiz, J. T. (2020). The metasomatic enrichment of Li in psammopelitic units at San José-Valdeflórez, Central Iberian Zone, Spain: a new type of lithium deposit. Scientific Reports, 10(1), 1-11.

Pye, L. D. (2016). Arrival of the Glass Era Affirmed. International Journal of Applied Glass Science, 7(4), 407-408.

Regueiro, M. & Lombardero, M. (1997). Innovaciones y avances en el sector de rocas y minerales industriales. Ilustre Colegio de Geólogos, Madrid.

Rincón, J. Ma. (1992). Principles of nucleation and controlled crystallization of glasses. Polymer Plastics and Technology, 31(3-4), 309-357.

Rincón, J. Ma. (2005). Materias Primas para la Industria del Vidrio. In Cura, M. A. Del &. J. C. Cañaveras (Eds.) Seminarios de la Sociedad Española de Mineralogía (pp. 49-74). Universidad de Alicante.

Rincón, J. Ma. (2016). Materiales Vitrocerámicos: desde las cocinas a los telescopios [video]. YoTube. https://www.youtube.com/watch?v=fEM1xH-_sdg

Rincón, J. Ma. & Durán, A. (1982). Separación de fases en vidrios. El sistema Na2O-B2O3-SiO2. Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, Madrid.

Rincón, J. Ma., González, J. M. & Alcober, V. (1987). Electrical and neutron-absorbing properties of glasses and glass-ceramics and Properties characterization of glasses and glass-ceramics in the Li2O-CdO-SiO2 system. American Ceramic Society Bulletin, 66(7), 1120-1128.

Rincón, J. Ma. & Jordán, M. M. (2024). Litio: Recursos y Aplicaciones en la Economía Circular. Universidad Miguel Hernández, Elche. https://hdl.handle.net/11000/33814

Rincón, J. Ma., Barba, M. F., Locutura, J. & Valle, F. J. (1984). Obtençâo de vidros e de materiais vitrocerâmicos a partir de pegmatitas enriquecidas en micas de litio. Revista da Sociedade Portuguesa de Ceramica. e Vidrio, 3(2), 87-98.

Rincón-Mora, B., Jordán, M. M. & Rincón, J. Ma. (2019). Chromium oxide additions in the lithium disilicate glass crystallization. Materials Letters, 179, 138-141.

Roda Robles, E. & Gil Crespo, P. P. (2019). La fiebre del litio: en busca de un elemento clave para la movilidad eléctrica. Revista de la Asociación Española para la Enseñanza de las Ciencias de la Tierra. 27 (1), 112-115. https://raco.cat/index.php/ECT/article/view/356271

Roda- Robles, E., Pesquera, A., Gil- Crespo, P. P., Vieira, R., Lima, A., Gárate-Olave, I., Martins, T. & Torres-Ruiz, J. (2016). Geology and mineralogy of Li mineralization in the Central Iberian Zone (Spain and Portugal). Mineralogical Magazine, 80(1), 103-105.

Roy, R., Roy, D. M. & Osborn, E. F. (1950). Compositional relations and stability between lithium aluminosilicates: eucryptite, spodumene and petalite, Journal of the American Ceramic Society, 33(5), 152-159.

Russell, A. M. B. (1987). Lithium. No shorter in supply. Industrial Minerals, (june), 22-39.

Sánchez, E, Garcia-Ten, J. & Regueiro, M. (2006). Materias primas para la industria cerámica española. Situación actual y perspectivas. Boletin Sociedad Española Cerámica y Vidrio, 45(1), 1-12.

Sánchez-Muñoz, L. & Carda-Castelló, J. (2003). Materias primas y aditivos cerámicos. In J. B. Carda, E. Cordoncillo & P. Escribano (Eds.), Enciclopedia cerámicas (pp. 219-251), Faenz Editrice Ibérica S.L.

Sánchez-Soto, J. P (2024). Sobre la declaración del año internacional del vidrio reconocido por la Organización de Naciones Unidas: Su origen, actividades y algunas reflexiones vítreas, Revista Cultural de Dos Hermanas, 183-187.

Santos-García, J. A. & Medina-Fernández, E. (1975). Emplazamiento Geológico y características de los filones mineralizados en ambligonita-casiterita de Valdeflorez (Cáceres). Tecniterrae, 4 (21), 32-38.

Sos-Baynat, V. (1962). Mineralogía de Extremadura. Boletin del Instituto Geológico y Minero de España, 53, 5-191.

Stookey, S. D. (1959) Catalyzed crystallization of glass in the theory and practice. Industrial & Engineering Chemistry, 51, 805-808.

Vicente-Mingarro, I. de, Callejas, P. & Rincón, J. Ma. (1993). Materiales vitrocerámicos. El proceso vitrocerámico. Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 32 (3), 157-167.

Vogel, W. (1985). Chemistry of Glass. The American Ceramic Society.

Zanotto, E. D. (2010). A bright future for glass-ceramics. American Ceramic Society Bulletin, 89(8), 19-22.