Veľké novinky prírody: Extrakcia lítia z nekvalitných soľaniek

Názov: Extrakcia lítia z nekvalitných soľaniek
Časopis: Nature
DOI: 10,1038/s41586-024-08117-1

Lítium ako dôležitý materiál v batériovom priemysle zohráva kľúčovú úlohu pri podpore elektrických vozidiel a systémov skladovania obnoviteľnej energie vďaka svojej vynikajúcej hustote energie a stabilite.

Tradičné metódy ťažby lítia sa však spoliehajú na tvrdé horninové rudy a vysokokvalitné zdroje soľanky, ktoré nielenže spotrebúvajú veľa energie a majú veľké emisie uhlíka, ale vedú aj k vyčerpaniu podzemných vôd a ekologickým škodám.

S rastúcim dopytom po lítiu a rastúcim nedostatkom zásob sa kľúčom k riešeniu tohto problému stal vývoj efektívnej technológie na extrakciu lítia z nízkokvalitných soľaniek.

Tento prehľad systematicky sumarizuje najnovšie technológie na extrakciu lítia z nízkokvalitných soľaniek, vrátane zrážania, extrakcie rozpúšťadlom, adsorpcie, membránovej separácie a elektrochemickej separácie, a navrhuje budúce smery vývoja.

Tieto technológie riešia problémy nízkej koncentrácie lítia a vysokého pomeru horčíka k lítiu, zlepšujú účinnosť získavania lítia optimalizáciou separačného procesu a znižujú vplyv na životné prostredie, čím poskytujú inovatívnu cestu pre trvalo udržateľný rozvoj zdrojov lítia.

Šírka zdrojov

Zdroje slabej soľanky sú široko distribuované, pokrývajú sedimentárnu vodu, geotermálne tekutiny, vodu z ropných polí a morskú vodu, čo poskytuje potenciál na diverzifikáciu dodávok lítia.

Diverzifikované technológie ťažby

Od tradičných precipitačných metód až po pokročilú elektrochemickú separáciu rôzne technológie preukázali potenciál na použitie vo vysokom pomere horčíka k lítiu a v roztokoch lítia s nízkou koncentráciou.

Šetrnosť k životnému prostrediu

Vývoj technológie umožnil znížiť plytvanie vodnými zdrojmi a znečistenie salinizáciou počas extrakcie lítia, čo poskytuje možnosť extrakcie zeleného lítia.

Vyhliadky do budúcnosti

Navrhuje sa optimalizovať proces extrakcie lítia prostredníctvom spolupráce medzi doménami a technologickej integrácie, čím sa poskytne praktický návod na vývoj zdrojov soľanky nízkej kvality.

Obrázok 1: Súhrn výsledkov distribúcie a ťažby hlavných zdrojov lítia vo svete

Obrázok ukazuje distribúciu koncentrácie lítia a pomer horčíka k lítiu v rôznych vodných útvaroch, ako aj experimentálne údaje rôznych technológií extrakcie lítia. Výsledky ukazujú, že zdroje slabej soľanky sú bohaté, ale je potrebná cielená optimalizačná technológia.

Obrázok 2: Analýza mechanizmu technológie extrakcie rozpúšťadlom a adsorpcie

(a) Princíp binárneho synergického extrakčného systému TBP-FeCl3. (b) Vrstvená štruktúra a mechanizmus extrakcie lítia adsorbenta Li/Al-LDH. (c) Metódy na zvýšenie stability adsorbentov počas recyklácie, vrátane povrchovej úpravy a dopovania heterogénnymi atómami.

Obrázok 3: Schematický diagram membránovej separačnej technológie

(a) Donnanový vylučovací efekt v nanofiltračnej membráne blokuje ióny horčíka. (b) Princíp separácie lítiového pevného elektrolytu pomocou elektrického pohonu. (c) Experimentálne výsledky zvýšenia koncentrácie lítia v podmienkach morskej vody, ktoré ukazujú vysokú účinnosť technológie.

Obrázok 4: Systém elektrochemickej extrakcie lítia

a) Schematický diagram jednokomorových a dvojkomorových systémov. (b) Porovnanie pracovného potenciálu a potenciálu vývoja vodíka/kyslíka rôznych materiálov elektród. (c) Kryštalická štruktúra a kapacita extrakcie lítia elektródových materiálov LiFePO₄ a LiMn₂O4

Obrázok 5: Súhrn základných princípov extrakcie lítia

Tento obrázok sumarizuje hnacie sily extrakcie lítia vo forme energetického diagramu, vrátane rozdielov v dehydratačnej energii, difúznej a mriežkovej energii, a poukazuje na to, že selektivitu a účinnosť extrakcie lítia možno ďalej zlepšiť optimalizáciou týchto faktorov v budúcnosti. .

Prehľad ukazuje, že extrakcia lítia z nízkokvalitnej soľanky môže nielen zmierniť nedostatok zdrojov lítia, ale tiež poskytnúť možnosť pre model výroby zeleného a nízkouhlíkového lítia. V budúcnosti je potrebné pokračovať v hĺbkovom výskume dizajnu separačných materiálov, využitia energie a optimalizácie procesov, aby sa dosiahla komercializácia a širšie uplatnenie technológie.