随着绿色低碳转型和新能源汽车快速发展,广泛应用于动力电池的正负极材料、电解液等重要组件中的锂,因其产量和需求被不断推高,得到了“白色石油”的名号,战略地位日益凸显。
图源:AI生成
目前,矿石提锂和盐湖提锂是两种主要的提锂方式。但这两种技术也面临着污染环境、开发生产周期长、水资源和电力资源消耗巨大等问题。
其中盐湖提锂则提取工艺复杂、建设周期长、整体效率低,由于复杂盐湖化学条件和极高环境保护要求,盐湖中的锂资源目前难以大规模开采利用,成为了制约产业发展的一大瓶颈。
为了应对这些挑战,直接盐湖提锂(DLE)技术应运而生。然而,由于锂、镁离子物化性质相近,吸附法、膜分离法等新技术在实际应用中仍面临分离效率低、材料合成复杂、运行不稳定等挑战,难以有效处理高盐度和成分复杂的盐湖卤水。
近日,澳大利亚蒙纳士大学、苏州工业园区蒙纳士科学技术研究院李之考博士,联合澳大利亚昆士兰大学、澳大利亚技术科学与工程院院士张西旺教授,成功开发了一种采用乙二胺四乙酸(EDTA)辅助的疏松纳滤膜工艺(EALNF),实现了对盐湖锂资源的高效提取,并同时实现了盐湖镁资源的增值利用。
相比传统的蒸发-沉淀工艺,该工艺省去了耗时的盐田晾晒步骤,将生产周期从1~2年大幅缩短至1~2个月。同时,通过两级过滤,锂离子全流程回收率高达90%,远超传统的蒸发-沉淀法(30—50%)。
10月22日,这一突破性成果发表在Nature Sustainability期刊上。
李之考博士10月23日在接受《每日经济新闻》记者采访时表示, 该工艺可以显著提高盐湖盐水的锂回收率,从目前的30%~50%提高到80%~90%,也就是说,与传统方法相比,新方法可以将相同数量盐水的碳酸锂产量有效提高一倍,同时将生产周期减少90%。
从盐湖卤水中可持续提取锂并联产氢氧化镁 图源:Nature Sustainability
01
大幅提升锂镁分离率
盐湖卤水中的锂资源在全球锂资源中占据主导地位,资源丰富、成本低。但盐湖或者海洋中,锂离子通常以次要成分存在于卤水中,与难以分离的物理化学性质相似的镁、钙、钠等阳离子混合,这使得分离过程变得复杂。
业内人士指出,由于盐湖和海水中锂的浓度较低,因此在提取之前通常需要进行盐水淡化,这使得这种方法的总体成本比其他技术高出 10 倍以上。
为应对上述挑战,李之考博士研究团队开发出了EALNF工艺,通过EDTA与镁离子的选择性螯合作用,显著放大了锂、镁离子在电性和尺寸上的差异,实现了锂资源的高效提取以及镁资源的有效增值利用。
在处理高盐度、多组分的卤水时,该工艺利用 利用EDTA 4?对 Mg 2+ 的强结合亲和力实现了接近100%的镁截留率,锂离子通量达到4.34 mol·m -2 ·h -1 ,锂镁分离系数高达约679,相较于现有纳滤技术提高了一个至两个数量级。
蒸发—沉淀法与EALNF工艺的锂提取对比图 图 源:Nature Sustainability
相比传统的蒸发—沉淀工艺, 新工艺省去了耗时的盐田晾晒步骤,将锂离子的生产周期从1~2年大幅缩短至1~2个月,能更有效响应快速变化的市场需求。
而且,EALNF工艺在经济性与环境友好性方面也表现突出。 该工艺可在不稀释或仅少量稀释卤水的条件下运行,显著减少了淡水消耗,且每生产一吨碳酸锂能够产生251.9立方米的淡水,这对水资源紧缺的盐湖地区尤为重要。
与之对应的是, 在传统的盐湖提锂工艺中,每生产一吨碳酸锂需要超过 500 立方米的淡水,则会加剧盐湖地区的水资源短缺问题。
EDTA与镁离子的选择性结合示意图 图 源:Nature Sustainability
此外, EALNF工艺还能有效转化盐湖镁资源。
为提高工艺的经济性并最大限度地减少环境影响,研究团队实现了接近100%的EDTA回收,同时能够持续循环并在室温下产生有价值的氢氧化镁纳米结构,在橡胶阻燃、生物医药、碳捕集、污水处理等领域具有广泛应用。
02
可将碳酸锂产量提升一倍
数据显示,在我国锂资源构成中,盐湖卤水占比高达70%以上。盐湖作为国内储量最大的锂资源类型,对于保障国内锂资源的供给具有重要的意义。但我国盐湖锂浓度不高,成分复杂,特别是 Mg/Li 高,技术通用性差。
目前已有的提锂技术中,沉淀法在低 Mg/Li 卤水中具有较好的应用效果,但提锂周期长,Mg/Li 过高沉淀剂消耗量大,提锂效率得不到保障。溶剂萃取提锂效率较高,可以根据卤水的类型选择不同的萃取剂,但过程中萃取剂损失较大。
此次提出的疏松纳滤膜工艺(EALNF)则可以在最少试剂消耗下显著提高盐湖盐水的锂回收率, 从目前的30%~50%提高到80%~90%。 也就是说,与传统蒸发-沉淀法相比,新方法可以将相同数量盐水的碳酸锂产量有效提高一倍。
盐湖卤水资源的综合利用及经济性分析 图 源:Nature Sustainability
对于新技术的应用前景,李之考博士在接受采访采访时指出, 尽管目前的结果是利用小型设备在实验室规模下获得的,但EALNF工艺过程中的核心操作单元已经具有高技术准备水平(TRL),在其他场景下实现了工业规模的应用。
他补充称,“我们目前正在为试点和现场测试寻求资金,这是大规模应用的关键步骤。根据这些测试的结果,可能需要1~3年的时间才能大规模实施EALNF应用。”
在经济性方面,研究团队通过物料流分析评估了新工艺的可行性。
以龙木措湖卤水为例, 新工艺不仅能生产电池级碳酸锂,还能同时生产纳米结构的Mg(OH) 2 ,EALNF方法在生产每吨Li2CO3的利润上比传统方法高出380.57%,如果考虑提高的锂回收率,利润可能超过传统方法的494.65%。
与其他盐湖提锂技术相比,新技术具有较高的工业成熟度,流程简便等优势,具有广阔的工业应用前景。
同时,EALNF 工艺代表了锂提取技术的根本转变,为解决锂供应短缺和盐湖盐水中大量镁废物的关键挑战提供了直接、适应性强且环境友好的新解决方案。
0人已收藏
0人已打赏
免费2人已点赞
分享
水处理
返回版块42.36 万条内容 · 1445 人订阅
阅读下一篇
污水处理设施运营现场技术总结污水处理设施的运行管理同其他行业一样,是污水处理全流程进行计划、组织、控制和协调等各种管理工作的总称。本文收集了一些关于污水处理设施运营方面的技术总结,希望对您有所帮助。 1、污水处理厂组织结构 污水厂生产运行功能主要由厂部、运营部(包括中心控制室和各工段)、动力维修部(包括电工班和维修组)与化验室实现,由运营部指导各工段的运行工作。污水厂的动力与设备维护体系主要由日常维护、定期检修、故障维修与改善维修组成。
回帖成功
经验值 +10
全部回复(1 )
只看楼主 我来说两句 抢板凳好资料,对于盐湖开发利用具有很好的参考价值,谢谢楼主分享
回复 举报