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美國(guó)能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）的化學(xué)家證實(shí)，地殼中一種廣泛存在的礦物氫氧化鋰對(duì)鋰的吸附能力比以前使用的吸附劑高出5倍。

利用新研制的工藝從礦山、油田和舊電池滲出的廢液提取鋰，研究人員證實(shí)氫氧化鋁可作為硫酸鋰的吸附劑并保留它。

“與其他直接提鋰方法相比，這種工藝的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是適用的PH值范圍廣，可從5到11”，ORNL研究員和論文作者帕蘭斯·帕蘭薩曼（Parans Paranthaman）在媒體發(fā)布會(huì)介紹此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)時(shí)稱。

此項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的無(wú)酸提取工藝在140攝氏度下進(jìn)行，而傳統(tǒng)工藝為焙燒開(kāi)采礦石：若用酸，溫度為250度，不用酸，溫度為800-1000攝氏度。

這項(xiàng)技術(shù)原理是鋰化，即氫氧化鋁粉末從溶劑中提取鋰離子形成穩(wěn)定的二元層狀氫氧化物，或LDH（Layered double hydroxide）。然后在脫鋰過(guò)程中，用熱水處理使得LDH釋放鋰離子并再生成吸附劑。在再鋰化過(guò)程中，吸附劑可重用來(lái)提取更多鋰。

“這就是循環(huán)利用的基礎(chǔ)”，帕蘭薩曼稱。

快速反應(yīng)

氫氧化鋁以4個(gè)高度有序的多晶體和一個(gè)無(wú)序的無(wú)定型形式存在。

形態(tài)對(duì)于吸附劑功能發(fā)揮很關(guān)鍵。

“根據(jù)量熱儀測(cè)定，我們發(fā)現(xiàn)無(wú)定型是最不穩(wěn)定的氫氧化鋁形態(tài)，因此活性高”，本項(xiàng)研究共同作者賈揚(yáng)蒂·庫(kù)馬爾（Jayanthi Kumar）稱。“這是提高鋰萃取能力的關(guān)鍵”。

由于無(wú)定型氫氧化鋁是此種礦物最不穩(wěn)定的形態(tài)，當(dāng)遇到廢粘土滲出的鹵水時(shí)，會(huì)同其中的鋰發(fā)生天然反應(yīng)。

“只有通過(guò)測(cè)量，我們才認(rèn)識(shí)到無(wú)定型是最不穩(wěn)定的形態(tài)。這也是其更具活性的原因”，庫(kù)馬爾稱。“與其他形態(tài)性比，要獲得穩(wěn)定性，其反應(yīng)速度很快”。

回收鋰的兩個(gè)步驟

吸附劑可以從含鋰、鈉和鉀的溶液中選擇性吸附鋰并形成LDH硫酸鹽，庫(kù)馬爾正在對(duì)此工藝優(yōu)化。

研究人員使用掃描電子顯微鏡對(duì)氫氧化鋁鋰化過(guò)程中的形態(tài)進(jìn)行觀察。這是一種帶電的中性層，含有原子空位或微孔。鋰在這些位置被吸附。空位大小是氫氧化鋁選擇性吸附鋰的關(guān)鍵，鋰是一種帶正電的離子或陽(yáng)離子。

“空位很小，只適合鋰這樣大小的陽(yáng)離子”，庫(kù)馬爾稱。“鈉和鉀陽(yáng)離子半徑更大。更大的陽(yáng)離子不適合這種空位。不過(guò)，對(duì)于鋰來(lái)說(shuō)是完美的空位”。

無(wú)定型氫氧化鋁對(duì)鋰的選擇性吸附能帶來(lái)近乎完美的效率，比以前用來(lái)提鋰的氫氧化鋰晶體三水鋁石高出5倍。

鋰化第一步能從礦山或油田的滲濾液或鹵水中提取86%的鋰。浸液從無(wú)定型氫氧化鋁第二次經(jīng)過(guò)就可以提取剩余的鋰。“經(jīng)過(guò)兩步，就可以完全回收鋰”，帕蘭薩曼稱。

工藝更綠色

普渡大學(xué)的文卡特·羅伊（Venkat Roy）和趙浮分析了直接提鋰循環(huán)利用全生命周期效益。他們將ORNL工藝同使用碳酸鈉的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ORNL技術(shù)使用材料和能量減少了2/3，因此排放的溫室氣體更少。

下一步，研究人員希望擴(kuò)大工藝來(lái)提取更多的鋰，并產(chǎn)生特定形態(tài)的吸附劑。現(xiàn)在，當(dāng)無(wú)定型氫氧化鋁與鋰反應(yīng)隨后用熱水處理清除鋰并再生吸附劑時(shí)，結(jié)果導(dǎo)致氫氧化鋁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從無(wú)定型轉(zhuǎn)化為名為三羥鋁石的晶體。

“三羥鋁石活性較小”，庫(kù)馬爾稱。“要發(fā)生反應(yīng)，要么時(shí)間長(zhǎng)達(dá)18個(gè)小時(shí)，要個(gè)需要更高濃度的鋰，而無(wú)定型氫氧化鋁僅需3個(gè)小時(shí)就能從浸液中提取所有鋰。我們需要找到一條回到無(wú)定型態(tài)的途徑，無(wú)定型態(tài)是極易反應(yīng)的”。

科學(xué)家們相信，如果新工藝優(yōu)化后能夠提高萃取速度和效率，將根本改變國(guó)內(nèi)鋰供應(yīng)。世界陸地鋰儲(chǔ)量一半以上位于溶解礦物含量高的地方，比如加利福尼亞州的薩爾頓?；虻驴怂_斯州以及賓西法尼亞洲的油田。

“國(guó)內(nèi)看，實(shí)際上目前我們不具備鋰制造能力”，帕蘭薩曼稱。“北美地區(qū)鋰產(chǎn)量?jī)H占全球的2%。如果我們采用ORNL工藝，就可以利用美國(guó)各地的鋰資源。這種吸附劑性能非常好，可以適用于任何鹵水，甚至可用于鋰離子電池回收液”。

原標(biāo)題：美國(guó)能源部嘗試用氫氧化鋁提取鋰