【最新科研】锂离子回收率90%？！

张明 2024-10-30

锂（Li）是推动清洁能源转型的关键资源，其在锂离子电池中的应用使其成为研究的热点。随着全球对低碳社会的不断追求，锂的需求量持续增长，预计到2050年，其产量将增长18到20倍。然而，目前锂的提取主要依赖于硬岩矿和盐湖卤水两种方式。硬岩采矿虽然能够快速提取锂，但这种方法对环境的破坏和高能耗问题日益受到关注。另一方面，盐湖卤水中的高盐度、成分复杂，以及对镁（Mg²⁺）的选择性差，导致锂的提取效率不高，这成为了锂提取过程中的一个重要挑战。

成果简介

为了应对传统锂提取方法面临的挑战，澳大利亚蒙纳士大学化学与生物工程系的王焕庭院士、昆士兰大学的张西旺院士团队、蒙纳士大学及苏州工业园区蒙纳士科学技术研究院的李之考博士，以及上海宝武集团环境资源科技有限公司的李恩超博士等研究人员，共同提出了一种创新的直接锂提取（DLE）技术。这项技术中，特别采用了乙二胺四乙酸（EDTA）辅助的松散纳滤（EALNF）方法，以提高锂的提取效率和降低环境影响。

这项创新技术通过利用EDTA⁴⁻对镁离子的选择性结合能力，实现了极高的镁离子排斥率（99.85%）和快速的锂离子通量（大约4.34 mol m⁻² h⁻¹），同时在工业级操作条件下，实现了创纪录的锂/镁分离因子（约679）。经过两阶段的过滤过程，该技术能够达到89.90%的锂回收率。此外，该过程还能将镁离子废物转化为纳米结构的Mg(OH)₂，并且能够回收再生98.87%的EDTA⁴⁻。这项技术不仅提高了锂提取的效率和环保性，还开辟了将盐湖中的镁资源转化为高附加值产品的新途径，具有显著的经济和环境优势。

以上成果在Nature Sustainability期刊上发表了题为“Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from salt-lake brines”的最新论文。此研究不仅优化了锂的提取过程，还最大化了资源的利用，显示出在推动向更可持续未来转型方面的巨大潜力。

研究亮点

（1）在这项开创性的研究中，科研团队首次将松散纳滤（EALNF）技术与乙二胺四乙酸（EDTA）相结合，实现了从盐湖卤水中高效且直接提取锂离子（Li⁺）的同时，还能有效利用其中的镁离子（Mg²⁺）。这一过程在工业级操作条件下展现了对锂和镁离子的高选择性。

（2）在这项实验中，研究人员利用乙二胺四乙酸（EDTA）的四负离子（EDTA⁴⁻）与镁离子（Mg²⁺）之间的特异性结合作用，实现了对镁离子的极高拒绝率，达到了99.85%，从而显著提升了锂离子的透过速率，该速率大约为4.34 mol m⁻² h⁻¹。此外，锂与镁的分离因子高达679，显示出了卓越的分离效果。

（3）在分两步进行的过滤过程中，锂的回收率实现了89.90%的高效率，同时将镁离子转化为纳米级的氢氧化镁（Mg(OH)₂）结构，这不仅减少了对环境的负担，还实现了废物的有效利用。此外，该过程还实现了98.87%的EDTA⁴⁻的回收再利用，保证了资源的循环使用。

图文导读

图1: 不同锂提取工艺对比：蒸发沉淀法与EALNF法

图2: 二元阳离子卤水的选择性结合与过滤

图3: 盐湖卤水的过滤

图4: 卤水资源综合利用及技术经济分析

结论展望

EALNF策略提供了一种可持续高效的锂离子（Li⁺）提取及镁离子（Mg²⁺）回收方法，适用于复杂的高盐度卤水。该过程利用EDTA⁴⁻与Mg²⁺之间的选择性结合，放大了镁离子与锂离子之间的物理化学差异，使其在各种卤水条件下有效分离。

这项技术在工业级操作条件下，实现了卓越的锂离子通量和锂镁分离因子，超越了先前纳滤技术的研究结果，将锂离子的提取周期从数年大幅缩短至几周。EALNF工艺不仅几乎完全回收了锂离子，还从含有[Mg-EDTA]²⁻的浓缩溶液中产出了高附加值的纳米结构氢氧化镁（Mg(OH)₂）作为副产品，同时实现了EDTA⁴⁻的高效回收，减少了试剂的消耗。

此外，这项创新技术通过显著降低淡水的使用量，为盐湖地区淡水资源稀缺的问题提供了一种可持续的解决方案。通过减少淡水消耗，该技术有助于保护盐湖地区的水资源。

因此，EALNF过程代表了锂提取的根本转变，为解决锂供应短缺和盐湖卤水中大量镁废物的关键挑战提供了一种简单、灵活且环保的解决方案，并在工艺导向思维上实现了重大进展，为可持续资源回收和循环锂经济铺平了道路。

文献信息

Yong, M., Tang, M., Sun, L. et al. Sustainable lithium extraction and magnesium hydroxide co-production from salt-lake brines. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01435-2

内容来源：科学10分钟

责任编辑：展源

审　　核：何发

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