论文评价了沉淀法提锂技术。沉淀法是从盐湖卤水中提取锂的传统方法,但在低品质卤水中,由于镁离子的高浓度,沉淀法的回收效率通常较低。传统的技术通过开发新型沉淀剂和优化反应条件,试图提高镁离子的去除效率,减少锂的损失。文章指出,虽然这些方法在某些特定条件下取得了一定进展,但由于低品质卤水中的锂浓度问题和溶度积限制,大多数低品质卤水仍需要进行浓缩预处理才能通过新型沉淀法进行锂提取。
萃取法被广泛应用于从卤水中提取金属离子。文章中指出,近年来,研究人员通过设计新型溶剂,特别是以TBP-FeCl3(磷酸三丁酯-氯化铁)组合为代表的协同萃取剂体系,显著提高了从低品质卤水中提取锂的效率。文章详细分析了几种常用的溶剂体系及其在不同条件下的表现,指出尽管溶剂提取法能够提高锂回收率,但所使用的有机萃取剂和酸液洗脱剂的经济、环境成本较高,其未来发展中一方面应当关注于降低上述成本,此外还应注重萃取剂的分子结构设计,优化其选择性和萃取效率。
图3 萃取法和吸附法进行低品质卤水提锂的基本原理和技术路线
吸附法通过设计特定的吸附剂,能够高效捕获锂离子并选择性地排除其他离子。文章总结了多种新型吸附材料,尤其是基于锂离子交换原理的吸附剂。数据分析表明,基于锂离子电池电极材料的特定吸附剂(如锰酸锂、钛酸锂等)能够在低镁锂比的卤水中优先吸附锂离子,从而提高锂的提取效率。吸附法的优势在于操作简便、成本相对较低,但其在低锂浓度卤水中的应用仍面临着选择性和吸附容量的限制。此外,吸附剂在长期使用过程中的自身稳定性和如何高效从尾液中分离吸附剂也是该技术路线实用化过程中所需优化和解决的问题。
基于膜的分离技术通过调节膜的孔径和表面功能化,使得锂离子能够在复杂溶液中优先通过,而其他离子则被排除。文章回顾了膜分离技术在锂提取中的应用进展,特别是利用膜的孔径和表面功能化调控离子的选择性渗透,能够有效地分离低品质卤水中的锂离子。此外,作者特别强调了电场作为膜分离驱动力在构建多级分离系统和利用锂离子固态电解质进行分离上的优势,同时也指出了其在大规模应用中的成本和能耗问题仍需进一步解决。
文章还探讨了基于电化学的分离技术及其在低品质卤水提锂中的重要潜力。与吸附法类似,该方法基于锂离子电池电极材料对锂离子的选择性进行锂资源提取,但同时可以通过外加电压对电极材料的工作电位进行更为精确的调控,从而相比于吸附法进一步提升体系的选择性,并且提升提取速率。由于电化学反应的引入,作者着重突出了从工作电位的角度筛选工作电极材料的重要性,同时也从反应产物的视角对辅助电极的类型以及相关的电化学反应装置构型进行了分析和梳理。
在论文的最后,作者总结了当前技术的挑战与未来的研究方向。他们指出,尽管材料创新、多级提取和多技术多资源协同提取等方案显著推进了低品质卤水锂提取技术的进步,但现阶段该领域仍然面临一些关键问题阻碍其大规模实用化,如提高提取效率、减少成本、优化操作条件等。未来的研究需要聚焦于提高提取过程的经济性、缩短生产周期,并进一步降低环境影响。同时,作者从分离过程中的原液(初始态)、中间相(过渡态)和浓缩液(最终态)三个状态出发,系统剖析了各个技术路线中实现离子分离所利用的包括驱动力、脱水能、晶格能、扩散速率等不同机制,阐述了锂元素与干扰离子的分离原理和方法策略,提出了锂离子分离的驱动力(表面张力、热蒸腾、电场力、机械水压、化学势差等)和能级差理论,为后续新型锂提取技术的开发提供了新的思路。
该工作受到国家重点研发计划“新能源汽车”专项课题,国家自然科学基金委重点项目,江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金资助。
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https://www.nature.com/articles/s41586-024-08117-1