“白菜锂时代”即将开启?沙特研发海水提锂新工艺

近年来,随着锂电池的兴起,以及到2050年实现零碳排放的竞赛日益激烈,交通运输不得不加紧电气化,对锂的需求也与日俱增。专家们普遍认为,锂将在未来30年成为更有价值的资产。

然而,与铀等其他金属一样,陆地上的锂储量远不如海洋中那么多。根据沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的一项研究,海水中所含的锂量大约是陆地上的5000倍。科学家们还研发出了一种新方法,可以用极具成本效益的方法,从海水提炼出高纯度锂,并产生氢气氯气和淡水等附加产物。

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这一研究成果已在《能源与环境科学》杂志发表。这一过程依赖于一个电化电池,其内含由锂镧钛氧化物(lithium lanthanum titanium oxide,LLTO)制成的陶瓷膜,其孔隙宽度刚好能让锂离子通过,同时阻挡更大的金属离子。开发该电池的研究员Zhen Li博士表示,“LLTO膜以前从未被用于提取和浓缩锂离子。”

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据了解,电化电池本身包含三个隔间,海水流入中央的隔间后,其中正锂离子穿过LLTO膜,进入含有缓冲溶液和涂有铂和钌的铜阴极的侧隔间。与此同时,负离子通过标准阴离子交换膜离开中央隔间,进入含有氯化钠溶液和铂-钌阳极的第三个隔间。

当施加电流时,电池会在阴极产生氢气,阳极产生氯气,这会促使锂穿过LLTO细胞膜,堆积在侧边隔间。事实上,尽管锂在海洋中的储量很高,但它的浓度却极低,约为百万分之0.2(ppm)。

实验发现,经过5次20小时的处理后,锂浓度将增至9,000ppm,接下来研究人员通过调整溶液的酸碱值、离心分离、漂洗和干燥,得到纯度为99.94%的磷酸锂粉末,符合电池级磷酸锂的标准。

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根据研究小组的说法,用这种方法生产一公斤锂(大约76.3千瓦时)所需的电力将花费大约5美元。另外,每公斤锂将额外产生0.87公斤氢气和31.12公斤氯气。以2020年的价格计算,仅这些副产品的售价就可能在6.90美元至11.70美元之间。

另一个好处是,经过这一过程的海水,总盐浓度低于百万分之五百。根据研究人员的说法,“这意味着在锂捕获后,剩余的水可以作为淡水处理。因此,该工艺也有可能与海水淡化相结合,从而进一步提高其经济可行性。”

随着全球各国都在寻求加速脱碳,锂需求十分紧张。惠誉(Fitch Solutions)先前估计,今明两年锂价将续涨。该机构预测,中国的99.5%碳酸锂2021年均价将为每吨13450美元,2022年续升至15025美元,而在2020年仅为6375美元;中国的56.5%单水氢氧化锂2021年均价将为每吨11950美元,2022年为14300美元,而在2020年仅为7290美元。

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