鹽湖提鋰重大突破 生產周期從1-2年縮短至1-2個月

研究背景

隨著全球能源結構的轉型和電動汽車產(chan) 業(ye) 的快速發展，鋰資源的戰略地位日益凸顯。預計到2050年，全球對鋰的需求將增加18至20倍。如何高效且可持續地開發鋰資源，成為(wei) 當前亟待解決(jue) 的戰略問題。目前，鋰資源主要來源於(yu) 硬岩礦和鹽湖鹵水。雖然硬岩礦提取速度較快且鋰濃度高，但化學品消耗量大且對環境影響顯著。相比之下，鹽湖鹵水占全球鋰資源62.6%，因其資源豐(feng) 富、開采成本低，備受關(guan) 注。然而，傳(chuan) 統的鹵水提鋰工藝存在諸多問題：首先，蒸發-沉澱周期長達兩(liang) 年，難以滿足快速增長的市場需求；其次，鹵水中鎂鋰比例較高，增加了後續提純的難度並產(chan) 生大量固體(ti) 廢棄物；此外，生產(chan) 一噸碳酸鋰需耗廢接近500立方米淡水，進一步加劇了鹽湖地區的水資源壓力。這些問題嚴(yan) 重限製了鹽湖鋰資源的高效開發利用。為(wei) 了應對這些挑戰，直接鹽湖提鋰（DLE）技術應運而生。吸附法、電化學法和膜分離法等新興(xing) 分離技術通過利用鋰、鎂離子的物理化學性質差異實現選擇性分離，展現出良好的應用前景。然而，由於(yu) 鋰、鎂離子物化性質相近，這些技術在實際應用中仍麵臨(lin) 分離效率低、材料合成複雜、運行不穩定等挑戰。同時，現有DLE技術難以有效處理高鹽度和成分複雜的鹽湖鹵水。

技術創新

為(wei) 應對上述挑戰，研究團隊開發了EDTA輔助的疏鬆納濾（EALNF）工藝，通過EDTA與(yu) 鎂離子的選擇性螯合作用，顯著放大了鋰、鎂離子在電性和尺寸上的差異，實現了鋰資源的高效提取以及鎂資源的有效增值利用。在處理高鹽度、多組分的鹵水（127.06 g/L，含有Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+）時，該工藝實現了接近100%的鎂截留率，鋰離子通量達到4.34 mol·m-2·h-1，鋰鎂分離係數高達約679，相較於(yu) 現有納濾技術提高了一個(ge) 至兩(liang) 個(ge) 數量級。通過兩(liang) 級過濾，鋰離子全流程回收率高達90%，遠超傳(chuan) 統的蒸發-沉澱法（30-50%），並成功生產(chan) 出電池級碳酸鋰產(chan) 品。此外，EDTA可實現接近100%的循環利用，且將鹽湖中的鎂資源轉化為(wei) 高附加值的納米級氫氧化鎂產(chan) 品。碳酸鋰作為(wei) 鋰電池和其他儲(chu) 能設備的關(guan) 鍵原料，納米級氫氧化鎂因其優(you) 異的粒度和形貌調控能力，在橡膠阻燃、生物醫藥、碳捕集、汙水處理等領域具有廣泛應用。相比傳(chuan) 統蒸發-沉澱工藝，該工藝省去了耗時的鹽田晾曬步驟，將生產(chan) 周期從(cong) 1-2年大幅縮短至1-2個(ge) 月。這不僅(jin) 大幅提升了生產(chan) 效率，而且能更有效響應快速變化的市場需求。EALNF工藝在經濟性與(yu) 環境友好性方麵表現突出。例如，該工藝可在不稀釋或僅(jin) 少量稀釋鹵水的條件下運行，顯著減少了淡水消耗，且每生產(chan) 一噸碳酸鋰能夠產(chan) 生251.9立方米的淡水，這對水資源緊缺的鹽湖地區尤為(wei) 重要。

本文亮點

EALNF工藝展現出高效穩定的分離性能。該工藝通過EDTA與(yu) 鎂離子的選擇性螯合，顯著放大了鋰、鎂離子之間的物理化學性質差異，從(cong) 而顯著提高了分離效率。如圖1所示，EALNF工藝不僅(jin) 有望取代傳(chuan) 統的鹽田晾曬步驟，還可替代吸附法和傳(chuan) 統納濾工藝。

EALNF工藝可有效轉化鹽湖鎂資源。為(wei) 提高工藝的經濟性並最大限度地減少環境影響，研究團隊實現了接近100%的EDTA4-回收。同時生成的納米級氫氧化鎂呈現出多種有序的納米結構，包括納米花形狀（尺寸約為(wei) 250 nm）、六邊形納米片（尺寸約為(wei) 200 nm）以及規整的納米小球（尺寸約為(wei) 100 nm），其在阻燃劑或催化劑領域具有廣泛應用潛力。

EALNF工藝具有經濟與(yu) 環境優(you) 勢。傳(chuan) 統工藝每生產(chan) 一噸碳酸鋰，會(hui) 產(chan) 生119噸固體(ti) 廢物，給鹽湖地區帶來嚴(yan) 重的生態壓力。相比之下，新工藝不僅(jin) 提高了鋰的回收率（可達90%，傳(chuan) 統方法僅(jin) 為(wei) 30-50%），還將Mg2+廢棄物轉化為(wei) 高附加值產(chan) 品，極大提升了鹽湖資源的綜合利用效率。在淡水資源方麵，新工藝可大幅降低淡水消耗，同時每生產(chan) 一噸碳酸鋰還能額外產(chan) 出251.9立方米的淡水，這對淡水資源緊張的鹽湖地區尤為(wei) 關(guan) 鍵。在經濟性方麵，研究團隊通過物料流分析評估了新工藝的可行性。以龍木措湖鹵水為(wei) 例，新工藝不僅(jin) 能生產(chan) 電池級碳酸鋰，還能同時生產(chan) 納米結構的Mg(OH)2，其總利潤是傳(chuan) 統工藝的3-4倍。與(yu) 其他鹽湖提鋰技術相比，該工藝具有較高的工業(ye) 成熟度，流程簡便等優(you) 勢，具有廣闊的工業(ye) 應用前景。

隨著電動汽車產(chan) 業(ye) 發展，鋰資源戰略地位日益凸顯。然而傳(chuan) 統鹵水提鋰工藝存在諸多問題，其中蒸發-沉澱周期長達兩(liang) 年，難以滿足快速增長的市場需求。而研究團隊開發了EDTA輔助的疏鬆納(EALNF)工藝，通過EDTA與(yu) 鎂離子的選擇性螯合作用，顯著放大了鋰、鎂離子在電性和尺寸上的差異，實現了鋰資源的高效提取以及鎂資源的有效增值利用。

通過兩(liang) 級過濾，鋰離子全流程回收率高達90%，遠超傳(chuan) 統的蒸發-沉澱法(30-50%)。相比傳(chuan) 統蒸發-沉澱工藝，該工藝省去了耗時的鹽田晾曬步驟，將生產(chan) 周期從(cong) 1-2年大幅縮短至1-2個(ge) 月。