Простой лабораторный эксперимент в Мичиганском университете привел к открытию нового способа извлечения лития из рассолов, долгое время считавшихся нерентабельными.
Исследователи обнаружили, что если убрать электричество из уравнения, литий ведет себя совершенно иначе внутри заряженных мембран. Этот прорыв может открыть доступ к обширным ресурсам лития, запертым в богатых магнием водах, и предложить более устойчивый путь для удовлетворения растущего спроса со стороны аккумуляторов, электромобилей и возобновляемой энергетики.
Мировые поставки лития уже испытывают растущее давление. Добыча из твердых пород остается дорогой и наносит ущерб окружающей среде, в то время как традиционное извлечение из рассолов зависит от обширных испарительных бассейнов, которые требуют больших площадей и значительных объемов воды. Хотя в рассолах содержится более половины мировых запасов лития, большинство из них не используются из-за высокого уровня магния, осложняющего процесс.
Проблема в том, что химическое сходство магния с литием приводит к их совместному осаждению в процессе испарения. Когда концентрация магния превышает уровень лития более чем в шесть раз, процесс требует дополнительных реагентов, что увеличивает затраты и объем отходов.
Команда из Мичигана совершила открытие, тестируя мембраны, предназначенные для электродиализа. Вместо применения электричества исследователи поместили чистую воду по одну сторону отрицательно заряженной мембраны, а рассол — по другую. Ионы лития переходили в чистую воду, а магний оставался позади. Это поведение удивило ученых, поскольку при традиционном электродиализе магний, несущий более сильный положительный заряд, должен двигаться быстрее.
Объяснение кроется в балансе зарядов. Хлорид-ионы проходят через мембрану, а литий следует за ними для баланса заряда. Магний же прочно связывается с отрицательными зарядами мембраны и «запирается» в ней. При подаче электричества магний получает достаточно энергии, чтобы преодолеть это притяжение и загрязнить раствор.
Новый мембранный метод сам по себе не может отделить литий от ионов с таким же зарядом, например, натрия. Исследователи предлагают комбинировать его с другими процессами, такими как выпаривание, использование селективных адсорбентов или химикатов, осаждающих литий. Ученые подали заявку на патент и ищут промышленных партнеров для вывода технологии на рынок, что потенциально может ослабить грядущую напряженность с поставками критически важного металла.