美国能源部橡树岭国家实验室的化学家证明，氢氧化铝是地壳中丰富的一种矿物，其吸附的锂至少是使用先前探索的吸附材料收集的锂的五倍。

研究人员使用一种新开发的工艺从矿场、油田和废旧电池浸出的废液中提取锂，证明氢氧化铝可以作为硫酸锂的吸附剂并保持硫酸锂。

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ORNL公司研究员、发表这些发现的论文的合著者Parans Paranthaman在一份媒体声明中表示：“关键优势在于，与其他直接锂提取方法相比，它在5至11的更宽pH范围内工作。”。

正在申请专利的无酸提取工艺在140摄氏度下进行，而传统的方法是用酸在250摄氏度或800至1000摄氏度不加酸的条件下焙烧开采的矿物。

该技术基于锂化，在锂化过程中，氢氧化铝粉末从溶剂中提取锂离子，形成稳定的层状双氢氧化物或LDH相。然后在脱锂过程中，用热水处理使LDH释放锂离子并再生吸附剂。在再锂化过程中，吸附剂被重复使用以提取更多的锂。

“这是循环经济的基础，”Paranthaman说。

快速反应

氢氧化铝以四种高度有序的结晶多晶型和一种无定形或无序形式存在。

事实证明，形式在吸附剂的功能中起着重要作用。

该研究的合著者Jayanthi Kumar说：“根据量热测量，我们了解到无定形氢氧化铝是氢氧化铝中最不稳定的形式，因此反应性很强。”。“这是这种方法提高锂提取能力的关键。”

由于无定形氢氧化铝是矿物形式中最不稳定的，它会与从废粘土中浸出的盐水中的锂自发反应。

库马尔说：“只有当我们进行测量时，我们才意识到无定形形式的稳定性大大降低。这就是为什么它更具反应性的原因。”。“为了获得稳定性，与其他形式相比，它的反应非常快。”

回收锂的两个步骤

Kumar正在优化吸附剂从含有锂、钠和钾的液体中选择性吸附锂并形成LDH硫酸盐的过程。

研究人员使用扫描电子显微镜来表征锂化过程中氢氧化铝的形态。它是一个带电的中性层，含有原子空位或微小的空穴。锂在这些位置被吸收。这些空位的大小是氢氧化铝对锂的选择性的关键，锂是一种带正电的离子或阳离子。

库马尔说：“这个空地太小了，只能容纳锂大小的阳离子。”。“钠和钾是半径较大的阳离子。较大的阳离子不适合空位。然而，它与锂完美匹配。”

无定形氢氧化铝对锂的选择性导致接近完美的效率。在一个步骤中，该过程每克可回收吸附剂捕获37毫克锂，大约是以前用于锂提取的氢氧化铝三水铝石结晶形式的五倍。

锂化的第一步从矿场或油田的渗滤液或盐水中提取86%的锂。第二次使渗滤液通过无定形氢氧化铝吸附剂会吸收其余的锂。Paranthaman说：“分两步，你就可以完全回收锂。”。

更环保的流程

普渡大学的Venkat Roy和Fu赵分析了直接锂提取循环经济的生命周期效益。他们将ORNL工艺与使用碳酸钠的标准方法进行了比较。他们发现，ORNL技术使用了三分之一的材料和三分之一，随后产生的温室气体排放量更少。

接下来，研究人员希望扩展这一过程，提取更多的锂，并以特定的形式再生吸附剂。现在，当无定形氢氧化铝吸附剂与锂反应，然后用热水处理以去除锂并再生吸附剂时，其结果是氢氧化铝多晶型从无定形转变为称为bayerite的结晶形式。

库马尔说：“bayerite形式的反应性较弱。”。“它需要更多的时间（18小时）或更多的浓缩锂才能反应，而非晶形式的锂在3小时内反应，从渗滤液中提取所有的锂。我们需要找到一种返回非晶相的途径，我们知道非晶相具有很高的反应性。”

科学家们认为，在优化新工艺以提高提取速度和效率方面的成功可能会改变国内锂供应的游戏规则。世界上一半以上的陆上锂储量位于溶解矿物浓度高的地方，如加利福尼亚州的索尔顿海或德克萨斯州和宾夕法尼亚州的油田。

Paranthaman说：“在国内，我们并没有真正的锂制造业。”。“不到2%的制造用锂来自北美。如果我们能使用新的ORNL工艺，我们在美国各地都有各种锂源。这种吸附剂非常好，你可以将其用于任何盐水，甚至用于回收锂离子电池的解决方案。”

来源：https://europe.autonews.com

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