锂电池： 新工艺从废物中回收的锂是现有技术的五倍

美国能源部橡树岭国家实验室的化学家证明，地壳中富含的氢氧化铝可以吸附的锂是现有技术的五倍。

研究人员使用新开发的工艺从矿场、油田和旧电池中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它。

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

正在申请专利的无酸提取过程在140摄氏度下进行，而传统方法是在250摄氏度的温度下用酸或800至1000摄氏度的无酸烘烤矿物。

该技术基于锂化，在此期间，氢氧化铝粉末从溶剂中提取锂离子，形成稳定的分层双氢氧化物（LDH）相。然后在脱盐中，用热水处理导致LDH放弃锂离子并再生吸附剂。在再lithit期间，吸附剂被重复用于提取更多的锂。

“这是循环经济的基础，”Paranthaman说。

快速反应

氢氧化铝以四种高秩序的结晶多态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，因此具有高度活性。”“这是这种方法的关键，从而提高了锂提取能力。”

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

“只有当我们进行测量时，我们才意识到无定形形式不太稳定。这就是为什么它更被动，”Kumar说。“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继续形成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，包含原子空位或小孔。锂在这些地方被吸收。这些空位的大小是氢氧化铝选择锂的关键，锂是一种带正电的离子或阳离子。

Kumar说：“那个空置的场地太小了，只能容纳锂大小的阳离子。”“钠和钾是具有较大半径的阳离子。较大的阳离子不适合空置的场地。然而，它与锂完美匹配。”

锂用无定形氢氧化铝的选择性导致近乎完美的效率。只需一步，该过程每克可回收吸附剂捕获37毫克锂，大约比以前用于锂提取的氢氧化铝晶体形式高出五倍。

锂化的第一步从矿场或油田提取渗漏物或盐水中86%的锂。第二次通过无定形的氢氧化铝吸附剂运行浸出渗漏物可以吸收剩余的锂。Paranthaman说：“通过两个步骤，你可以完全回收锂。”

更环保的过程

普渡大学的Venkat Roy和Fu Zhao分析了直接锂提取的无电路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的能源，随后产生了更少的温室气体排放。

接下来，研究人员希望扩展该过程，以提取更多的锂，并以特定形式再生吸附剂。现在，当无定形氢氧化铝吸附剂与锂反应，后来用热水处理以去除锂并再生吸附剂时，结果是氢氧化铝多态从无定形变成称为拜耳石的结晶形式。

Kumar说：“巴叶铁矿形式反应性较小。”“它要么需要更多的时间——18小时——要么需要更浓缩的锂才能反应，而不是无定形形式，它在3小时内反应，从渗出液中提取所有锂。我们需要找到一条路线，回到无定形相，我们知道这是高度反应的。”

科学家们认为，成功优化提取速度和效率的新工艺可能会改变国内锂供应的游戏规则。世界上一半以上的陆基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：“在本，我们并没有真正的锂制造。”“用于制造的锂不到2%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。吸附剂非常好，你可以用它来做任何卤水，甚至是回收锂离子电池的溶液。”