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从海水中提取锂

时间: 2014年05月13日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
由于乌尤尼盐沼的卤水中锰离子和硫酸根浓度很高,因此无法使用传统的方式对其进行处理。

(图片来源:shutterstock)
 
日本研究者宣布了使用偏钛酸(H2TiO3)从盐田卤水中提取锂的方法,该方法潜力无穷。实验使用的卤水取自世界上最大的盐碱滩——位于玻利维亚的乌尤尼盐沼(Salar de Uyuni)。
 
 随着锂离子电池的发展,人们对锂的需求也在不断增长。这一供求矛盾使得人们不禁怀疑,目前的技术能否保证高效、低成本地提取锂。
 
“获取锂的途径有岩石、盐湖以及海水,”该课题的组长,日本产业技术综合研究所(National Institute ofAdvanced Industrial Science and Technology, AIST)的园田秋成(Sonoda Akinari)解释道。而对于日本来说,唯一的资源就是海水——基本上取之不尽用之不竭。然而,和盐湖相比,海水中锂的浓度太低了,从海水中提取锂的成本比从盐湖中提取高十多倍。
 
虽然卤水蒸发也可以生成碳酸锂,但是这一过程耗时数月。另一个棘手的问题是,卤水中还有多种不同的盐,包括锰盐。而由于锂离子和锰离子的性质相似,(二者离子半径几乎相同,都为0.07 nm)使得二者的分离非常困难。
     
离子交换法是一种更有效的从低浓度锂源中提取锂的方法。离子筛允许锂离子这样的较小的离子通过,同时阻止较大的离子通过。向卤水中加入离子筛后,其中的质子就会被锂离子取代。因此离子筛可以吸附锂离子,进而将其从卤水中提取出来。
 
 

偏钛酸对卤水中的锂离子的选择性非常高。
 
锂提取使用的离子筛是由二氧化锰制成的。德国波鸿大学(Ruhr University Bochum)的半导体及能量转化领域的专家,法比奥·拉·曼提亚认为园田的研究非常有趣,因为他“没有在传统的锰氧化物上继续打转,而是另辟蹊径,从含多种阳离子的卤水中选择性的回收锂。” 
 
园田解释说,他们之所以决定研究钛氧化物是因为在锂的脱附过程中,钛氧化物比锰氧化物更稳定,因此钛氧化物可以多次重生,反复使用。只需用酸对Li2TiO3进行处理,就能将锂脱附下来,同时重生形成H2TiO3。受偏钛酸上离子交换位点的空间限制,这种材料对锂的选择性很高,而不会吸附卤水中的阳离子中,如钠、钾、锰以及钙。
 
拉·曼提亚认为,“使用乌尤尼盐沼中的卤水使得这项研究的应用价值很高。”他和园田都很想知道这种偏钛酸在锂浓度极低的海水中是否有效。使用乌尤尼盐沼中的卤水实验的成功,说明该方法很有应用价值。
 
(翻译:张哲   审稿:黄安娜)
 
原文链接:http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/05/lithium-titanium-oxide-brine-salt-lake
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