Флэш -джоуль отопление освещает литиевую извлечение из руд

Новый одноэтапный, водный, кислотный и щелочный метод для извлечения лития высокой безопасности из сподуменной руды может преобразовать критические металлообработки и улучшить цепочки возобновляемых энергопотреблений. Исследование опубликовано в Наука достиженияПолем

Поскольку спрос на литий продолжает расти, особенно для использования в Электромобилисмартфоны и хранилище питания, текущие методы извлечения пытаются идти в ногу. Извлечение лития из соленая вода является длительным процессом, и традиционные методы, которые используют тепло и химические вещества для извлечения лития из породы, производят значительные количества вредных отходов.

Исследователи во главе с Джеймсом Туром, TT и WF Chao, профессором химии и профессором материаловедения и наноинженерии в Университете Райса, разработали более быстрый и более чистый метод с использованием Flash Joule Heating (FJH). Этот метод быстро нагревает материалы до тысячи градусов в миллисекундах и работает в сочетании с газом хлора, подвергая породу интенсивному тепло и хлорному газу, они могут быстро преобразовать сподуменевую руду в полезный литий.

«Этот метод переосмысливает, как собирать литий из его наиболее распространенной руды, Spodumene, материала, который в изобилии в США», – сказал тур, совместимый автор исследования. «Мы можем перейти к месячным пулам испарения воды и дневной выщелачивания кислоты, а затем непосредственно генерировать хлорид лития».

Гипотеза, эксперименты и новизна подхода

Под руководством термодинамических расчетов исследователи подвергали α -спидумен, естественно встречающийся минерал с твердым человеком, FJH и газом хлора. Этот одноэтапный процесс устраняет необходимость в традиционном методе мультистап -кислотной жарки, позволяя непосредственно извлекать литий в виде хлорида лития.

Благодаря вспышке электрического тока минерал сместился с его стабильной α -фазы к β -фазе с высокой температурой, что делает литий доступным для реакции с газом хлора. Затем литий испарился как хлорид лития, в то время как алюминиевые и кремниевые соединения оставались позади. Все это было завершено в течение нескольких секунд.

«Существующие методы полагаются на многоэтапные, химически интенсивные методы лечения», – сказал автор, корректирующий в учебном положении Юфенг Чжао, адъюнкт -профессор физики в Университете Корбана и приглашенный профессор в Райсе. «Уникальным аспектом этого метода является комбинация быстрого, равномерного нагрева и благоприятной термодинамики, которая вместе обеспечивает практическую и селективную экстракцию».

Традиционные методы, от жарки кислоты до испарения рассола, просто не были предназначены для сверхбысткого разделения, сказал Шичен Сюй, первый автор исследования и постдокторский исследователь в Райсе.

«Наш контролируемый, быстрого подхода, выживающий, преодолевает кинетические барьеры, которые препятствовали одноэтапной экстракции на протяжении десятилетий», – сказал Сюй.

Результаты и более широкое значение

Исследователи достигли почти мгновенной экстракции лития из сподумена, производя хлорид лития с чистотой 97% и 94% восстановления, что значительно превосходит традиционные методы, которые могут занять несколько дней до месяцев.

«Этот метод прокладывает путь для местных, малых пусковых литий -единиц или крупномасштабных единиц для массивных операций по добыче отходов», – сказал Джастин Шарп, автор и помощник исследователя. «Это настоящий сдвиг парадигмы. Теперь мы можем представить себе производство лития, а не кислоты, без крупных отходов и без ожидания недель».

Кроме того, стартап из Tour Lab, Flash Metals Us, уже масштабирует эту технологию для извлечения металлов из отходов.

«Они смогут быстро внедрить этот метод в свою производственную линию, как только их пилотная установка начнет работу в начале следующего года», – сказал Шарп.

В окружающей среде элиминация кислоты и щелочи значительно снижает бремя отходов. Экономически более короткое время обработки и более простая инфраструктура могут снизить затраты и децентрализовать поставку лития. Академически работа демонстрирует быстрое, не было кислотным экстракцией литий от естественной руды, повышение возможностей для применения FJH и хлор газ к другим стратегическим минералам.

Соавторы исследования включают Алекса Латема Райса, Циминг Лю, Лукас Эдди, Вейцян Чен, Карла Сильва, Шихуи Чен, Боуэн Ли, Тенга С.И., Чжехо Шин, Чи Хун Чой, Йимо Хан, Кай Гонг и Борис Якобсон, вместе с Юфенг -Университетом.