从卤水中提取锂的两种新方法

锂是一种制造电池的高需求金属，世界上大部分锂来自蒸发池，如下图所示，位于阿根廷、玻利维亚和智利的沙漠中。这些池塘的面积可达60平方公里或以上，里面装满了从地下泵出的富锂盐水。正如池塘的名字所暗示的那样，盐水通过蒸发浓缩在池塘中，然后经过处理以清除其他金属，如钠和镁，锂沉淀为碳酸锂。

这一切往往需要长达两年的时间。净化过程复杂且效率低下。因此，原始卤水中只有约30%的锂进入市场。

然而，一家名为EnergyX的美国公司计划改变这种状况。利用得克萨斯大学奥斯汀分校的Benny Freeman开发的聚合物膜，公司打算从今年晚些时候开始直接从盐水中过滤锂。弗里曼博士说，该公司的试点工厂将能够装入标准的运输集装箱，每天应该能够处理数百万升的盐水。他认为，一旦这一过程得到完善，它将能够在盐水中提取至少90%的锂。

在会上发言时，弗里曼博士解释说，他的灵感来自控制金属离子进出生物细胞的蛋白质通道。例如，钾通道对钾离子的渗透性是钠离子的10000倍。现代成像工具和超级计算机已经揭示了这些通道的结构，允许对它们进行模拟。

结果是一层膜被纳米大小的孔穿透，孔由碳原子和氧原子环构成，精确排列，让锂离子通过，同时减缓钠等其他物质的通过。首先，这些膜将在卤水进入池塘之前提高其锂含量。最终，他们可以通过生成适合立即工业使用的纯浓缩氢氧化锂溶液来取代池塘。

伊利诺伊州阿贡国家实验室的赛斯·达林在会上还提出了另一种提高池塘效率的方法。实际的蒸发主要是通过太阳光传递的热量来完成的。但其中大部分都被浪费了。它要么加热池塘表面以下的水，而池塘表面不与空气接触，因此无法蒸发，要么在有机会释放任何水分子之前被重新辐射。

达林博士发现，用一种能迅速将光转化为热的材料覆盖池塘，可以将变暖效应集中在池塘表面，从而促进蒸发，从而阻止这些不幸的损失。只要这种材料也是多孔的，它就会让产生的水蒸气通过并进入空气，被吹走。他的第一次尝试是中国书法墨水，这种墨水粘稠，呈吸光黑色，除了最终（像墨水一样）溶解在水中之外，效果很好。不过，现在他更喜欢木炭，因为木炭还具有从农场废弃物中提取的绿色好处。

达林博士说，结果是一个过程，可以将入射的阳光转化为水面的热量，效率接近100%。除了改善锂的提取，这还可能有助于像水力压裂和采矿这样的行业，这些行业往往会积累大量废水作为其活动的副产品。它可以作为一种低成本的方式，通过捕获蒸发的水蒸气，将海水转化为新鲜的水。

此外，如果弗里曼博士和达林博士的想法能够消除使用巨大蒸发池的需要，这将开辟锂的新来源。南加州的索尔顿海（Salton Sea）湖泊中含有大量这种物质，而在德克萨斯州，由于石油生产的副作用而释放的大量地下水中含有丰富的这种物质。不幸的是，这两个地方都没有南美洲使用的那种低效蒸发池所需的大片土地，否则就没有价值。缩小这些池塘的规模，甚至彻底清除它们，都会改变这一点。■

要想更多地享受我们扩展科学报道的思想，请注册我们的每周时事通讯Simply science。

这篇文章发表在《科学与技术》杂志上；印刷版的技术部分，标题为#34；过滤器馈线"；