【提锂】NC:电化学浸出法直接从矿石中提取锂—Hanrui Zhang

文摘   2024-12-20 19:00   北京  
【论文链接】
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48867-0
作者单位
宾夕法尼亚州立大学
论文摘要
随着电动汽车对锂的需求迅速增加,锂的价格在过去十年中飙升。为了确保可靠且具有成本效益的供应链,开发传统卤水以外的替代锂提取资源至关重要。在本研究中,开发了一种从α-相锂辉石中直接浸出锂的电化学方法。该研究发现H2O2促进剂可以通过促进电子转移和改变反应路径来显著降低浸出电位。浸出后,β相锂辉石表现为典型的HAlSi2O6相变,而α-相浸出后仍保持其原始晶相,但晶格收缩。为了证明电化学浸出的放大潜力,并设计了一种催化剂修饰的高通量集流器,用于悬浮锂辉石的高负载,实现了18 mA的浸出电流和92.2%的浸出效率。电化学浸出将彻底改变传统的浸出和回收过程,最大限度地减少环境足迹和能源消耗。
         

 

实验方法
实验流程:
将活性材料(α相或β相锂辉石)与导电碳和粘结剂按重量比6:3:1混合,溶解在水或NMP中(根据粘结剂的不同)。然后将混合物超声处理2小时,并涂在石墨棒上。采用博士叶片法对铝集流器进行涂覆。质量载荷为~5 mg cm-2。然后在真空下在100°C下干燥涂覆的电极以去除溶剂和水分。    
         

 

【图文摘要】
   
   
         

 

   
         

 

【主要结论】
在该研究中,成功地在室温下用稀酸(0.5 M H2SO4)提取了α-相锂辉石中的锂。虽然β相锂辉石最常用于锂提取,但在高温煅烧过程中会损失一部分锂。我们发现,添加促进剂(H2O2)可以通过改变Li+-H+交换途径实现α-相的直接浸出过程。对于浸出的α-相锂辉石,XRD和TEM均显示出晶格收缩,但未出现新相。结合GPA法,确定了(110)面之间的反应边界。H2O2通过氧化锂辉石骨架中的Al-O键来激活浸出反应。原位拉曼结果表明O22-是反应的中间产物。对于大规模浸出,该研究设计了具有大表面积的三维集流器、质子传导网络和Au催化剂,以促进电子和质子的转移,并在原位生成H2O2,并成功地从悬浮的锂辉石颗粒中浸出了锂,为高达5g的高负载工艺提供了巨大的潜力。12 h后,浸出效率达到92.2%,与传统浸出方法相当,但能耗降低90%。随着对可持续开采和循环利用工艺需求的增长,电化学浸出将被广泛应用于关键元素的提取。    
         

 

         

 

   

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