随着绿色低碳转型和新能源汽车快速发展，广泛应用于动力电池的正负极材料、电解液等重要组件中的锂，因其产量和需求被不断推高，得到了“白色石油”的名号，战略地位日益凸显。
图源：AI生成
目前，矿石提锂和盐湖提锂是两种主要的提锂方式。但这两种技术也面临着污染环境、开发生产周期长、水资源和电力资源消耗巨大等问题。
其中盐湖提锂则提取工艺复杂、建设周期长、整体效率低，由于复杂盐湖化学条件和极高环境保护要求，盐湖中的锂资源目前难以大规模开采利用，成为了制约产业发展的一大瓶颈。
为了应对这些挑战，直接盐湖提锂（DLE）技术应运而生。然而，由于锂、镁离子物化性质相近，吸附法、膜分离法等新技术在实际应用中仍面临分离效率低、材料合成复杂、运行不稳定等挑战，难以有效处理高盐度和成分复杂的盐湖卤水。
近日，澳大利亚蒙纳士大学、苏州工业园区蒙纳士科学技术研究院李之考博士，联合澳大利亚昆士兰大学、澳大利亚技术科学与工程院院士张西旺教授，成功开发了一种采用乙二胺四乙酸（EDTA）辅助的疏松纳滤膜工艺（EALNF），实现了对盐湖锂资源的高效提取，并同时实现了盐湖镁资源的增值利用。
相比传统的蒸发-沉淀工艺，该工艺省去了耗时的盐田晾晒步骤，将生产周期从1~2年大幅缩短至1~2个月。同时，通过两级过滤，锂离子全流程回收率高达90%，远超传统的蒸发-沉淀法（30—50%）。
10月22日，这一突破性成果发表在Nature Sustainability期刊上。
李之考博士10月23日在接受《每日经济新闻》记者采访时表示，该工艺可以显著提高盐湖盐水的锂回收率，从目前的30%~50%提高到80%~90%，也就是说，与传统方法相比，新方法可以将相同数量盐水的碳酸锂产量有效提高一倍，同时将生产周期减少90%。
从盐湖卤水中可持续提取锂并联产氢氧化镁 图源：Nature Sustainability
01
大幅提升锂镁分离率
盐湖卤水中的锂资源在全球锂资源中占据主导地位，资源丰富、成本低。但盐湖或者海洋中，锂离子通常以次要成分存在于卤水中，与难以分离的物理化学性质相似的镁、钙、钠等阳离子混合，这使得分离过程变得复杂。
业内人士指出，由于盐湖和海水中锂的浓度较低，因此在提取之前通常需要进行盐水淡化，这使得这种方法的总体成本比其他技术高出 10 倍以上。
为应对上述挑战，李之考博士研究团队开发出了EALNF工艺，通过EDTA与镁离子的选择性螯合作用，显著放大了锂、镁离子在电性和尺寸上的差异，实现了锂资源的高效提取以及镁资源的有效增值利用。
在处理高盐度、多组分的卤水时，该工艺利用 利用EDTA 4−对 Mg 2+的强结合亲和力实现了接近100%的镁截留率，锂离子通量达到4.34 mol·m-2·h-1，锂镁分离系数高达约679，相较于现有纳滤技术提高了一个至两个数量级。
蒸发—沉淀法与EALNF工艺的锂提取对比图 图源：Nature Sustainability
相比传统的蒸发—沉淀工艺，新工艺省去了耗时的盐田晾晒步骤，将锂离子的生产周期从1~2年大幅缩短至1~2个月，能更有效响应快速变化的市场需求。
而且，EALNF工艺在经济性与环境友好性方面也表现突出。该工艺可在不稀释或仅少量稀释卤水的条件下运行，显著减少了淡水消耗，且每生产一吨碳酸锂能够产生251.9立方米的淡水，这对水资源紧缺的盐湖地区尤为重要。
与之对应的是，在传统的盐湖提锂工艺中，每生产一吨碳酸锂需要超过 500 立方米的淡水，则会加剧盐湖地区的水资源短缺问题。
EDTA与镁离子的选择性结合示意图 图源：Nature Sustainability
此外，EALNF工艺还能有效转化盐湖镁资源。
为提高工艺的经济性并最大限度地减少环境影响，研究团队实现了接近100%的EDTA回收，同时能够持续循环并在室温下产生有价值的氢氧化镁纳米结构，在橡胶阻燃、生物医药、碳捕集、污水处理等领域具有广泛应用。
02
可将碳酸锂产量提升一倍
数据显示，在我国锂资源构成中，盐湖卤水占比高达70%以上。盐湖作为国内储量最大的锂资源类型，对于保障国内锂资源的供给具有重要的意义。但我国盐湖锂浓度不高，成分复杂，特别是 Mg/Li 高，技术通用性差。
目前已有的提锂技术中，沉淀法在低 Mg/Li 卤水中具有较好的应用效果，但提锂周期长，Mg/Li 过高沉淀剂消耗量大，提锂效率得不到保障。溶剂萃取提锂效率较高，可以根据卤水的类型选择不同的萃取剂，但过程中萃取剂损失较大。
此次提出的疏松纳滤膜工艺（EALNF）则可以在最少试剂消耗下显著提高盐湖盐水的锂回收率，从目前的30%~50%提高到80%~90%。也就是说，与传统蒸发-沉淀法相比，新方法可以将相同数量盐水的碳酸锂产量有效提高一倍。
盐湖卤水资源的综合利用及经济性分析 图源：Nature Sustainability
对于新技术的应用前景，李之考博士在接受采访采访时指出，尽管目前的结果是利用小型设备在实验室规模下获得的，但EALNF工艺过程中的核心操作单元已经具有高技术准备水平（TRL），在其他场景下实现了工业规模的应用。
他补充称，“我们目前正在为试点和现场测试寻求资金，这是大规模应用的关键步骤。根据这些测试的结果，可能需要1~3年的时间才能大规模实施EALNF应用。”
在经济性方面，研究团队通过物料流分析评估了新工艺的可行性。
以龙木措湖卤水为例，新工艺不仅能生产电池级碳酸锂，还能同时生产纳米结构的Mg(OH)2，EALNF方法在生产每吨Li2CO3的利润上比传统方法高出380.57%，如果考虑提高的锂回收率，利润可能超过传统方法的494.65%。
与其他盐湖提锂技术相比，新技术具有较高的工业成熟度，流程简便等优势，具有广阔的工业应用前景。
同时，EALNF 工艺代表了锂提取技术的根本转变，为解决锂供应短缺和盐湖盐水中大量镁废物的关键挑战提供了直接、适应性强且环境友好的新解决方案。
（来源：环球零碳）
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