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麻省理工学院科学家公布室温下从硬岩中提取锂的新方法

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该方法将岩石分离成三种高价值、可直接上市的商品——电池级锂盐、冶炼级氧化铝和即用型水泥硅材料,从而彻底消除采矿废料。



清洁能源数十亿美元的未来,竟因一次去五金店购买浴室瓷砖用品的经历而开启。

25年前,麻省理工学院教授蒋业明买了一管玻璃蚀刻膏,想将透明玻璃块变成半透明。他注意到,蚀刻膏通过“侵蚀”表面来发挥作用。几十年后,那次平凡的购物经历,竟成为打破中国在全球电动汽车供应链垄断地位的关键一环。

在《科学》杂志上,蒋业明带领的研究团队公布了一种在室温下从硬岩中提取锂的新方法。这一工艺将传统成本减半,几乎完全杜绝采矿废料。最重要的是,它彻底重塑了关键矿产的地缘政治格局。

美国、欧洲和澳大利亚拥有大量蕴藏在一种名为锂辉石的岩石矿物中的锂。然而,绝大部分的锂精炼都在中国完成。

麻省理工学院工业电气化与脱碳中心前项目经理卡姆登·亨特表示:“到2040年,全球锂产量需要增加三倍,这相当于要新增数百个锂生产项目。”

硬岩无处不在,但将其破开却一直是个噩梦。

硬岩开采

标准精炼是一种蛮力工艺。岩石必须在超过1000°C的大型窑炉中焙烧,然后经受强酸处理。这一过程能耗极高,成本极其昂贵,还会留下堆积如山的有毒废渣。由于西方国家缺乏容纳这种环境足迹的基础设施或环境容量,他们便将原矿直接运往中国加工。

麻省理工学院的新工艺借鉴了那管五金店蚀刻膏的原理,改变了这一局面。

锂辉石岩石基本上由三种成分组成:锂、铝和硅石。硅氧键非常牢固,因此标准开采方法试图先溶解其他所有物质。蒋业明的团队采用了一种由水和氟化铵(玻璃蚀刻剂中的活性化学物质)组成的液态试剂,反其道而行之。他们先溶解了硅石。

效果立竿见影。岩石在室温下顺利溶解,无需极端高温。

在此基础上,研究团队开创了他们所谓的“从头到尾开采法”。通过精确分离溶解的元素,整块岩石被转化为高价值商品。该配方可产出用于电动汽车阴极的电池级锂盐、用于铝生产的冶炼级氧化铝,以及非常适合绿色水泥的高活性硅材料。

闭环工艺

甚至化学溶剂也能完全循环利用。反应过程中会释放氨气。这种气体被捕获并重新投入循环,从而再生出起始的氟化铵。

该系统名副其实地循环运行,废物趋近于零。

为证明其可行性,研究人员对来自世界各地的17种不同锂辉石矿源进行了化学浸浴测试,每次都有效。其经济效益同样具有颠覆性,将硬岩开采成本降低到能直接与南美卤水提锂相竞争的水平。

商业化推广已经在进行中。团队已将该技术剥离出来,成立了一家名为Rock Zero的初创公司,目前正在波士顿硬科技孵化器The Engine进行规模化放大。

亨特补充道:“我们的核心论点是,如果能找到一种更简便的方法来破碎岩石、提取锂并制成电池级锂盐,你就能改变锂市场。这与美国最近推动关键矿产本土生产的努力不谋而合。”

为了评估该系统的商业可行性,蒋业明要求团队分析全球规模化数据、试剂成本和能源需求。

他们的计算证实,全球锂辉石储量足以支撑100太瓦时的电池生产,并且所产生的副产物数量与现有全球大宗商品市场完美契合。

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