文献前沿丨Environ. Sci. Technol.：用于太阳能驱动卤水提锂的盐类精准溶解技术

近年来，太阳能驱动提锂技术因其零能耗、可持续的锂资源生产潜力而受到广泛关注，但将其应用于复杂盐湖卤水仍面临锂回收率低、淡水消耗量大、硼和硫酸盐难以去除等挑战。传统蒸发-沉淀工艺耗时长、锂损失率高，而新兴的直接提锂技术虽有一定潜力，却往往消耗大量淡水并产生废液。目前，基于溶解度差异的溶剂萃取策略被用作绿色、高效的分离手段。有机溶剂（如乙醇、丙酮）对锂盐与共存盐类（如钠、钾、镁、钙盐以及硼酸盐、硫酸盐）具有显著的溶解选择性，并且可通过太阳能蒸发实现高效回收。除此之外，有机溶剂的高挥发性使其适用于界面太阳能蒸发系统，进一步加速溶剂回收和锂盐结晶。因此，论文分别将工业乙醇和丙酮-乙醇混合溶液用于固体混合盐中锂盐的选择性溶解，采用两步蒸发-重结晶工艺制备高纯锂产品，所制备的锂盐可用于电池级碳酸锂或氢氧化锂的生产。相关工作以Precision Dissolution of Salts for Solar-Driven Lithium Extraction from Brines为题发表在Environmental Science & Technology期刊。

本文从盐湖卤水提锂过程中淡水消耗大、化学品用量高、锂回收率低等问题出发，设计了太阳能驱动选择性溶解（SSD）工艺，通过先将卤水完全蒸发得到固体混合盐，再利用有机溶剂的选择性溶解实现锂的分离（图1）。系统测定了各盐类在工业乙醇中的溶解度，LiCl溶解度达191.64 g/L，远高于NaCl、KCl等杂质盐，且丙酮-乙醇混合溶液能有效降低产物中的镁含量，在Salar De Uyuni和Hombre Muerto两种实际盐湖固体盐中验证了SSD工艺的分离性能，锂回收率达92-94%，硼去除率超97%（图2）。为实现有机溶剂的太阳能驱动回收，采用黑色聚氨酯海绵作为光热材料，其在1个太阳光照下对工业乙醇和纯丙酮表现出优异的蒸发性能（图3）。有机溶剂回收率均超过99%，且经10次循环后性能保持稳定，最终所得锂盐可制备纯度达99.7%的Li2CO3，经济分析表明SSD工艺在Hombre Muerto卤水中的利润较传统工艺提高232%（图4）。

图1. (A)传统蒸发-沉淀工艺：卤水在一系列蒸发池中经历长期蒸发，NaCl、KCl、硼盐和MgCl2等盐类依次沉淀，实现锂的逐步富集。富集后的卤水经碱性沉淀剂处理去除残余的Mg、Ca及其他微量杂质，所得富锂溶液随后与特定试剂反应，生成目标锂产品。(B) SSD工艺：采用太阳能驱动的界面蒸发技术蒸发盐湖卤水，同时获得淡水和固体盐类。所得固体盐在工业乙醇（95 vol%乙醇，5 vol%水）中选择性溶解，以去除不溶的NaCl、KCl、CaCl2、硼盐和硫酸盐。富含LiCl和MgCl2的乙醇溶液随后通过界面蒸发技术进行太阳能蒸发。所得LiCl和MgCl2混合固体盐再溶解于丙酮-乙醇混合溶液（97 vol%丙酮加3 vol%乙醇或100 vol%丙酮）中，通过类似的蒸发-重结晶过程除去MgCl2。两种有机溶剂均可回收，最终得到的LiCl盐与试剂反应生成高纯度的Li2CO3或LiOH。

图2. (A)各单一盐在工业乙醇中的溶解度。(B)不同初始Mg²⁺/Li+质量比下，经丙酮-乙醇混合溶液重结晶后产物中的Mg²⁺/Li⁺质量比。(C) Salar De Uyuni和(D) Hombre Muerto固体盐在工业乙醇处理前后，Na⁺/Li⁺、K⁺/Li⁺、Mg²⁺/Li⁺、Ca²⁺/Li⁺、B/Li⁺和S/Li⁺的质量比。(E) Salar De Uyuni和(F) Hombre Muerto固体盐经SSD工艺处理后，产物中Mg²⁺/Li⁺质量比的变化及总Li⁺回收率。

图3. (A)黑色海绵的光吸收光谱。内插图为黑色聚氨酯（PU）海绵的数码照片。(B)在1个太阳光照下，有/无黑色海绵时工业乙醇和纯丙酮的质量变化。丙酮-乙醇混合物的蒸发速率与纯丙酮相当（图S21），主要是因为丙酮仍然是两种溶剂中的主要成分。(C)在0个和1个太阳光照下，黑色海绵中工业乙醇和纯丙酮的蒸发速率。(D)在1个太阳光照下，负载工业乙醇和纯丙酮的黑色海绵的表面温度。(E)不同光照强度下，黑色海绵中工业乙醇和纯丙酮的蒸发速率。(F)在1个太阳光照下，有/无气体对流时黑色海绵中工业乙醇和纯丙酮的蒸发速率。

图4. (A)工业乙醇、丙酮-乙醇混合溶液和纯丙酮的回收性能。(B) SSD工艺在10个循环中的循环性能。(C) Li2CO3的XRD图谱。图中包含Li2CO3的标准图谱（PDF#22-1141）作为对比，内插图为Li2CO3的数码照片。在固定盐湖卤水处理量下，(D)传统蒸发-沉淀工艺生产1吨Li2CO3与SSD工艺在(E) Hombre Muerto和(F) Salar De Uyuni的成本、收益和利润对比分析。

小结：综上所述，为解决传统盐湖卤水提锂工艺耗时长、锂回收率低、淡水消耗大等迫切需求，本研究以固体混合盐为中间介质，利用锂盐与共存盐类在有机溶剂中的溶解度差异，设计出一种太阳能驱动选择性溶解（SSD）工艺。该工艺首先将卤水完全蒸发得到固体盐，再经工业乙醇和丙酮-乙醇混合溶液的两步选择性溶解-重结晶，有效去除了钠、钾、钙、镁、硼和硫酸盐等杂质。在两种实际盐湖固体盐中，SSD工艺实现了92-94%的锂总回收率，硼去除率超过97%。通过耦合界面太阳能蒸发技术，有机溶剂回收率超过99%，且经10次循环后性能保持稳定，最终Li2CO3纯度达99.7%。经济分析表明，SSD工艺在Hombre Muerto生产1吨Li2CO3的利润较传统工艺提高232%。因此，SSD工艺从水资源节约、环境友好、经济性等多个角度，为盐湖提锂提供了可持续的解决方案。

论文信息：P. Liu, Z. Li, H. Wang, Precision Dissolution of Salts for Solar-Driven Lithium Extraction from Brines, Environ. Sci. Technol. (2026) acs.est.6c02852. https://doi.org/10.1021/acs.est.6c02852.

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