沈殿と蒸発法によるウルミア湖からのリチウムの産業抽出

なぜこの塩湖が電池にとって重要なのか

リチウムは現代の携帯電話、ノートパソコン、電気自動車を駆動する軽金属です。需要が急増する中で、限られた豊富な鉱床からのみ採掘することはリスクが高く、環境負荷も大きくなります。本研究は時宜を得た問いを投げかけます：イランの縮小する塩湖、ウルミア湖を、鉱物の沈降と水の蒸発という比較的単純で工業化可能な工程を用いて電池級のリチウム源に変えられるか。答えは世界のリチウム供給の多様化に寄与するとともに、現在あまり活用されていない資源の利用につながる可能性があります。

湖水を扱いやすい出発点に変える

研究者たちはまずウルミア湖の二地点から塩水（高塩分の水）を採取し、溶存元素を測定しました。ジャジレ・エスラミの地点はリチウムが多くナトリウムが少なめで、有望に見えました。ナトリウムは後の回収工程でリチウムと競合するためです。ただし、この塩水にはマグネシウムが非常に大量に含まれており、質量比でリチウムの約440倍に達していました。このような不均衡な組成では直接回収が難しいため、研究チームは問題となる元素を除去しつつ、できるだけ多くのリチウムを溶液中に残す段階的処理を設計しました。

低コストで不要な鉱物を取り除く

最初の障壁はマグネシウムで、リチウム分離を強く妨げます。チームは安価な2種類の塩基（水酸化ナトリウムと水酸化カルシウム）を比較し、マグネシウムを固体にしてろ過で除去する手法を検討しました。水酸化ナトリウムは反応が速くほぼ完全にマグネシウムを除去しましたが、余分なナトリウムが塩水に入るため後でリチウムを押しのける懸念が生じます。水酸化カルシウムは反応が遅めでしたが、マグネシウムを99.5%除去しました。さらにカルシウムが水中に導入されるため、研究者は硫酸を加えて硫酸カルシウム（石膏）結晶を沈殿させて取り出しました。最後に水酸化ナトリウムでpHを中性に戻しました。この三段階の工程では元のリチウムの約18%を犠牲にしましたが、水酸化ナトリウムのみを用いる場合と比べて薬品コストを約44%削減できました。

太陽と空気を使ってリチウムを濃縮する

塩水が浄化されたら、次は実用的な回収が可能になるまでリチウム濃度を高める作業です。チームは制御下で水を蒸発させ、リチウム濃度がどのように上がるか、そしてどれだけが結晶化した他の塩に取り込まれてしまうかを測定しました。適度な濃縮では、液中のリチウムは元の値の2倍以上に増加しました。しかし蒸発を進めすぎると、食塩などの一般的な鉱物とともにリチウムが液相から失われ始めます。研究者は中庸を選び、塩水を約3.5倍に濃縮した時点でリチウムが382 ppmに達し、この工程による追加の損失は残存量の約3分の1にとどめました。

リチウムを取り出すさまざまな手法を試す

濃縮・精製した塩水を手に、チームはリチウムを固体として取り出す三つのルートを試験しました。多くの電池工場で使われる形である炭酸リチウムに変換する方法は実用的ではありませんでした：この塩水中のリチウム濃度は比較的溶けやすい炭酸塩が十分に沈殿するには低すぎました。第二のルートはリン酸リチウムを形成させる方法で、これは溶解度が低めです。混合物を冷却し、加えるリン酸の量を慎重に調整することで、以前の工程で残ったリチウムの約5分の1を回収できました。ただし得られた固体はナトリウムやカリウムの塩が大部分を占め、リチウムは少量にとどまり、追加精製が必要でした。最も有望だったのは新しい手法で、アルミニウムなどのイオンで作られた特別な層状材料（層状二重水酸化物）の層にリチウムを取り込ませる方法です。最適化した条件と3時間の反応時間で、この経路は残存リチウムの約43%を捕捉しましたが、得られた固体には依然として普通の塩や副生成物が多く含まれていました。

湖からの将来のリチウム生産にとっての意味

全体として、提案された処理連鎖—浄化、適度な蒸発、層状材料との反応—は、ウルミアのように非常にマグネシウムが豊富な湖でも、世界の類似塩水で報告されている最良例と同等の効率でリチウムを取り出せることを示しています。とはいえ、最も成功した経路の最終回収率は業界の希望にはまだ届いておらず、その主因は蒸発時の大規模な塩生成による損失や、反応時間が長いことで生じる望ましくない副反応です。一般の読み手にとっての結論は、比較的単純な化学処理で困難な塩湖から電池用金属を取り出すことは可能だが、より慎重な最適化が依然として必要だということです。蒸発中のリチウム損失を減らし、反応をより選択的にリチウム豊富な固体へ導く改善が進めば、ウルミアのような湖は世界の電池供給網にとって信頼できる、経済的にも成立する供給源となり得ます。

引用: Oskouei, A.E., Asgharzadeh, H., Shekaari, H. et al. Industrial extraction of lithium from Urmia Lake using precipitation and evaporation methods. Sci Rep 16, 9893 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40309-9

キーワード: リチウム塩水, ウルミア湖, 電池材料, 塩湖採取, 層状二重水酸化物