Przemysłowe wydobycie litu z Jeziora Urmia metodami precypitacji i odparowywania

Dlaczego to zasolone jezioro ma znaczenie dla baterii

Lit to lekki metal napędzający dzisiejsze telefony, laptopy i samochody elektryczne. Wraz ze wzrostem popytu pozyskiwanie go wyłącznie z kilku bogatych złóż jest ryzykowne i kosztowne dla środowiska. W tym badaniu postawiono aktualne pytanie: czy można przemienić kurczące się jezioro solne w Iranie, Jezioro Urmia, w nowe źródło litu klasy baterii, stosując stosunkowo proste, przemysłowo gotowe kroki polegające na odsączaniu minerałów i odparowywaniu wody? Odpowiedź mogłaby pomóc zdywersyfikować światowe dostawy litu, wykorzystując przy tym zasób, który obecnie jest w dużej mierze niewykorzystany.

Przekształcanie wody jeziornej w użyteczny punkt wyjścia

Naukowcy zaczęli od pobrania próbek solanki z dwóch części Jeziora Urmia i zmierzenia rozpuszczonych w niej pierwiastków. Jedna lokalizacja, Jazireh Eslami, wydawała się bardziej obiecująca, ponieważ zawierała więcej litu i mniej sodu, który później konkuruje z litem podczas odzysku. Problemem była jednak ogromna zawartość magnezu — około 440 razy więcej niż litu w przeliczeniu na masę. Tak zaburzony skład utrudnia bezpośrednie odzyskiwanie, więc zespół zaprojektował etapowe oczyszczanie, aby usunąć problematyczne pierwiastki przy zachowaniu jak największej ilości litu w roztworze.

Usuwanie niechcianych minerałów niskim kosztem

Pierwszą przeszkodą był magnez, który silnie zakłóca separację litu. Zespół porównał dwa tanie zasady — wodorotlenek sodu i wodorotlenek wapnia — aby wymusić tworzenie się stałego osadu magnezu, który można przefiltrować. Wodorotlenek sodu działał szybko i niemal całkowicie usuwał magnez, ale napływał wtedy do solanki dodatkowy sód, który później zagęszczał konkurencję z litem. Wodorotlenek wapnia działał wolniej, ale nadal usuwał 99,5% magnezu. Wprowadzał też wapń do wody, który naukowcy następnie usunęli przez dodanie kwasu siarkowego, powodując krystalizację i opadanie siarczanu wapnia (gipsu). Ostateczna regulacja pH wodorotlenkiem sodu przywróciła roztwór do stanu neutralnego. Ta trzyetapowa sekwencja poświęciła około 18% pierwotnego litu, ale obniżyła koszty chemikaliów o około 44% w porównaniu z zastosowaniem samego wodorotlenku sodu.

Wykorzystanie słońca i powietrza do koncentracji litu

Gdy solanka została oczyszczona, kolejnym zadaniem było podniesienie zawartości litu do poziomu praktycznego odzysku. Zespół odparowywał wodę w kontrolowany sposób, mierząc, jak rosła koncentracja litu i ile przypadkowo zatrzymywało się w innych solach, które krystalizowały. Przy umiarkowanym skoncentrowaniu zawartość litu w cieczy wzrosła ponad dwukrotnie w stosunku do początkowego poziomu. Jednak dalsze odparowywanie doprowadzało do utraty litu razem z powszechną solą kuchenną i podobnymi minerałami. Badacze wybrali kompromisowy poziom, przy którym solanka została skoncentrowana około 3,5 raza, lit osiągnął 382 części na milion, a dodatkowa utrata w tym etapie ograniczyła się do około jednej trzeciej pozostałego litu.

Testowanie różnych metod wyłapywania litu

Mając skoncentrowaną, oczyszczoną solankę, zespół przetestował trzy drogi wydzielenia litu w postaci stałej. Przekształcenie go w węglan litu, formę stosowaną w wielu fabrykach baterii, okazało się niepraktyczne: poziom litu w solance był po prostu zbyt niski, by ta stosunkowo rozpuszczalna substancja wytrąciła się w użytecznych ilościach. Druga metoda polegała na tworzeniu fosforanu litu, który rozpuszcza się znacznie mniej chętnie. Poprzez schładzanie mieszaniny i staranne dozowanie fosforu badacze zdołali odzyskać około jednej piątej litu, który przetrwał wcześniejsze etapy. Jednak otrzymany osad był zdominowany przez sole sodu i potasu; lit stanowił tylko niewielką część, co oznacza konieczność dodatkowego rafinowania. Najbardziej obiecujące podejście wykorzystało bardziej nowoczesny trik: zachęcenie litu do wślizgnięcia się między warstwy specjalnie utworzonego materiału zwanego warstwowym wodorotlenkiem podwójnym, zbudowanego z glinu i innych jonów. W zoptymalizowanych warunkach i przy trzygodzinnym czasie reakcji ta ścieżka wychwyciła około 43% pozostałego litu, choć osad wciąż zawierał dużo zwykłej soli i niektórych minerałów ubocznych.

Co to oznacza dla przyszłego pozyskiwania litu z jezior

Ogólnie proponowany łańcuch zabiegów — oczyszczanie, umiarkowane odparowywanie i reakcja z materiałami warstwowymi — pokazuje, że nawet bardzo magnezowe jezioro takie jak Urmia może dostarczać lit z wydajnościami porównywalnymi z najlepszymi wynikami dla podobnych solanek na świecie. Niemniej ostateczne odzyski dla najbardziej skutecznej ścieżki nadal nie spełniają oczekiwań przemysłowych, głównie dlatego, że lit jest tracony podczas intensywnej krystalizacji soli i wskutek niepożądanych reakcji ubocznych przy długich czasach reakcji. Dla czytelnika nieznającego tematu wniosek jest taki, że można rzeczywiście wykorzystać trudne jeziora solne do pozyskiwania metali do baterii przy użyciu stosunkowo prostych procesów chemicznych, ale wciąż potrzebne jest staranne dopracowanie. Udoskonalenia zmniejszające straty litu podczas odparowywania i kierujące reakcje bardziej jednoznacznie ku pożądanym litozawierającym ciałom stałym mogłyby uczynić jeziora takie jak Urmia wiarygodnymi, ekonomicznie opłacalnymi dostawcami dla globalnego łańcucha dostaw baterii.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: solanka litowa, Jezioro Urmia, materiały do baterii, wydobycie z jezior solnych, warstwowe wodorotlenki podwójne