Самостоятельная устойчивые прямая добыча лития, управляемая гигроскопичностью

Быстрее и мягче способ получить литий

Литий питает аккумуляторы в наших телефонах, ноутбуках и электромобилях, но его добыча из недр медленная, требовательная к воде и энергоёмкая. В этом исследовании описывается новый способ извлечения лития из твёрдых отходов горной добычи, использующий ничто иное, как естественную влажность воздуха. Для читателей, обеспокоенных чистой энергией, дефицитом воды и последствиями горной добычи, это показывает, как можно расширять поставки лития, сокращая при этом их экологический след.

Почему современный литий обходится дорого

Сегодня производство лития в основном полагается на два пути: испарение солёных рассолов в обширных бассейнах или дробление и переработку магматических руд. Испарение рассолов дешёвое, но может занимать более года и потреблять большие объёмы пресной воды в уже сухих регионах. Добыча твёрдых руд идёт быстрее, но требует много энергии и создаёт обширные объёмы отходов. Новые методы «прямого извлечения лития» обещают более чистую сепарацию с помощью специальных мембран или реагентов, но они обычно требуют электроэнергии, реагентов и точного контроля, что делает их дорогостоящими в масштабировании. Главная проблема в том, что литий обычно встречается вместе с обильными солями натрия, калия, магния и кальция, и выделить эту небольшую фракцию чисто оказалось сложно.

Доверить отделение лития его любви к воде

Исследователи заметили, что гидрат хлорида лития, соль, часто встречающаяся в шлаках горного производства, обладает сильной склонностью поглощать воду из воздуха. При умеренной относительной влажности — примерно 12–30% — этот минерал начинает впитывать небольшие количества влаги и в конечном итоге растворяется, превращаясь в жидкость, в то время как соседние соли, такие как поваренная соль (хлорид натрия) и распространённые соли калия, магния и кальция, остаются твёрдыми. Тщательно поддерживая смеси этих минералов при контролируемой влажности, команда показала, что плавятся только кристаллы, содержащие литий, образуя капли литий-обогащённого раствора, которые можно сливать. Это означает, что беспорядочное распределение паров воды в воздухе используется для самопроизвольного приведения в действие этапа отделения лития, без добавления тепла, химикатов или воды.

Как работает процесс с контролируемой влажностью

Чтобы сделать этот принцип практичным, команда построила камеру с контролем влажности, через которую низко-влажный воздух прогоняется через слой смешанных минералов или реального шлака. По мере прохождения воздуха соль лития жадно поглощает влагу и плавится в небольшой объём жидкости. Лёгкий вакуум затем втягивает эту жидкость вниз через фильтр, отделяя её от всё ещё твёрдых сопутствующих солей. Настраивая скорость потока влажного воздуха и плотность укладки слоя минералов, они могут ускорить поглощение влаги и обеспечить удаление литий-обогащённой жидкости прежде, чем она успеет повторно растворить нежелательные соли поблизости. При оптимальных условиях они извлекли до 96% лития, концентрируя его до почти 100 000 частей на миллион — намного богаче, чем типичные промышленные растворы — в течение минут или часов вместо многих месяцев.

Доказательство работоспособности вне лаборатории

Помимо тщательно смешанных образцов, исследователи испытали реальный шлак из рассольной операции по добыче лития. Этот материал содержал литий вместе с несколькими другими солями и примесями, аналогично тому, что хранится на кучах реальных площадок. В их установке три быстрых цикла извлечения вернули более 80% лития примерно за час, давая растворы значительно более концентрированные, чем те, что используются при стандартном производстве карбоната лития. Они также имитировали сезонные условия пустыни Атакама в Чили, где работают многие рассольные пруды, подбирая влажность, температуру и скорость ветра к реалистичным значениям. Даже при этих меняющихся естественных условиях процесс стабильно извлекал более 80% лития за примерно один–три часа, показывая, что он может надёжно работать в полевых условиях.

Масштабирование с простой аппаратурой

Чтобы изучить развертывание в реальных условиях, команда спроектировала простую вертикальную модульную конструкцию, примерно как полая колонна, заполненная шлаком между двумя стенками. Влажный воздух прогоняется через плотный слой солей, формируется литий-обогащённая жидкость, которая затем стекает в коллектор у основания. В тестах этот модуль перерабатывал несколько килограммов шлака в день на метр высоты и производил высококонцентрированные растворы лития, превосходя многие существующие технологии извлечения как по скорости, так и по концентрации выхода. Поскольку он опирается на простые материалы и окружающие условия, такая модульная конструкция может быть добавлена на действующие шахтные участки или использована в централизованных установках, где воздух кондиционируется более точно.

Что это означает для более чистых аккумуляторов

Проще говоря, исследование показывает, что мы можем использовать естественную жажду лития к воде, чтобы быстро извлекать его из сложных твёрдых отходов с минимальными затратами энергии, воды или химикатов. Вместо того чтобы строить всё больше прудов испарения или химических заводов, этот подход позволяет атмосфере выполнять большую часть работы по разделению. Хотя для масштабирования технологии, её интеграции с существующими стадиями очистки и испытаний на других типах литийсодержащих материалов требуется дальнейшая инженерная работа, сама концепция указывает путь к более устойчивым поставкам лития. А это, в свою очередь, может помочь обеспечить, чтобы переход к чистой энергии не зависел от практик добычи, истощающих водные ресурсы и экосистемы.

Цитирование: Chen, H., Yang, M., Zheng, S. et al. Hygroscopicity-driven spontaneous sustainable direct lithium extraction. Nat Commun 17, 4085 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70720-9

Ключевые слова: добыча лития, отходы горной добычи, гигроскопические материалы, сырье для аккумуляторов, устойчивая добыча