Промышленное извлечение лития из озера Урмия с помощью осаждения и испарения

Почему это солёное озеро важно для батарей

Литий — лёгкий металл, который питает современные телефоны, ноутбуки и электромобили. По мере роста спроса полагаться только на несколько крупных месторождений рискованно и дорого с экологической точки зрения. В этом исследовании поставлен своевременный вопрос: можно ли превратить сокращающееся солёное озеро в Иране, озеро Урмия, в новый источник лития батарейного качества, применяя относительно простые, пригодные для промышленности этапы — отстаивание минералов и испарение воды? Ответ мог бы помочь диверсифицировать мировые поставки лития и использовать ресурс, который сейчас недоиспользуется.

Преобразование воды озера в рабочую исходную жидкость

Исследователи начали с отбора проб рассола — очень солёной воды — в двух участках озера Урмия и измерения растворённых элементов. Один из участков, Джазире Эслэми, выглядел более перспективным: в нём было больше лития и меньше натрия, который позже мешает восстановлению лития. Проблема заключалась в том, что этот рассол также содержал огромные количества магния — примерно в 440 раз больше лития по массе. Такой дисбаланс затрудняет прямое извлечение, поэтому команда разработала пошаговую обработку, чтобы удалить проблемные элементы, сохранив как можно больше лития в растворе.

Удаление нежелательных минералов с низкими затратами

Первой задачей был магний, который сильно мешает разделению лития. Команда сравнила два дешёвых основания — гидроксид натрия и гидроксид кальция — чтобы заставить магний образовать твёрдое соединение, которое можно фильтровать. Гидроксид натрия действовал быстро и практически полностью удалял магний, но при этом насыщал рассол лишним натрием, что затем будет вытеснять литий. Гидроксид кальция действовал медленнее, но всё же удалял 99,5% магния. Он также вводил кальций в воду, который исследователи затем удалили добавлением серной кислоты: образовывались и оседали кристаллы сульфата кальция (гипс). Финальная корректировка pH гидроксидом натрия вернула раствор к нейтральному состоянию. Эта трёхэтапная последовательность стоила потери примерно 18% исходного лития, но снизила химические расходы примерно на 44% по сравнению с использованием только гидроксида натрия.

Использование солнца и воздуха для концентрации лития

После очистки рассола следующей задачей было повысить уровень лития до значений, пригодных для практического извлечения. Команда контролируемо испаряла воду, измеряя, как повышается концентрация лития и какая его доля случайно уходит в другие соли, которые кристаллизуются. При умеренной концентрации количество лития в жидкости увеличилось более чем вдвое по сравнению с исходным уровнем. Но чрезмерное испарение приводило к тому, что литий покидал раствор вместе с обычной поваренной солью и похожими минералами. Исследователи выбрали компромисс: рассол концентрировали примерно в 3,5 раза, литий достиг 382 частей на миллион, и дополнительные потери на этом этапе ограничились примерно одной третью от того, что оставалось.

Испытание разных способов улавливания лития

Имея концентрированный и очищенный рассол, команда опробовала три пути перевода лития в твёрдую форму. Превращение в карбонат лития, форму, используемую на многих заводах по производству батарей, оказалось непрактичным: концентрация лития в рассоле была слишком низкой для того, чтобы относительно растворимый карбонат выпадал в полезных количествах. Второй путь опирался на образование фосфата лития, который растворяется значительно хуже. Охлаждая смесь и тщательно регулируя количество добавляемого фосфата, исследователи смогли восстановить около одной пятой лития, уцелевшего после предыдущих этапов. Однако образовавшийся осадок в основном состоял из солей натрия и калия; литий в нём был лишь незначительной составляющей, что потребовало бы дополнительной очистки. Наиболее перспективным оказался современный приём: побуждение лития внедряться в слои специально созданного материала — слоистого двойного гидроксида, построенного на алюминии и других ионах. При оптимальных условиях и трёхчасовой реакции этот путь захватил около 43% оставшегося лития, хотя осадок всё ещё содержал много обычной соли и побочных минералов.

Что это значит для будущего добычи лития в озёрах

В целом предложенная цепочка обработки — очистка, умеренное испарение и реакция со слоистыми материалами — показывает, что даже очень магнийбогатое озеро, такое как Урмия, может дать литий с эффективностью, сопоставимой с лучшими результатами для похожих рассолов в мире. Тем не менее окончательное извлечение по наиболее успешному маршруту всё ещё ниже желаемого для промышленности, главным образом потому, что литий теряется при интенсивной кристаллизации солей и из-за побочных реакций при длительном времени реакции. Для неспециалиста вывод таков: мы действительно можем извлекать металлы для батарей из труднодоступных солёных озёр с помощью относительно простой химии, но требуется тщательная донастройка. Улучшения, которые сократят потери лития при испарении и направят реакции более чисто к желаемым литиевым соединениям, могут превратить такие озёра, как Урмия, в надёжных и экономически жизнеспособных поставщиков лития для глобальной цепочки создания батарей.

Цитирование: 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

Ключевые слова: литиевая рассол, озеро Урмия, материалы для батарей, добыча в солёных озёрах, слоистый двойной гидроксид