依靠吸湿性的自发可持续直接锂提取

更快、更温和的锂获取方式

锂为我们的手机、笔记本和电动汽车电池提供能量，但从地里提取锂既慢又耗水、耗能。该研究描述了一种从采矿残余固体废料中提取锂的新方法，所用的只是空气中天然的湿度。对于关心清洁能源、水资源短缺和采矿影响的读者，这项工作展示了如何在扩大锂供应的同时缩小其环境足迹的一种可能途径。

为什么当今的锂代价高昂

现代锂生产主要依赖两条路线：在巨大的池塘中蒸发含盐卤水，或破碎并加工硬岩矿石。卤水蒸发成本低，但可能需要一年多的时间，并在本已干旱的地区消耗大量淡水。硬岩开采速度更快，但需要大量能量并产生大量废弃物。新兴的“直接锂提取”方法承诺通过特殊膜或化学剂实现更清洁的分离，但这些方法通常需要电力、试剂和精细控制，使其规模化成本高昂。根本挑战在于锂通常与含钠、钾、镁和钙的丰富盐类共存，要将这一小部分清洁分离一直很困难。

让锂对水的亲和性来完成工作

研究人员意识到含锂的氯化锂水合物——一种在采矿炉渣中常见的含锂盐——具有强烈从空气中吸取水分的倾向。当周围湿度适中——约为12%到30%时——该矿物开始吸收微量水分，最终溶解成液体，而邻近的盐类如食盐（氯化钠）及常见的钾、镁、钙盐仍保持固态。通过在受控湿度下仔细保持这些矿物混合物，团队证明只有含锂晶体发生液化，形成富锂溶液的小液滴，可以被排出。这意味着分散在空气中的水蒸气的无序运动被利用为驱动力，自发推动锂的分离步骤，无需额外加热、化学品或淡水。

受控湿度工艺如何工作

为使这一原理具有实用性，团队建造了一个湿度可控的室，低湿度空气被拉过一床混合矿物或真实的采矿炉渣。随着空气通过，锂盐贪婪地吸收水分并融化成少量液体。随后通过温和的真空将该液体向下抽过过滤器，将其与仍为固态的伴生盐分离。通过调节湿气流速和矿床的松紧度，他们可以加速吸湿并确保在富锂液体有机会在附近再次溶解不需要的盐之前将其移走。在优化条件下，他们在数分钟到数小时内回收了高达96%的锂，并将其浓缩到接近10万百万分之一——远高于典型工业原料溶液的含量。

在实验室外证明可行性

除了精心混合的样品外，研究人员还测试了来自以卤水为基础的锂作业的真实炉渣。该材料含有锂以及几种其他盐和杂质，类似于实际场地堆放的物料。在他们的装置中，三次快速提取循环在大约一小时内回收了超过80%的锂，得到的溶液浓度远高于用于标准碳酸锂生产的溶液。他们还模拟了智利阿塔卡马沙漠的季节性条件——许多卤水池在那里运行——将湿度、温度和风速调整到现实值。即便在这些波动的自然条件下，该工艺仍能在约一到三小时内稳定回收超过80%的锂，表明其在现场具有较强的可行性。

用简单硬件放大规模

为探索实际部署，团队设计了一个简单的垂直模块，类似于在两壁之间填充炉渣的空心柱。潮湿空气被抽过填装的盐类，富锂液体形成后滴入底部的收集器。在测试中，该模块每米高度每天处理数千克炉渣，并产生高浓度的锂溶液，在速度和产出浓度方面优于许多现有提取技术。由于它依赖于基础材料和环境条件，这种模块化设计可以添加到现有采矿场地，或用于更精确调节空气条件的集中设施。

这对更清洁电池意味着什么

简而言之，该研究表明我们可以利用锂对水的天然渴求，从复杂的固体废料中快速提取锂，且几乎不用额外的能量、淡水或化学品。与建设更多的蒸发池或化工厂相比，这种方法让大气承担了大部分分离工作。尽管还需进一步工程化以扩大规模、将其与现有精炼步骤整合并测试其他类型的含锂材料，这一概念指向了更可持续的锂供应。进而，这可能有助于确保清洁能源转型不会依赖加剧水资源与生态系统压力的采矿做法。

引用: 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

关键词: 锂提取, 采矿废料, 吸湿材料, 电池原材料, 可持续采矿