Исследовательская группа разработала новый способ извлечения лития из породы.
Это изменение способно изменить себестоимость батарей, если поставки сырья станут дефицитными. Работа, опубликованная в журнале Science, рассматривает, как сократить расход энергии и количество отходов при добыче лития из твёрдой руды.
Пока что литий-ионные батареи продолжают доминировать по простой причине, и причина эта в масштабе. Глобальная цепочка поставок лития уже хорошо развита и крайне эффективна, что мешает альтернативам конкурировать по цене.
Однако такое преимущество во многом зависит от доступа к дешёвому литию, значительная часть которого поступает из рассольных месторождений, сосредоточенных в Южной Америке. Сам литий распространён в природе, а вот легко и дёшево извлекаемых залежей не так много.
Эта реальность удерживает внимание на сподумене, литиеносном минерале, который встречается в твёрдой породе. Он представляет собой самую распространённую литиевую руду в мире, но его переработка обходится дорого.
Стандартный подход требует нагрева материала примерно до 1000 °C, после чего его обрабатывают серной кислотой для извлечения лития. Метод работает, но потребляет огромное количество энергии и оставляет после себя отходы на основе серы.
Способ, созданный исследователями MIT и сотрудничающими с ними компаниями, использует иной подход. Вместо обжига руды при высоких температурах команда применяет раствор фторида аммония, нагретый примерно до 70 °C, чтобы разрушить минерал. На этом этапе реакции разделяют руду на потоки лития, кремния и алюминия.
Литий остаётся растворённым в виде фторида лития, тогда как кремний и алюминий идут отдельными путями.
Кремний образует растворимое соединение, а алюминий превращается в твёрдый промежуточный продукт. После этого каждый материал можно перерабатывать независимо.
Алюминиевый поток представляет собой самую энергозатратную часть обновлённого процесса. Он требует поэтапного нагрева, сначала примерно до 300 °C, а затем до 700 °C, чтобы в итоге получить оксид алюминия. Этот нагрев происходит уже после первоначального разделения, а не в самом начале, и даёт оксид алюминия с чистотой более 98 процентов.
Для сравнения, работа с кремнием выглядит относительно простой. Добавление аммиака превращает растворённое соединение в диоксид кремния, который выпадает в осадок. Так как его можно использовать как добавку в бетон, это помогает частично окупить затраты на переработку.
Сам литий остаётся в растворе в виде фторида лития. Затем его можно либо напрямую использовать в производстве гексафторфосфата лития, распространённого электролита в литий-ионных батареях, либо преобразовать в нитрат лития, а потом в оксид лития, оба представляют собой стандартные промежуточные продукты при изготовлении батарей.
Одна из самых примечательных особенностей процесса в том, как он обращается с собственной химией. На нескольких этапах реакций образуются аммиак и фтороводород. Вместо того чтобы считать их отходами, система рекомбинирует их обратно во фторид аммония, то самое соединение, что используется в начале.
Этот замкнутый цикл помогает ограничить как потери материала, так и количество отходов, хотя фтороводород остаётся опасным веществом, требующим осторожного обращения.
На бумаге экономика выглядит убедительно. По оценкам исследователей, традиционная переработка сподумена обходится чуть менее чем в 9000 долларов за тонну произведённого лития.
Их метод способен снизить эту цифру до чуть более 5000 долларов за тонну, что ставит его в один ряд с добычей из высококачественных рассольных месторождений. Если побочные продукты в виде алюминия и кремния удастся успешно продавать, стоимость может упасть ещё ниже.
Правда, вопросы пока остаются. Реальные затраты зависят от качества руды, колебаний рыночных цен и капитала, необходимого для постройки или переоснащения предприятий под новый процесс.
И всё же эта работа указывает на иной взгляд на поставки лития, не только на то, откуда он берётся, но и на то, как именно его извлекают.
Комментарии