一种新方法可能改写锂的开采方式
研究人员找到了一种提取锂的新方法，可能比现有技术更便宜、更环保。锂是锂离子电池的关键原料，大量用于电动车和储能系统。
这项研究今天发表在《Science》上，一家叫 Rock Zero 的初创公司正在推动这项技术的商业化。
“大规模应用之后，我们相信这将是全球成本最低的锂来源，”论文作者之一蒋业明（Yet-Ming Chiang）说。他是 MIT 教授，也是一位连续创业者，创办过多家气候科技公司，包括 Form Energy 和 Addis Energy。
目前最经济的锂获取方式是从盐水中提取，这种含盐的水在几千年间从岩石中溶解出了锂。但这种方法受地理条件限制，而且目前需要大面积的土地来建造蒸发池。更常见的做法是硬岩开采：炸开大块矿石，在高温下焙烧，再用危险的化学品进行处理。
新方法走了一条完全不同的路：用一种弱酸溶解通常很“懒”的硅酸盐矿物，把锂释放出来，这个过程还能同时得到氧化铝和二氧化硅等有用的副产品。
这项研究的起源，以及 Rock Zero 这家公司的诞生，还要从蒋业明创办的另一家初创公司 Sublime Systems 说起。
当时团队在寻找一种高活性的二氧化硅来制造强度更高的水泥。要把一种不活泼的材料变得活泼，一个办法是先把它溶解掉，然后让它以更活泼的形态重新结晶。溶解硅酸盐矿物不是做不到，但已知最好的方法是用氢氟酸，而这是一种极其危险的化学品。其他含氟化学品也可以用，但有些在反应中会产生氢氟酸作为副产物。
蒋业明的灵感来自 25 年前的一次装修。“大约 25 年前，我在马萨诸塞州弗雷明汉翻新家里的淋浴间，”他说，“开始这个项目的时候，我偶然间想起了装修时候接触过的玻璃蚀刻膏，心想：‘那东西里面是什么成分？’”
玻璃是二氧化硅做的。他记得的那种玻璃蚀刻膏在任何工艺品店或家装店都能买到，它的有效成分是一种名为氟化铵的弱酸。MIT 的研究人员发现，在合适的条件下，氟化铵可以有效溶解硅酸盐矿物，而且过程中不会产生氢氟酸。
这种化学反应可以用在任何硅酸盐矿物上，而硅酸盐矿物种类极多。但最常被开采用来提取锂的矿物锂辉石（spodumene）成了首选目标：蒋业明说，公司顾问之一、前 ARPA-E 官员道格·威克斯（Doug Wicks）的建议让团队把目光转向了锂辉石。
现在加工锂辉石矿有一个绕不开的步骤：把矿石放进窑炉里高温焙烧。高温会引发一种相变，让矿物“膨胀”起来，锂也就更容易被提取了。
如果能跳过高温焙烧这一步，就可以省下能源成本，同时可能减少碳排放，论文作者之一、Rock Zero 联合创始人兼 CEO 卡姆登·亨特（Camden Hunt）说。
不用窑炉还有一个额外好处，可以处理一些没法正常焙烧的矿石，亨特补充说。铁含量太高的矿石在焙烧时不会正确地发生相变，而是会熔化成玻璃状物质，变得没法用。
新工艺使用的是简单的塑料搅拌槽，反应温度最高约 95°C。氟化铵把硅酸盐溶解掉，在早期实验中几天之内就能提取出锂辉石矿中几乎全部的锂，研究人员后来把这个时间压缩到了 12 小时以内。
经过一些后续的纯化步骤后，最终产物有三样：包括碳酸锂（可用于制造电池）、氧化铝（可送进冶炼厂生产铝）和具有胶凝性的二氧化硅（可添加到混凝土中）。而且酸可以在同一个闭路中循环使用。
蒋业明把这叫做“从头到尾”式开采——矿石的每一个部分都利用起来，就像一头牲畜从头吃到尾。研究团队目前正在扩大规模和优化工艺，马萨诸塞州剑桥实验室里的反应槽每批可以处理 3 公斤的锂辉石精矿。
他们也估算了这套工艺在完全放大之后的成本。假设氟化铵能以很高的回收率循环使用，提取锂的成本应该可以控制在每吨 6000 美元以下。他们还找到了一种潜在的廉价工业级酸来源，作为循环使用之外的替代方案。
预计总成本将低于目前从硬岩矿石中提取锂的其他工艺，而且有可能与盐水提取的成本接近。
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这项研究今天发表在《Science》上，一家叫 Rock Zero 的初创公司正在推动这项技术的商业化。
“大规模应用之后，我们相信这将是全球成本最低的锂来源，”论文作者之一蒋业明（Yet-Ming Chiang）说。他是 MIT 教授，也是一位连续创业者，创办过多家气候科技公司，包括 Form Energy 和 Addis Energy。
目前最经济的锂获取方式是从盐水中提取，这种含盐的水在几千年间从岩石中溶解出了锂。但这种方法受地理条件限制，而且目前需要大面积的土地来建造蒸发池。更常见的做法是硬岩开采：炸开大块矿石，在高温下焙烧，再用危险的化学品进行处理。
新方法走了一条完全不同的路：用一种弱酸溶解通常很“懒”的硅酸盐矿物，把锂释放出来，这个过程还能同时得到氧化铝和二氧化硅等有用的副产品。
这项研究的起源，以及 Rock Zero 这家公司的诞生，还要从蒋业明创办的另一家初创公司 Sublime Systems 说起。
当时团队在寻找一种高活性的二氧化硅来制造强度更高的水泥。要把一种不活泼的材料变得活泼，一个办法是先把它溶解掉，然后让它以更活泼的形态重新结晶。溶解硅酸盐矿物不是做不到，但已知最好的方法是用氢氟酸，而这是一种极其危险的化学品。其他含氟化学品也可以用，但有些在反应中会产生氢氟酸作为副产物。
蒋业明的灵感来自 25 年前的一次装修。“大约 25 年前，我在马萨诸塞州弗雷明汉翻新家里的淋浴间，”他说，“开始这个项目的时候，我偶然间想起了装修时候接触过的玻璃蚀刻膏，心想：‘那东西里面是什么成分？’”
玻璃是二氧化硅做的。他记得的那种玻璃蚀刻膏在任何工艺品店或家装店都能买到，它的有效成分是一种名为氟化铵的弱酸。MIT 的研究人员发现，在合适的条件下，氟化铵可以有效溶解硅酸盐矿物，而且过程中不会产生氢氟酸。
这种化学反应可以用在任何硅酸盐矿物上，而硅酸盐矿物种类极多。但最常被开采用来提取锂的矿物锂辉石（spodumene）成了首选目标：蒋业明说，公司顾问之一、前 ARPA-E 官员道格·威克斯（Doug Wicks）的建议让团队把目光转向了锂辉石。
现在加工锂辉石矿有一个绕不开的步骤：把矿石放进窑炉里高温焙烧。高温会引发一种相变，让矿物“膨胀”起来，锂也就更容易被提取了。
如果能跳过高温焙烧这一步，就可以省下能源成本，同时可能减少碳排放，论文作者之一、Rock Zero 联合创始人兼 CEO 卡姆登·亨特（Camden Hunt）说。
不用窑炉还有一个额外好处，可以处理一些没法正常焙烧的矿石，亨特补充说。铁含量太高的矿石在焙烧时不会正确地发生相变，而是会熔化成玻璃状物质，变得没法用。
新工艺使用的是简单的塑料搅拌槽，反应温度最高约 95°C。氟化铵把硅酸盐溶解掉，在早期实验中几天之内就能提取出锂辉石矿中几乎全部的锂，研究人员后来把这个时间压缩到了 12 小时以内。
经过一些后续的纯化步骤后，最终产物有三样：包括碳酸锂（可用于制造电池）、氧化铝（可送进冶炼厂生产铝）和具有胶凝性的二氧化硅（可添加到混凝土中）。而且酸可以在同一个闭路中循环使用。
蒋业明把这叫做“从头到尾”式开采——矿石的每一个部分都利用起来，就像一头牲畜从头吃到尾。研究团队目前正在扩大规模和优化工艺，马萨诸塞州剑桥实验室里的反应槽每批可以处理 3 公斤的锂辉石精矿。
他们也估算了这套工艺在完全放大之后的成本。假设氟化铵能以很高的回收率循环使用，提取锂的成本应该可以控制在每吨 6000 美元以下。他们还找到了一种潜在的廉价工业级酸来源，作为循环使用之外的替代方案。
预计总成本将低于目前从硬岩矿石中提取锂的其他工艺，而且有可能与盐水提取的成本接近。
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