通过结合溶剂萃取和电渗析工艺，直接从天然盐水中提取锂，并同时实现硼、镁和钠的协同增值利用

《Sustainable Materials and Technologies》：Direct lithium extraction from natural brines with co-valorization of boron, magnesium and sodium by combining solvent extraction and electrodialysis operations

锂资源高效提取与多组分协同回收技术

　　这篇研究聚焦于一种创新的方法，旨在从大陆盐湖卤水中直接提取锂，并同时实现其他成分的协同增值。锂作为电动汽车和储能设备不可或缺的金属，其需求正随着全球向可持续能源转型而迅速增长。目前，锂的生产主要依赖于传统的蒸发结晶法，这种方法虽然成熟，但伴随着大量的固废产生，包括钠、钾、镁、钙、硫酸盐和氯化物等其他卤水成分。这些废弃物不仅占用大量土地，还可能对环境造成潜在风险。此外，传统方法在蒸发过程中会消耗大量水资源，这在某些地区可能成为可持续发展的瓶颈。

研究提出了一种结合溶剂萃取与电渗析的新工艺，以提高锂的提取效率，同时减少其他成分的浪费。该方法首先利用一种特定的溶剂——2-丁基辛醇（2-butyloctan-1-ol）稀释在煤油中，进行硼的萃取。实验结果显示，这种溶剂对硼的萃取效率高达90%，并能够通过结晶过程生产出高纯度的硼砂（Na?B?O?·2H?O），其纯度达到99%。这表明溶剂萃取技术在提取硼方面具有显著优势，不仅提高了提取效率，还减少了对环境的影响。

在完成硼的萃取后，研究团队对脱硼卤水进行了三阶段的电渗析处理。第一阶段主要目的是去除二价阳离子，如镁离子，从而生成高纯度的氢氧化镁（Mg(OH)?），其纯度为71.2%。第二阶段则用于生成高纯度的碳酸钠（Na?CO?），纯度达到99.99%。第三阶段是整个工艺的关键，通过电渗析进一步分离出高纯度的碳酸锂（Li?CO?），纯度为99.9%。这一系列操作不仅实现了锂的高效提取，还通过电渗析技术将其他有价值的成分进行分离和回收，从而提升了整个工艺的经济性和环境友好性。

在电渗析过程中，研究团队发现通过调整操作参数，可以显著降低所需的电荷量，从而减少电能消耗。这一发现对于降低生产成本、提高能源效率具有重要意义。此外，实验还表明，经过处理后的卤水总溶解固体（TDS）含量降低了99.8%，这意味着处理后的废水具有较低的盐度，可以被重新利用于其他工业过程或农业灌溉，进一步增强了该工艺的可持续性。

除了锂的提取，研究还强调了其他卤水成分的协同增值潜力。镁、钙、钠和钾等元素在多个行业中都有广泛应用，例如作为肥料、中和酸性废水的材料、防火材料的组成部分等。而硼则在玻璃、陶瓷、农业和核工业中具有重要价值。因此，将这些成分一并提取和利用，不仅有助于减少废弃物的产生，还能提升整个生产过程的经济效益。这与循环经济的理念高度契合，即通过资源的循环利用，减少环境负担，提高资源利用效率。

在实验过程中，研究人员对所有产生的废水和固体进行了详尽的化学分析，并通过物理化学计算分析了溶液中不同物种的化学形态。这些分析结果帮助他们理解了在不同处理阶段中，各种成分如何结晶、沉淀以及如何通过电渗析进行分离。例如，在电渗析的第一阶段，二价阳离子的去除使得氢氧化镁能够以较高的纯度结晶析出；而在后续的阶段，通过调整电场强度和操作条件，能够实现碳酸钠和碳酸锂的高效分离。

研究团队使用的溶剂萃取技术在实验室和示范规模上都得到了验证。他们发现，与传统的醇类溶剂相比，2-丁基辛醇在卤水中具有较低的溶解性，这有助于减少废水处理的负担，并降低操作成本。此外，这种溶剂对硼的选择性萃取能力也使其成为一种理想的提取材料，能够在不影响其他成分的情况下高效地提取硼。

整个工艺流程的设计不仅考虑了锂的提取效率，还兼顾了其他成分的回收与再利用。例如，在脱硼卤水的处理过程中，通过电渗析和沉淀操作，镁、钙、钠和钾等元素能够被分别回收，用于不同的工业应用。这种多目标的提取策略，使得卤水资源的利用更加全面，避免了单一提取锂而导致的资源浪费。

从环境角度来看，该工艺的实施能够显著减少传统锂生产过程中产生的固废和废水。通过电渗析和溶剂萃取的结合，卤水中的多种成分可以被高效分离，并转化为有价值的化学品。这不仅有助于降低对环境的污染，还能减少对天然资源的依赖，从而推动可持续发展的目标。

在经济层面，这种协同增值的策略能够有效降低生产成本。传统锂生产过程中，其他成分往往被视为废弃物，需要额外的处理成本。而通过该工艺，这些成分可以被直接回收并用于其他高价值的工业应用，从而减少了整体的生产成本。此外，由于电渗析过程的能耗较低，且能够实现高纯度产品的生产，因此该方法在经济性和能源效率方面都表现出色。

从技术角度来看，该工艺的实施需要对溶剂萃取和电渗析技术进行深入研究和优化。例如，在溶剂萃取阶段，需要精确控制溶剂的浓度、接触时间以及相分离的条件，以确保硼的高效提取。而在电渗析阶段，则需要对膜材料、电场强度以及操作参数进行优化，以提高其他成分的分离效率和纯度。这些技术细节的掌握，是实现该工艺成功应用的关键。

此外，该研究还指出，未来锂生产设施的设计应更加注重多成分的协同提取与利用。通过结合先进的化学工程技术，如溶剂萃取和电渗析，可以实现对卤水资源的高效利用，减少对环境的影响，并提高整体的经济效益。这种理念不仅适用于锂的生产，也可能为其他金属或元素的提取提供借鉴。

研究团队还提到，该工艺在某些特定的卤水环境中具有更高的可行性。例如，在盐湖卤水中，由于其高盐度和丰富的成分，传统的蒸发结晶法存在诸多挑战。而通过溶剂萃取和电渗析的结合，能够克服这些挑战，实现对锂和其他成分的高效提取。这表明，该工艺不仅适用于特定的卤水类型，还具有广泛的适用性，可以推广到其他类似的卤水资源中。

从长远来看，这种创新的锂提取方法可能对全球锂产业产生深远影响。随着电动汽车和储能技术的快速发展，锂的需求将持续增长。因此，开发一种高效、环保且经济的锂提取方法，对于满足未来的市场需求至关重要。而该研究提出的工艺，不仅能够提高锂的提取效率，还能实现其他成分的协同增值，为锂产业的可持续发展提供了新的思路。

总的来说，这篇研究展示了一种全新的锂提取方法，通过溶剂萃取和电渗析的结合，实现了对卤水中多种成分的高效分离和利用。这种方法不仅提高了锂的提取效率，还减少了环境负担，降低了生产成本，具有重要的应用前景。未来，随着技术的进一步优化和推广，这种工艺有望成为锂生产的重要手段，为全球能源转型和资源循环利用做出贡献。