文獻前沿丨Environ. Sci. Technol.：用于太陽能驅動鹵水提鋰的鹽類精準溶解技術

近年來，太陽能驅動提鋰技術因其零能耗、可持續的鋰資源生產潛力而受到廣泛關注，但將其應用于復雜鹽湖鹵水仍面臨鋰回收率低、淡水消耗量大、硼和硫酸鹽難以去除等挑戰。傳統蒸發-沉淀工藝耗時長、鋰損失率高，而新興的直接提鋰技術雖有一定潛力，卻往往消耗大量淡水并產生廢液。目前，基于溶解度差異的溶劑萃取策略被用作綠色、高效的分離手段。有機溶劑（如乙醇、丙酮）對鋰鹽與共存鹽類（如鈉、鉀、鎂、鈣鹽以及硼酸鹽、硫酸鹽）具有顯著的溶解選擇性，并且可通過太陽能蒸發實現高效回收。除此之外，有機溶劑的高揮發性使其適用于界面太陽能蒸發系統，進一步加速溶劑回收和鋰鹽結晶。因此，論文分別將工業乙醇和丙酮-乙醇混合溶液用于固體混合鹽中鋰鹽的選擇性溶解，采用兩步蒸發-重結晶工藝制備高純鋰產品，所制備的鋰鹽可用于電池級碳酸鋰或氫氧化鋰的生產。相關工作以Precision Dissolution of Salts for Solar-Driven Lithium Extraction from Brines為題發表在Environmental Science & Technology期刊。

本文從鹽湖鹵水提鋰過程中淡水消耗大、化學品用量高、鋰回收率低等問題出發，設計了太陽能驅動選擇性溶解（SSD）工藝，通過先將鹵水完全蒸發得到固體混合鹽，再利用有機溶劑的選擇性溶解實現鋰的分離（圖1）。系統測定了各鹽類在工業乙醇中的溶解度，LiCl溶解度達191.64 g/L，遠高于NaCl、KCl等雜質鹽，且丙酮-乙醇混合溶液能有效降低產物中的鎂含量，在Salar De Uyuni和Hombre Muerto兩種實際鹽湖固體鹽中驗證了SSD工藝的分離性能，鋰回收率達92-94%，硼去除率超97%（圖2）。為實現有機溶劑的太陽能驅動回收，采用黑色聚氨酯海綿作為光熱材料，其在1個太陽光照下對工業乙醇和純丙酮表現出優異的蒸發性能（圖3）。有機溶劑回收率均超過99%，且經10次循環后性能保持穩定，最終所得鋰鹽可制備純度達99.7%的Li2CO3，經濟分析表明SSD工藝在Hombre Muerto鹵水中的利潤較傳統工藝提高232%（圖4）。

圖1. (A)傳統蒸發-沉淀工藝：鹵水在一系列蒸發池中經歷長期蒸發，NaCl、KCl、硼鹽和MgCl2等鹽類依次沉淀，實現鋰的逐步富集。富集后的鹵水經堿性沉淀劑處理去除殘余的Mg、Ca及其他微量雜質，所得富鋰溶液隨后與特定試劑反應，生成目標鋰產品。(B) SSD工藝：采用太陽能驅動的界面蒸發技術蒸發鹽湖鹵水，同時獲得淡水和固體鹽類。所得固體鹽在工業乙醇（95 vol%乙醇，5 vol%水）中選擇性溶解，以去除不溶的NaCl、KCl、CaCl2、硼鹽和硫酸鹽。富含LiCl和MgCl2的乙醇溶液隨后通過界面蒸發技術進行太陽能蒸發。所得LiCl和MgCl2混合固體鹽再溶解于丙酮-乙醇混合溶液（97 vol%丙酮加3 vol%乙醇或100 vol%丙酮）中，通過類似的蒸發-重結晶過程除去MgCl2。兩種有機溶劑均可回收，最終得到的LiCl鹽與試劑反應生成高純度的Li2CO3或LiOH。

圖2. (A)各單一鹽在工業乙醇中的溶解度。(B)不同初始Mg2?/Li+質量比下，經丙酮-乙醇混合溶液重結晶后產物中的Mg2?/Li?質量比。(C) Salar De Uyuni和(D) Hombre Muerto固體鹽在工業乙醇處理前后，Na?/Li?、K?/Li?、Mg2?/Li?、Ca2?/Li?、B/Li?和S/Li?的質量比。(E) Salar De Uyuni和(F) Hombre Muerto固體鹽經SSD工藝處理后，產物中Mg2?/Li?質量比的變化及總Li?回收率。

圖3. (A)黑色海綿的光吸收光譜。內插圖為黑色聚氨酯（PU）海綿的數碼照片。(B)在1個太陽光照下，有/無黑色海綿時工業乙醇和純丙酮的質量變化。丙酮-乙醇混合物的蒸發速率與純丙酮相當（圖S21），主要是因為丙酮仍然是兩種溶劑中的主要成分。(C)在0個和1個太陽光照下，黑色海綿中工業乙醇和純丙酮的蒸發速率。(D)在1個太陽光照下，負載工業乙醇和純丙酮的黑色海綿的表面溫度。(E)不同光照強度下，黑色海綿中工業乙醇和純丙酮的蒸發速率。(F)在1個太陽光照下，有/無氣體對流時黑色海綿中工業乙醇和純丙酮的蒸發速率。

圖4. (A)工業乙醇、丙酮-乙醇混合溶液和純丙酮的回收性能。(B) SSD工藝在10個循環中的循環性能。(C) Li2CO3的XRD圖譜。圖中包含Li2CO3的標準圖譜（PDF#22-1141）作為對比，內插圖為Li2CO3的數碼照片。在固定鹽湖鹵水處理量下，(D)傳統蒸發-沉淀工藝生產1噸Li2CO3與SSD工藝在(E) Hombre Muerto和(F) Salar De Uyuni的成本、收益和利潤對比分析。

小結：綜上所述，為解決傳統鹽湖鹵水提鋰工藝耗時長、鋰回收率低、淡水消耗大等迫切需求，本研究以固體混合鹽為中間介質，利用鋰鹽與共存鹽類在有機溶劑中的溶解度差異，設計出一種太陽能驅動選擇性溶解（SSD）工藝。該工藝首先將鹵水完全蒸發得到固體鹽，再經工業乙醇和丙酮-乙醇混合溶液的兩步選擇性溶解-重結晶，有效去除了鈉、鉀、鈣、鎂、硼和硫酸鹽等雜質。在兩種實際鹽湖固體鹽中，SSD工藝實現了92-94%的鋰總回收率，硼去除率超過97%。通過耦合界面太陽能蒸發技術，有機溶劑回收率超過99%，且經10次循環后性能保持穩定，最終Li2CO3純度達99.7%。經濟分析表明，SSD工藝在Hombre Muerto生產1噸Li2CO3的利潤較傳統工藝提高232%。因此，SSD工藝從水資源節約、環境友好、經濟性等多個角度，為鹽湖提鋰提供了可持續的解決方案。

論文信息：P. Liu, Z. Li, H. Wang, Precision Dissolution of Salts for Solar-Driven Lithium Extraction from Brines, Environ. Sci. Technol. (2026) acs.est.6c02852. https://doi.org/10.1021/acs.est.6c02852.

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