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日本确立从海水中提取锂的新技术
发布时间:2019-05-22 08:50 编辑:新万博

   

  日本原子能研究开发机构(JAEA)开发出了使用离子导电体作为分离膜、从海水中分离锂的技术,并成功利用海水制备出了锂离子充电电池的原料——碳酸锂(Li2CO3)粉末。虽然JAEA的目的是稳定供应核聚变炉使用的锂,但也把锂离子充电电池的需求纳入了视野。

  据推测,陆地上的锂资源储量为3000万吨,并不会很快枯竭。但锂资源主要分布在智利及阿根廷等南美地区,日本使用的锂完全依靠从南美各国进口。南美是利用庞大的占地面积,用1年多的时间让含锂的盐湖水自然蒸发来制造锂,因此,无法满足今后锂需求的增加,可能会陷入资源短缺的局面。而海水中含有约2300亿吨的锂资源。

  通过在离子分离膜两侧供给海水和不含锂的回收溶液(稀盐酸),使海水和回收溶液之间产生锂浓度差,海水中的锂就会移动到回收溶液中(图1)。锂离子移动到离子传导体中,电极间会流过电子,产生电。离子传导体采用的是含有锂、铝、钛、锗、硅、磷、氧的NASICON型晶体结构陶瓷。其原理类似“电池”,但又不同于电解,不使用电力,反而会发电。不过,制作稀盐酸和碳酸钠(Na2CO3)等原料时必须使用能源。

  JAEA实施了从海水中提取锂的试验,用三天时间把海水中所含的锂提取出了约7%(图2)。另外,用做豆腐使用的“卤水”(锂浓度约为海水的50~100倍)代替海水,在同样的测试条件下提取锂时,获得了与海水相同的回收性能。

  虽然此次实验使用的是海水和卤水,其实从很多其他原料中也能获得锂。比如,可以制造对废旧的锂离子充电电池进行溶解并回收利用的系统。用海水制盐、以及用海水制造淡水时废弃的浓缩海水也可以用来提取锂。

  锂离子电池使用的主要原料是碳酸锂(Li2CO3)。利用此次开发的技术获得的锂以氯化锂(LiCl)溶解在稀盐酸中的状态存在。因此,JAEA研究了从LiCl获得Li2CO3粉末的工序。首先,使LiCl与廉价的碳酸钠(Na2CO3)水溶液混合,获得Li2CO3沉淀物。然后,通过过滤回收沉淀物,进行干燥,就可成功获得Li2CO3粉末(图3)。

  另外,在提取锂的反应中,正极可获得氢气(H2),负极可获得氯气(Cl2)。这两种气体的用途也非常广泛,具备商业价值。(作者:浜田 基彦,日经技术在线!供稿)




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