美国科学家磁性纳米粒子从各种水源中提取锂等重要矿物的方法

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几个世纪前,炼金术士们试图将铅转化为金。虽然他们没有成功,但从丰富的资源中提取珍贵资源的概念仍然具有吸引力。美国能源部西北太平洋国家实验室(PNNL)的科学家们正在与工业界合作,测试一种利用磁性纳米粒子从各种水源中提取锂等重要矿物的方法。

锂是许多电子和能源技术的基本成分,包括为手机和电动汽车提供动力的轻型锂离子电池。到2028年,全球锂的市场预计将达到82亿美元,但美国生产的锂却很少。

PNNL正在申请专利的技术不仅有可能为美国提供一个生产更多自己的锂和其他关键材料的机会,而且它还提供了一个更快和更便宜的方法。PNNL正在开发磁性纳米粒子,它被一个吸附剂外壳所包围,可以吸附与各种工业过程相关的水中的锂和其他金属。

这些来源可能包括地热电站的水,称为地热盐水,或者在石油或天然气生产过程中从地下抽取的水。这些颗粒也可以用在海水淡化厂的污水中,甚至直接来自海水。一旦这些微小的铁基颗粒被添加到水中,锂就会从水中被吸引出来并与它们结合。然后,在磁铁的帮助下,纳米颗粒可以在短短几分钟内被收集起来,锂也“搭上了顺风车”,不再悬浮在液体中,可以轻松提取。锂被提取后,重新充电的纳米粒子可以再次使用。

这项技术为传统的提取方法提供了一个有希望的替代方案,即把地下水抽到大型、昂贵的蒸发池中。这些过程可能需要几个月甚至几年的时间,并影响到主要部署这些方法的干旱地区的地下水管理。

虽然PNNL的过程立即开始工作,但今天的过程有点像在等待一壶柠檬水的水蒸发,希望能回收沉淀在底部的粉末状混合物。如果这项技术被部署在地热电站,回收的锂的价值可能会提高这种可再生能源形式的成本效益,这种能源利用水来捕获地球表面以下深处的热量,然后将其转换为电力。

PNNL正在与Moselle技术公司合作进一步开发这项技术,该公司已获得许可并计划在几个地方进行试点。

这项工作和后续活动是国家实验室如何与商业实体合作,将实验室研究转化为现实世界解决方案的很好例子。例如,PNNL的研究人员正在对磁性分离器系统进行长期测试,以便可能用于石油和天然气开采过程,这可以创造一个额外的收入来源来抵消生产成本。

除了 Moselle,他们正在与其他商业伙伴合作,评估该技术在内华达州和加拿大的锂资源中的使用。

最后,着眼于一系列不同的应用,PNNL的研究人员正在定制纳米粒子的外壳,以专门针对能源技术、医疗成像设备、电子产品等方面使用的其他具有商业价值、战略意义的元素和矿物。

例如,他们正在与Moselle和Geo40合作,探索在新西兰的一个地热厂从地热盐水中提取铯和锑的可能性。

PNNL的新方法确实很了不起。它提供了以快速、具有成本效益的方式提取关键矿物的希望。而像这样的创新可能是物有所值的。

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