該方法將巖石分離成三種高價值、可直接上市的商品——電池級鋰鹽、冶煉級氧化鋁和即用型水泥硅材料,從而徹底消除采礦廢料。
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清潔能源數十億美元的未來,竟因一次去五金店購買浴室瓷磚用品的經歷而開啟。
25年前,麻省理工學院教授蔣業明買了一管玻璃蝕刻膏,想將透明玻璃塊變成半透明。他注意到,蝕刻膏通過“侵蝕”表面來發揮作用。幾十年后,那次平凡的購物經歷,竟成為打破中國在全球電動汽車供應鏈壟斷地位的關鍵一環。
在《科學》雜志上,蔣業明帶領的研究團隊公布了一種在室溫下從硬巖中提取鋰的新方法。這一工藝將傳統成本減半,幾乎完全杜絕采礦廢料。最重要的是,它徹底重塑了關鍵礦產的地緣政治格局。
美國、歐洲和澳大利亞擁有大量蘊藏在一種名為鋰輝石的巖石礦物中的鋰。然而,絕大部分的鋰精煉都在中國完成。
麻省理工學院工業電氣化與脫碳中心前項目經理卡姆登·亨特表示:“到2040年,全球鋰產量需要增加三倍,這相當于要新增數百個鋰生產項目。”
硬巖無處不在,但將其破開卻一直是個噩夢。
硬巖開采
標準精煉是一種蠻力工藝。巖石必須在超過1000°C的大型窯爐中焙燒,然后經受強酸處理。這一過程能耗極高,成本極其昂貴,還會留下堆積如山的有毒廢渣。由于西方國家缺乏容納這種環境足跡的基礎設施或環境容量,他們便將原礦直接運往中國加工。
麻省理工學院的新工藝借鑒了那管五金店蝕刻膏的原理,改變了這一局面。
鋰輝石巖石基本上由三種成分組成:鋰、鋁和硅石。硅氧鍵非常牢固,因此標準開采方法試圖先溶解其他所有物質。蔣業明的團隊采用了一種由水和氟化銨(玻璃蝕刻劑中的活性化學物質)組成的液態試劑,反其道而行之。他們先溶解了硅石。
效果立竿見影。巖石在室溫下順利溶解,無需極端高溫。
在此基礎上,研究團隊開創了他們所謂的“從頭到尾開采法”。通過精確分離溶解的元素,整塊巖石被轉化為高價值商品。該配方可產出用于電動汽車陰極的電池級鋰鹽、用于鋁生產的冶煉級氧化鋁,以及非常適合綠色水泥的高活性硅材料。
閉環工藝
甚至化學溶劑也能完全循環利用。反應過程中會釋放氨氣。這種氣體被捕獲并重新投入循環,從而再生出起始的氟化銨。
該系統名副其實地循環運行,廢物趨近于零。
為證明其可行性,研究人員對來自世界各地的17種不同鋰輝石礦源進行了化學浸浴測試,每次都有效。其經濟效益同樣具有顛覆性,將硬巖開采成本降低到能直接與南美鹵水提鋰相競爭的水平。
商業化推廣已經在進行中。團隊已將該技術剝離出來,成立了一家名為Rock Zero的初創公司,目前正在波士頓硬科技孵化器The Engine進行規模化放大。
亨特補充道:“我們的核心論點是,如果能找到一種更簡便的方法來破碎巖石、提取鋰并制成電池級鋰鹽,你就能改變鋰市場。這與美國最近推動關鍵礦產本土生產的努力不謀而合。”
為了評估該系統的商業可行性,蔣業明要求團隊分析全球規模化數據、試劑成本和能源需求。
他們的計算證實,全球鋰輝石儲量足以支撐100太瓦時的電池生產,并且所產生的副產物數量與現有全球大宗商品市場完美契合。
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