世界对元素周期表中第三号元素——锂的需求持续攀升。从智能手机、笔记本电脑到高端电动汽车，几乎所有现代电子设备都依赖锂电池供电。预计到 2030 年，全球锂需求将接近目前的三倍。与此同时，传统锂矿开采过程极其耗水、耗能，其中一个关键步骤是将锂盐从其他矿物中溶解分离出来。

在发表于《自然通讯》的最新研究中，科研人员提出了一种新方法：利用氯化锂水合物（LHT）的潮解特性——即它能从空气中主动吸水并自我溶解的能力——从采矿废料中选择性提取并浓缩锂，而将不需要的矿物留在固相中。

该方法实现了最高约 97% 的锂回收率，使锂的纯度提升约 1500 倍。最终得到的液体浓缩液中，锂含量可达 97,000 ppm（百万分之一），是目前电池加工中常用标准溶液浓度的两倍多。

竞争盐类是传统工艺的难题

目前最常见的锂提取方式是盐湖卤水的太阳蒸发法：将富含锂的卤水抽入大型蒸发池，通过阳光蒸发水分，留下锂盐。虽然成本相对较低，但生产 1 吨碳酸锂大约需要近 60,000 升水，而且整个过程可能持续 12 个月以上。

为提高效率并降低环境影响，科学家们提出了多种直接锂提取（DLE）技术，如吸附法和纳滤法，可直接从液态资源中分离锂，相比传统蒸发池对环境的压力更小。然而，大多数 DLE 技术仍停留在研发或试验阶段，尚未具备大规模满足当前及未来锂需求的能力。

制约这些技术效率的关键因素之一，是“竞争元素”的存在。锂往往与钠、镁、钙等元素的盐共存，这些离子在化学性质上与锂非常接近，使得选择性分离变得十分困难。结果是，大量采矿残渣中仍残留近 1% 的锂未被回收。

利用“无序”驱动的提取机制

本研究团队开发的方案，既能从这些化学性质相近的盐类中分离锂，也能从原本被视为废弃物的矿渣中进一步回收锂。

研究人员发现，LHT 这种吸湿锂盐比其常见共存矿物更容易从空气中吸收水分。在相对湿度保持在约 12% 至 30% 的条件下，锂盐优先吸水并形成高浓度溶液，而其他不需要的矿物则保持固态，从而实现更快速、简化的分离过程。

与大多数通过降低熵（提高有序度）来驱动的传统分离过程不同，LHT 的自溶解过程反而增加了体系的无序度，是一个熵增有利的过程，这一特性为分离提供了热力学驱动力。

为验证这一技术，团队搭建了一个可控实验腔室，让含水空气与矿渣样品接触。结果表明，该方法不仅对简单的两盐混合物有效，对复杂的真实采矿废渣同样适用。在多盐矿渣样品中，约 83.5% 的锂在大约 1 小时内就被成功回收。

研究人员还设计并搭建了一个模块化放大装置，展示该技术在工业规模下的潜在运行方式。根据他们的估算，每米模块高度每天可处理约 3.65 至 8.01 公斤废料，其处理效率优于许多目前处于开发阶段的新型锂提取技术。

更节水、更可持续的锂资源利用路径

这项研究展示了一种利用空气中水分，从复杂采矿混合物中高效提取锂的新思路，无需消耗大量淡水，也不依赖强腐蚀性化学品。通过显著减少干旱地区的用水需求，并降低能耗和资源消耗，该方法有望在缓解全球锂资源紧张的同时，使锂提取过程更加绿色、可持续。

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