Литий — это важнейший минерал, используемый в батареях для электромобилей, хранения энергии в сети и во множестве электронных устройств. При этом он относительно редок, поэтому возможность эффективно выделять его из различных минералов-носителей имеет большое значение.
Запасы лития в Канаде
Канада располагает значительными запасами лития: по оценкам, общие запасы страны составляют 5,7 миллиона тонн (включая руду, рассолы и геотермальные источники), что ставит её на пятое место в мире.
Исследования в Университете Королевы
Исследователи из Университета Королевы использовали Канадский источник света (CLS) при Университете Саскачевана, чтобы найти более эффективные способы разделения монтебразита и сподумена — двух наиболее распространённых минералов, содержащих литий. Извлекать литий из этих двух минералов по отдельности проще и дешевле, чем когда они объединены.
Исследование опубликовано в The Journal of Physical Chemistry C.
Процесс флотации
Горнодобывающие компании используют процесс, называемый флотацией, для обогащения сподумена и монтебразита. Руда измельчается в мелкий порошок, который смешивается с водой. Затем добавляются специальные химические вещества, которые делают минерал, содержащий литий, гидрофобным, позволяя ему прилипать к пузырькам воздуха, впрыскиваемым в смесь. Пузырьки поднимают минералы лития на поверхность в виде пены, которую затем снимают, очищают и дополнительно обрабатывают для извлечения лития.
Ведущий исследователь Эспир Мурхула, аспирант кафедры горного дела имени Роберта М. Бьюкана в Университете Королевы, говорит, что наблюдения за взаимодействием воды и поверхности монтебразита с использованием CLS стали прорывом.
«Это было увлекательно, поскольку мы неожиданно обнаружили, что монтебразит способен очень быстро изменять pH воды», — говорит Мурхула. «В кислых условиях он ведёт себя как основание, а в щелочных — как кислота». Помимо кислотно-основных реакций, монтебразит также теряет поверхностные ионы, такие как фторид и литий.
Выводы исследования
Мурхула говорит, что эта реактивность — изменение химического состава воды и pH — помогает объяснить, почему у горнодобывающих компаний часто возникают проблемы с флотацией. Эффективность процесса зависит от правильного pH. Результаты команды предполагают, что горняки могут оптимизировать извлечение лития, добавляя реагенты для регулировки pH воды на протяжении всего процесса флотации.
Мурхула и его коллеги также обнаружили, что литий и фторид, которые отделяются от монтебразита, могут образовывать стабильный фторид лития, который вреден для окружающей среды и здоровья человека.
«Осознание этого явления имеет важное значение, поскольку помогает предотвратить загрязнение окружающей среды при сбросе технологических вод, содержащих фторид лития, а также возможные вредные последствия для здоровья человека», — отметил он.
«Доступ к линии луча в Канадском источнике света сыграл важную роль в понимании изменения химического состава поверхности на атомном уровне», — говорит Мурхула. «Ни один другой экспериментальный метод не смог указать на изменение прочности связи и координации поверхностных атомов».