一種新方法可能改寫鋰的開采方式

2026-06-01 | 來源: MIT科技評論 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

研究人員找到了一種提取鋰的新方法，可能比現有技術更便宜、更環保。鋰是鋰離子電池的關鍵原料，大量用於電動車和儲能系統。

這項研究今天發表在《Science》上，一家叫 Rock Zero 的初創公司正在推動這項技術的商業化。

“大規模應用之後，我們相信這將是全球成本最低的鋰來源，”論文作者之一蔣業明（Yet-Ming Chiang）說。他是 MIT 教授，也是一位連續創業者，創辦過多家氣候科技公司，包括 Form Energy 和 Addis Energy。

目前最經濟的鋰獲取方式是從鹽水中提取，這種含鹽的水在幾千年間從岩石中溶解出了鋰。但這種方法受地理條件限制，而且目前需要大面積的土地來建造蒸發池。更常見的做法是硬岩開采：炸開大塊礦石，在高溫下焙燒，再用危險的化學品進行處理。

新方法走了一條完全不同的路：用一種弱酸溶解通常很“懶”的硅酸鹽礦物，把鋰釋放出來，這個過程還能同時得到氧化鋁和二氧化硅等有用的副產品。

這項研究的起源，以及 Rock Zero 這家公司的誕生，還要從蔣業明創辦的另一家初創公司 Sublime Systems 說起。

當時團隊在尋找一種高活性的二氧化硅來制造強度更高的水泥。要把一種不活潑的材料變得活潑，一個辦法是先把它溶解掉，然後讓它以更活潑的形態重新結晶。溶解硅酸鹽礦物不是做不到，但已知最好的方法是用氫氟酸，而這是一種極其危險的化學品。其他含氟化學品也可以用，但有些在反應中會產生氫氟酸作為副產物。

蔣業明的靈感來自 25 年前的一次裝修。“大約 25 年前，我在馬薩諸塞州弗雷明漢翻新家裡的淋浴間，”他說，“開始這個項目的時候，我偶然間想起了裝修時候接觸過的玻璃蝕刻膏，心想：‘那東西裡面是什麼成分？’”

玻璃是二氧化硅做的。他記得的那種玻璃蝕刻膏在任何工藝品店或家裝店都能買到，它的有效成分是一種名為氟化銨的弱酸。MIT 的研究人員發現，在合適的條件下，氟化銨可以有效溶解硅酸鹽礦物，而且過程中不會產生氫氟酸。

這種化學反應可以用在任何硅酸鹽礦物上，而硅酸鹽礦物種類極多。但最常被開采用來提取鋰的礦物鋰輝石（spodumene）成了首選目標：蔣業明說，公司顧問之一、前 ARPA-E 官員道格·威克斯（Doug Wicks）的建議讓團隊把目光轉向了鋰輝石。

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現在加工鋰輝石礦有一個繞不開的步驟：把礦石放進窯爐裡高溫焙燒。高溫會引發一種相變，讓礦物“膨脹”起來，鋰也就更容易被提取了。

如果能跳過高溫焙燒這一步，就可以省下能源成本，同時可能減少碳排放，論文作者之一、Rock Zero 聯合創始人兼 CEO 卡姆登·亨特（Camden Hunt）說。

不用窯爐還有一個額外好處，可以處理一些沒法正常焙燒的礦石，亨特補充說。鐵含量太高的礦石在焙燒時不會正確地發生相變，而是會熔化成玻璃狀物質，變得沒法用。

新工藝使用的是簡單的塑料攪拌槽，反應溫度最高約 95°C。氟化銨把硅酸鹽溶解掉，在早期實驗中幾天之內就能提取出鋰輝石礦中幾乎全部的鋰，研究人員後來把這個時間壓縮到了 12 小時以內。

經過一些後續的純化步驟後，最終產物有三樣：包括碳酸鋰（可用於制造電池）、氧化鋁（可送進冶煉廠生產鋁）和具有膠凝性的二氧化硅（可添加到混凝土中）。而且酸可以在同一個閉路中循環使用。

蔣業明把這叫做“從頭到尾”式開采——礦石的每一個部分都利用起來，就像一頭牲畜從頭吃到尾。研究團隊目前正在擴大規模和優化工藝，馬薩諸塞州劍橋實驗室裡的反應槽每批可以處理 3 公斤的鋰輝石精礦。

他們也估算了這套工藝在完全放大之後的成本。假設氟化銨能以很高的回收率循環使用，提取鋰的成本應該可以控制在每噸 6000 美元以下。他們還找到了一種潛在的廉價工業級酸來源，作為循環使用之外的替代方案。

預計總成本將低於目前從硬岩礦石中提取鋰的其他工藝，而且有可能與鹽水提取的成本接近。