综述：从地热卤水中提取关键矿物

《Joule》：Critical minerals extraction from geothermal brines

本综述推荐地热卤水作为关键矿物（CMs）的新兴来源，其兼具清洁能源发电与资源回收潜力。文章评述了在高温（80°C–350°C）、高盐度（总溶解固体达30%）及高流速（高达11,350 m3/h）等苛刻条件下，传统提取方法（如沉淀法）的局限性，并重点介绍了乙二胺四乙酸（EDTA）辅助纳滤、自驱动吸附系统及双极膜电容去离子等新兴混合技术的实验室进展。这些技术虽在选择性分离方面展现出潜力，但其现场适用性仍需中试验证。与传统采矿及盐田卤水操作相比，地热提取在生产时间（天vs.月）、土地利用（约1%–2%）、碳排放（约85%减排）、水耗及能源整合方面具显著环境优势，但商业化仍面临材料稳定性、选择性和规模经济等挑战。

　　

Context & scale

随着能源存储、半导体和清洁能源等领域对关键矿物（CMs）需求的快速增长，地热卤水已成为一种有前景但尚未充分利用的二次资源。这些目标元素通常以痕量浓度存在，而地热环境涉及高流速、涡轮机后较高的卤水温度（80°C–95°C）以及高达30%的总溶解固体。这些条件导致设备降解、结垢和工艺效率低下，同时也使回注和电厂改造复杂化。

传统提取方法，如沉淀法或溶剂萃取法，在这些苛刻且动态的条件下往往效果不佳。此外，从实验室规模的演示过渡到连续的工业规模操作，需要系统在保持发电效率的同时，平衡选择性、处理量和耐久性。经济性和环境问题，包括高资本成本和残余卤水处理，进一步限制了部署。

克服这些障碍需要创新的、适应现场条件的技术，以实现同时发电和矿物回收。如果得以实现，地热卤水提取可以在确保国内关键矿物供应、减少对进口的依赖以及以比传统采矿更低的环境足迹支持能源转型方面发挥关键作用。

Summary

地热卤水是关键矿物（CMs）有前景的二次来源，与传统采矿相比具有显著的环境优势。本综述评估了单元素和新兴的混合提取方法，发现没有一种单元素方法能够有效克服地热卤水的独特挑战：高温（80°C–350°C）、大流速（高达11,350 m³/h）和高总溶解固体（高达30%）。虽然新兴的混合技术——如乙二胺四乙酸（EDTA）辅助纳滤、自驱动吸附系统和双极膜电容去离子——在实验室规模显示出有前景的分离性能，但其现场适用性在很大程度上仍未经过测试。因此，在这些方法被认为可用于工业部署之前，需要进一步的试点规模验证。与常规采矿和传统的盐田卤水操作相比，地热关键矿物提取在生产时间（天 versus 月）、土地利用（约1%–2%的盐田操作）、碳排放（约85%的减少）、水消耗和能源整合潜力方面表现出优越的性能。然而，成功的商业化需要解决提取选择性、恶劣条件下的材料稳定性和规模经济性等关键挑战。未来的进展应侧重于开发耐高温材料、人工智能（AI）驱动的工艺优化以及全面的生命周期评估，以验证可持续性声明。