布杜反应活化酸浸策略：从低阶煤中高效提取锂的创新方法

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Unlocking Lithium From Low-Rank Coal: A Boudouard-Activated Acid Leaching Strategy

为解决锂资源供需紧张及低阶煤中锂提取效率低的问题，研究人员开展基于Boudouard反应预活化与酸浸协同的低阶煤提锂研究。结果表明：在1100°C、CO2流量5L/min条件下脱碳率达90.43%，锂含量从120μg/g富集至520μg/g；后续酸浸（130°C、6mol/L HCl）锂浸出效率达53.40%。该策略为低阶煤资源高值化利用及锂可持续供应提供新技术路径。

　　

随着全球新能源汽车产业爆发式增长，锂（Li）作为"21世纪新能源金属"的需求持续激增。然而，中国作为全球最大锂消费国，对外依存度长期超过70%，叠加疫情对供应链的冲击，开发非常规锂资源迫在眉睫。低阶煤（Low-rank coal, LRC）作为我国储量占比超55%的潜在含锂资源，其传统燃烧利用方式效率低且污染严重，亟需探索绿色高效的价值提升路径。

发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》的最新研究提出了一种创新性的解决方案：通过布杜反应（Boudouard reaction）预活化与酸浸协同策略，实现低阶煤中锂的高效解锁。该研究针对低阶煤高碳高硅干扰、锂赋存稳定、直接酸浸效率低等瓶颈，首次利用CO₂废气与煤中碳发生气化反应（C+CO₂?2CO），同步实现脱碳富锂与废物资源化。

关键技术方法包括：采用山西低阶煤样本，通过热重分析仪与管式炉进行布杜反应脱碳实验，系统优化温度（700-1100°C）、时间（30-90min）及CO₂流量（1-5L/min）等参数；利用X射线衍射（XRD）与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）表征煤样矿物组成与锂含量；开展盐酸浸出实验，考察温度、酸浓度、液固比等对锂浸出率的影响。

材料与设备

研究采用山西浮选低阶煤，平均粒径25.8μm，主要元素为碳（57.6%）、氧（31.8%），锂含量达120μg/g。实验设备包括管式炉、热重分析仪及ICP-MS等。

低阶煤表征

XRD显示煤样主要晶相为高岭石、石英、方解石和赤铁矿。元素分析证实锂含量显著高于全球煤均值（5.5μg/g），具备开发潜力。

布杜反应脱碳行为

热重实验表明：Ar气氛下煤样质量损失约29%，而CO₂下达75%以上。在1100°C、60min、CO₂流量5L/min最优条件下，脱碳效率达90.43%，锂含量提升至520μg/g（富集倍数4.3）。反应表观活化能（E_a）为217.22kJ/mol，净吸热量12.02kJ/g。

酸浸提锂性能

脱碳渣在130°C、2h、6mol/L HCl、液固比10:1条件下，锂浸出率达53.40%。研究揭示了硅铝酸盐载体结构经脱碳破坏后，锂溶出阻力显著降低的机制。

结论与展望

该工作通过布杜反应将工业废气CO₂转化为高附加值CO，同时实现碳质载体高效脱除与锂预富集，为低阶煤资源清洁高值化利用提供新范式。未来需进一步优化能耗控制与杂质分离工艺，推动该技术向工业化应用迈进。