硫酸酸浸法提取Rukungiri伟晶岩锂材料的储能潜力研究及其在电化学电容器中的应用

本研究针对乌干达Rukungiri地区低品位锂矿资源（0.1 ppm Li）的开发利用难题，通过硫酸酸浸法优化提取工艺（280°C, 1:1液固比），实现53%锂回收率和54.6 ppm纯度。所获材料展现出高功率密度（50 W/g）和低能量密度（1.74 mWh）特性，适用于混合/双电层电容器（EDLC），为非洲本土锂资源在快速充放电储能系统的应用提供技术路径。

　　

随着全球能源转型加速，锂作为电池核心材料的战略地位日益凸显。然而，传统锂资源富集区（南美盐湖、澳洲矿山）的供应紧张与非洲新兴锂矿开发的技术瓶颈形成尖锐矛盾。乌干达Rukungiri地区的锂伟晶岩矿床虽已探明，但其0.1 ppm的超低品位和复杂矿物组成（以α-锂辉石LiAlSi₂
O₆
为主）严重制约商业化开发。更关键的是，非洲本土缺乏针对低品位硬岩锂矿的定制化提取技术体系，现有酸浸工艺的能耗与效率难以平衡。

针对这一挑战，乌干达研究人员在《Next Materials》发表创新成果，首次系统评估了Rukungiri伟晶岩的锂提取潜力与储能性能。研究团队采用多尺度表征与响应面优化相结合的策略：通过X射线衍射（XRD）确认矿石以α-锂辉石相为主，扫描电镜-能谱联用（SEM-EDX）揭示其与石英、长石等脉石矿物的嵌布特征；创新性地采用1050°C煅烧将α相转化为β-锂辉石提升反应活性；基于全因子实验设计优化酸浸参数，最终建立从矿石预处理到锂碳酸盐沉淀的完整工艺链。

在矿石特性方面，Schmidt锤测试显示矿石单轴抗压强度达68.64 MPa（莫氏硬度7级），火焰光度法确认锂含量仅0.1 ppm。XRD谱图中15°、23°的强衍射峰证实锂辉石结晶度良好，而38°、65°的峰提示石英杂质存在。SEM显示经IKA研磨后仍存在>300 μm未解离颗粒，EDX定量给出Li-Al-Si-O元素组成（含意外碳杂质），符合锂辉石化学式但需酸浸除杂。

硫酸酸浸工艺优化成为研究核心。通过23全因子实验发现：温度（A）和液固比（B）是显著影响因子（Pareto图阈值超越值34和25），而浸出时间（C）不显著。建立的回归模型显示，锂纯度（ppm）=43.55+0.06225A-29.63B+0.1038AB（R²
=98.6%）。最优条件（280°C, 1:1液固比, 1小时）下，锂回收率达53%（预测误差3.6%），纯度54.6 ppm，显著高于初始矿石品位。

电化学测试揭示材料特殊性能：以Li₂
CO₃
/PVDF/碳黑（8:1:1）制备的电极在1 kHz频率下测得502 μF电容，经计算获得13.5 mF/g比电容和50 W/g的高功率密度，但能量密度仅1.74 mWh。这种高功率-低能量特性使其更适配需要快速充放电的混合电容器而非传统锂离子电池（LIB）。

该研究的意义在于三方面：技术上，建立首个适用于乌干达低品位锂辉石矿的酸浸工艺标准（流程图包含煅烧-酸浸-沉淀三阶段）；理论上，阐明温度与液固比的协同作用机制（高温促进Li₂
SO₄
生成而高酸浓度导致副反应）；应用上，为非洲资源本地化利用提供范例——尽管当前53%回收率低于工业级要求（>90%），但材料特有的功率性能可填补EDLC等细分市场空白。作者建议后续引入浮选等富集步骤，并采用生物逻辑测试仪分析CV（循环伏安）和EIS（阻抗谱）以深入评估电化学稳定性。

这项成果不仅为Rukungiri锂矿开发奠定科学基础，更启示新兴资源国：通过工艺创新可将低品位矿产转化为特色功能材料，避免与传统锂供应链直接竞争。正如研究者指出，未来应探索"精准提取-定向应用"的协同发展路径，让资源禀赋决定技术路线而非相反。