澳大利亚锂辉石精炼残渣直接提锂：一种废物增值的可持续策略

推荐：为解决硬岩锂提取过程中产生的大量固体废弃物（如浸出锂辉石残渣TWS）的环境问题，研究人员开展了一项利用澳大利亚锂辉石精炼残渣进行直接锂提取（DLE）的创新研究。通过系统表征和优化实验，发现TWS在90°C、pH 12.43条件下对模拟盐湖卤水中的Li+具有14.25 mg·g-1的吸附容量，并展现出Li+ > Na+ > K+ > Mg2+的选择性顺序。该研究为锂资源循环利用提供了环保新思路。

　　

在全球碳中和目标的推动下，锂作为"白色石油"的战略地位日益凸显。然而传统锂提取工艺面临两大困境：硬岩开采产生巨量废渣（每吨锂产生约200吨残渣），而盐湖提锂又受制于高镁锂比和蒸发周期长等技术瓶颈。更棘手的是，随着电动汽车需求激增，全球锂需求预计205年将增长8-10倍。面对这种资源与环境的双重压力，如何实现锂资源的可持续获取成为学术界和产业界的焦点。

澳大利亚西澳大学的Abdul Hannan Asif团队在《Review of Materials Research》发表了一项突破性研究，他们另辟蹊径地将目光投向锂辉石精炼厂的废弃物——浸出残渣（TWS）。这种通常被填埋处理的废料，实际上保留了独特的铝硅酸盐骨架结构，理论上能通过H⁺/Li⁺离子交换重新捕获锂离子。研究人员通过多尺度表征与系统实验，验证了这种"变废为宝"的科学假设。

研究团队采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和氮气吸附等技术对TWS进行全方位"体检"。结果显示这种材料具有典型的氢铝硅酸盐（HAlSi₂O₆）晶体结构，比表面积仅4.08 m²/g，但存在20-40 nm的介孔通道。特别值得注意的是，在pH 12.45时材料表面zeta电位达-86.65 mV，这种强电负性为锂离子吸附创造了理想条件。

在吸附性能研究中，温度被证明是最关键的影响因素。当温度从70°C升至90°C时，平衡时间从7天缩短至3天，吸附容量提升19%。通过原位XRD追踪发现，吸附后材料特征峰从28.0°位移至26.54°，证实了Li⁺成功嵌入晶格形成LiAlSi₂O₆。动力学分析显示该过程符合准一级动力学模型，属于化学吸附主导的离子交换机制。

面对实际应用的挑战，研究团队重点考察了材料的选择性和稳定性。在Na⁺、K⁺、Mg²⁺共存体系中，TWS对Li⁺的分离因子分别达10.94、12.40和16.84，这种优异选择性源于Li⁺与铝硅酸盐骨架的特异性匹配。经过5次吸附-酸洗循环后，材料仍保持9.48 mg/g的吸附容量，显示出良好的工业应用潜力。

这项研究的创新价值在于构建了硬岩锂矿与盐湖提锂的技术桥梁。通过将精炼废渣转化为功能吸附剂，既解决了固体废弃物处置难题，又为盐湖提锂提供了新型材料。特别值得关注的是，研究人员提出的"集成设施"构想——利用太阳能或工业余热维持90°C操作温度，为实际工程应用指明了方向。

从更宏观的视角看，该研究完美诠释了循环经济理念。据估算，澳大利亚每年产生的锂辉石残渣若全部用于提锂，可多回收约2000吨锂资源。这种"一石二鸟"的解决方案，不仅提升了全产业链的经济效益，更为全球锂资源的可持续开发提供了范式转移。正如作者所言，这项废物增值策略正在重新定义"采矿废弃物"的概念，将其从环境负债转变为战略资产。