利用电化学膜分离技术评估锂的回收效果：成本分析及设计策略

《Green Chemistry》：Evaluating lithium recovery using electrochemical membrane separation: cost analysis and design strategies

锂回收技术优化与经济性分析：研究提出锂超离子导体膜分离法生产Li2CO3的技术经济模型，综合考虑0.17-710 ppm锂浓度和$500-$40,000/m2膜价格变量，确定20 bar压力为成本最优阈值，提出低回收率与自适应电化学设计结合策略，使吨Li2CO3能耗降至5099-71,099 kWh，成本$2600-28,000。关键参数包括锂选择性系数、压力降限值及浓度梯度影响。

　　

对锂基化学品需求的不断增加迫切需要推进可持续回收技术的进步。离子交换膜（如锂超离子导体）提供了有前景的电化学解决方案。然而，电化学原理与技术经济可行性之间的关系尚未得到充分研究。本分析对一种集成的Li₂CO₃生产过程进行了技术经济评估，涵盖了盐水的引入和预处理、直接电化学锂回收、盐水处理以及LiCl转化为电池级Li₂CO₃的步骤。我们开发了一种优化方法，该方法考虑了盐水成分（Li含量：0.17–710 ppm）和锂选择性膜价格（500–40,000美元/平方米）的变化，以确定堆栈设计和操作指南，从而在每天生产1吨Li₂CO₃的过程中最小化能源和材料消耗。我们研究了Li/Ca和Li/Mg的选择性、堆栈压力降限制以及在较低回收率下的运行情况。虽然20巴的压力阈值被认为是节省成本的最佳选择，但我们提出了一种替代策略——结合较低的回收率和自适应电化学设计——以进一步降低成本，而无需更高的压力耐受性。尽管从海水中回收锂的成本仍然较高，但我们的研究结果表明，对于其他盐水来源，假设锂转移数为1，生产成本在每吨Li₂CO₃ 2600至28,000美元之间，能耗根据锂浓度和膜价格的不同在5099至71,099千瓦时之间变化。然而，在较低的二元选择性（约22至约5）下，能源需求可能会增加170%至超过900%，主要是由于更高的电流密度和电压要求所致。我们的工作为从盐水中高效直接回收锂提供了指导，为实现更可持续的锂资源获取铺平了道路。