综述：从油气生产水中提取锂：资源特性、技术挑战及未来展望

《Water Research》：Lithium extraction from oil and gas produced water: resource characteristics, technological challenges and future perspectives

锂资源供需失衡背景下，综述油气田 produced water（OGPW）中锂提取技术，分析蒸发-结晶、溶剂萃取等五种方法适用性，提出需集成工艺应对OGPV高盐、复杂离子及恶劣工况，为可持续资源利用提供路径。

　　

王新磊|丁涛|郑绵平|王登红|聂振|宋高

中国地质科学院矿产资源研究所盐湖资源与环境重点实验室，北京，100037，中国

摘要

随着全球向低碳能源的转型以及电动汽车产业的快速发展，锂（Li）资源的有限供应与不断增长的需求将加剧供需失衡。目前的锂供应主要依赖于盐湖卤水和硬岩矿石等传统资源。然而，这些资源具有集中的地理分布，并且会产生较高的环境成本，对可持续资源利用和供应链安全构成严重限制。油气生产水（OGPW）是碳氢化合物开采过程中产生的持久性副产品，由于其广泛的分布和远超工业级标准的锂含量，被认为是一种极具前景的非传统锂资源。与传统盐湖卤水相比，OGPW具有锂浓度低、盐度高、离子组成复杂、有机污染物丰富以及现场条件恶劣等特点，这大大增加了锂提取的技术难度。本文系统总结了近期锂提取技术的进展，涵盖了蒸发-沉淀、溶剂萃取、吸附、膜分离和电化学技术，并对其在复杂成分和现场条件下的适用性进行了批判性评估。研究表明，从OGPW中高效回收锂不能依赖单一提取技术，而是需要定制化的集成工艺设计，结合互补的分离机制来应对OGPW的复杂成分和现场条件。未来的研究应重点开发能够同时实现锂提取和水处理的集成工艺系统，从而实现资源回收和环境管理的双重目标。

引言

锂（Li）是一种推动全球能源转型的关键资源，也是制造锂离子电池（LIBs）的核心材料。锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和轻量化的特点，被广泛应用于电动汽车、可再生能源存储和智能设备中（Wulandari等人，2023年）。这些因素推动了锂离子电池产业的快速发展，过去五年中全球超过70%的锂消费用于锂离子电池的生产（图1）（USGS，2021；2022；2023；2024；2025）。最新预测表明，到2050年实现净零排放目标时，锂需求预计将从2024年的水平增加九倍，达到1833.6千吨（IEA，2025年）。盐湖卤水、地热卤水、油气田卤水、硬岩矿石、泥岩和贾达石是典型的陆地锂来源（图2a）。商业锂生产主要依赖于硬岩矿石和盐湖卤水，其中盐湖卤水由于生产成本较低，贡献了全球锂供应的70%以上（Lang等人，2020；Zhang等人，2024a）。目前，已知矿石和卤水中的锂储量为3000万吨（图2b）（USGS，2025），足以满足当前市场需求。然而，锂资源高度集中，超过77%的储量位于智利、澳大利亚、阿根廷和中国（图2b），这可能加剧与地区政策和市场波动相关的地缘政治和供应链风险。此外，预测显示短期内锂供应充足，但2030年后需要新的采矿项目来满足持续增长的需求（图2c）（IEA，2025）。鉴于需求的持续增长和供应的不确定性，开发从广泛分布的非传统锂来源（如油气生产水（OGPW）中提取锂的技术越来越受到重视，这被视为提高供应安全的有效途径。

历史上，OGPW通常被视为工业废物（Zhang等人，2025a）。由于其高盐度和潜在的环境风险，这种废水通常被重新注入油气井或经过昂贵的处理后安全排放（Alomar等人，2022；Siagian等人，2024）。最近的研究证实，某些OGPW含有可经济回收的锂资源（图2d）（Kumar等人，2019；He等人，2020；Yan等人，2023；Knierim等人，2024）。例如，美国Smackover地层的卤水中锂浓度高达500毫克/升，目前有多个项目正在进行从这些卤水中提取锂的研究（Blois，2023；Knierim等人，2024）。从OGPW中回收锂可以显著降低成本，因为无需钻新井（Kumar等人，2019）。然而，还需要额外的支出用于系统改造、工艺整合和运营调整。此外，这种回收技术不仅使石油和天然气生产商能够将废水处理成本转化为潜在收入，还能有效减轻废水的环境影响。

蒸发技术已被广泛用于从盐湖卤水中提取锂。该技术利用蒸发池浓缩卤水，显著提高锂浓度（约6000毫克/升），同时其他盐类结晶（Xu等人，2021a；Sajna等人，2024）。然而，传统的蒸发技术仅适用于锂浓度相对较高的卤水（>260毫克/升）（Yang等人，2024）。此外，蒸发过程耗时且受天气影响，通常需要12到18个月才能完成卤水浓缩，这限制了对锂需求波动的响应。蒸发技术还会导致大量淡水损失，据估计，生产一吨碳酸锂（Li₂CO₃）会消耗100–800立方米的淡水，从而加剧干旱地区的水资源短缺（Vera等人，2023）。因此，许多研究人员致力于探索新型直接锂提取（DLE）技术，以开发低质量卤水（锂浓度<260毫克/升和/或Mg/Li比率>6.15）（Yang等人，2024），旨在实现锂生产的多样化。根据其工作原理，DLE技术可分为溶剂萃取（Zhao等人，2023b；Wu等人，2025）、吸附（Zhao等人，2024a；Yue等人，2025）、膜分离（Zhang等人，2023c；Meng等人，2024）和电化学技术（Liu等人，2020a；Shang等人，2021b）。此外，太阳能驱动或光辅助的锂提取策略因其作为从低品位卤水中回收锂的低能耗解决方案而受到关注（Wang等人，2025c；Zhang等人，2025d）。鉴于这些技术的独特优势及其在不同操作环境中的适用性，有必要进行全面比较，以确定从OGPW中回收锂的最经济可行的方法。

现有研究系统分析了从OGPW中提取锂的方法（Kumar等人，2019；Liu等人，2023；Disu等人，2024；Nikkah等人，2024）。然而，这些研究缺乏对OGPW特性和现场条件的分析，限制了锂提取方法在实际应用中的优势发挥。本文系统收集了全球富含锂的OGPW的水化学数据，总结了OGPW的水化学类型和组成特征。根据OGPW的组成特征和现场条件，系统评估了现有锂提取技术及其组合的适用性。此外，本文还讨论了从OGPW中回收锂的工业化所面临的挑战。

部分摘录

全球富含锂的OGPW分布

图3展示了富含锂的OGPW中锂浓度的全球分布。在某些地区，OGPW中的锂浓度显著超过盐湖工业级卤水的50毫克/升阈值（Liu等人，2023）。例如，在中国喀喇昆仑盆地西部的南依山油田，OGPW中的锂浓度通常超过200毫克/升，最高记录为983毫克/升。四川盆地拥有高质量的气田水资源和有利的气水

锂提取技术

传统的蒸发-沉淀方法已成为开发盐湖资源的主要方法，因为它们在经济上可行且技术成熟。截至2022年，全球有八家工业规模的盐湖卤水锂化合物生产设施，其中七家仍依赖蒸发-沉淀方法提取锂（Vera等人，2023）。该过程包括将卤水从盐湖泵入大型蒸发池，非锂盐逐渐

从OGPW中提取锂的蓝图和挑战

从OGPW中回收锂包括三个关键阶段：预处理、提取（分离和浓缩）和后处理，其中提取过程是技术核心（图14）。对于OGPW而言，预处理至关重要，因为悬浮固体和有机污染物会严重影响后续分离过程的性能和稳定性。为应对这些挑战，预处理策略包括吸附、混凝/絮凝、高级氧化等

结论与未来展望

作为碳氢化合物开采过程中的持久性副产品，OGPW由于分布广泛、锂含量远超工业标准以及丰富的锂资源，具有显著的发展潜力。其中，最具前景的地区包括中国的喀喇昆仑盆地南依山油田（200–980 ppm）、四川盆地的蒲岗气田（10–323 ppm）和美国的Smackover地层（50–572 ppm）。然而，复杂的成分和恶劣的

数据可用性

本文描述的研究未使用任何数据。

CRediT作者贡献声明

王新磊：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法论，数据管理，概念化。丁涛：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，概念化。郑绵平：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。王登红：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。聂振：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。宋高：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了深地探测和矿产资源勘探-国家科技重大项目（项目编号2025ZD1008909）以及Cast公司的青年精英科学家资助计划（项目编号YESS20240004；D.T.）的共同支持。