В критических месторождениях лития обнаружено нечто уникальное: о чем идет речь

Фото: Duke University Nicholas School of the Environment

Большая часть запасов лития в мире находится в соленых водах, химический состав которых принципиально отличается от химического состава других природных соленых вод, например, океана. Результаты нового исследования могут изменить технологии добычи лития. Об этом пишет PHYS.org.

Литий является важнейшим минералом в секторе возобновляемой энергетики. Известно, что около 40% мирового производства лития приходится на крупные соляные озера, известные как салары, расположенные в центральных Андах в Южной Америке и на тибетском нагорье в Азии. В этих засушливых высокогорных регионах литий находится под поверхностными солевыми отложениями, растворенный в чрезвычайно соленой воде, называемой рассолом.

Уникальная химия месторождений лития

По словам руководителя исследования, профессора качества окружающей среды и заведующего кафедрой наук о Земле и климате в Школе окружающей среды имени Николаса при Университете Дьюка Авнера Венгоша, они с коллегами обнаружили, что pH рассолов в этих регионах почти полностью определяется бором, в отличие от морской воды и других обычных соленых вод. Команда пришла к выводу, что они имеют совершенно уникальный геохимический ландшафт.

Уровень pH раствора является мерой его кислотности или щелочности. В большинстве природных вод химические реакции с участием молекулы карбоната в первую очередь определяют способность раствора контролировать изменения pH — щелочности.

В новом исследовании команда обнаружила совершенно иной сценарий на солончаке Уюни — гигантском соляном озере, расположенном на Боливийском плато, где под землей расположено крупнейшее в мире известное месторождение литиевого рассола.

Как добывают литий

Ученые проанализировали pH и химический состав рассолов и солей, связанных с пилотной добычей полезных ископаемых на солончаке Уюни. Традиционно литий из соляных озер добывают путем перекачки природного рассола из-под земли в ряд неглубоких надземных прудов. Далее жидкость испаряется из прудов, оставляя концентрированный рассол, содержащий литий и бор, а также нежелательные соли. В конечном итоге литий извлекается на перерабатывающем предприятии.

Данные указывают на то, что уровень pH в образцах естественной рассола из солончака колебался около нейтрального значения. Напротив, образцы рассола из испарительных прудов оказались очень кислыми. Команда использовала компьютерное моделирование, которое показало, что в обоих случаях основными факторами, влияющими на pH, были высокие концентрации бора.

Природные рассолы также содержат большое количество бора в различных формах, в том числе молекулу борной кислоты и соединения, известные как бораты, относительное распределение которых контролирует pH. Испарение в прудах увеличивает общую концентрацию бора и запускает процесс распада борной кислоты, в результате чего образуются ионы водорода, снижающие pH.

По словам соавтора исследования, научного сотрудника в лаборатории Венгоша паса Натива, объединение химического анализа с геохимическим моделированием помогло ученым количественно оценить различные молекулярные структуры бора, которые способствуют щелочности в этих литиевых рассолах.

Геохимическая база данных

Чтобы подтвердить свои выводы, ученые собрали данные более 300 анализов богатого литием рассола из различных соленых озер, в том числе в:

• Чили;
• Аргентине;
• Боливии;
• Тибетском нагорье.

Моделирование показало, что бор оказывал наибольшее влияние на щелочность и, следовательно, на pH в большинстве этих рассолов. Ученым также удалось составить геохимическую базу данных литиевых рассолов по всему земному шару и неизменно обнаруживали, что бор часто является преобладающим компонентом щелочности рассола и контролирует его pH, что подтверждает результаты, полученные на солончаке Уюни в Боливии.

Фактически, ученым впервые в исследовании удалось продемонстрировать роль бора в контроле химических изменений, происходящих при испарении литиевого рассола в соляных озерах. Считается, что результаты в будущем могут быть использованы для разработки новых технологий добычи лития.