-
Polscy naukowcy opracowali metodę umożliwiającą selektywny odzysk litu ze stałych mieszanin soli przy użyciu zmodyfikowanych związków chemicznych.
-
W eksperymencie odzyskano około 95 procent chlorku litu z mieszaniny imitującej osady solne po przetwarzaniu solanek.
-
Opracowane związki chemiczne cechuje modułowa budowa, co umożliwia ich łatwą modyfikację i produkcję na większą skalę.
-
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu
Lit jest jednym z kluczowych surowców współczesnej energetyki. Wykorzystuje się go m.in. w akumulatorach litowo-jonowych, które zasilają telefony, laptopy, samochody elektryczne i magazyny energii. Wraz z rozwojem elektromobilności oraz odnawialnych źródeł energii rośnie więc zapotrzebowanie nie tylko na sam lit, lecz także na technologie pozwalające pozyskiwać go szybciej, czyściej i z mniejszymi stratami.
Obecna produkcja litu wiąże się jednak z istotnymi kosztami środowiskowymi, energetycznymi i gospodarczymi. Dlatego coraz większe znaczenie mają metody, które pozwalają lepiej wykorzystywać już istniejące źródła, w tym materiały ubogie lub odpadowe. Odzyskiwanie litu z osadów solnych mogłoby ograniczyć ilość surowca traconego w procesach technologicznych, zmniejszyć presję na nowe wydobycie i poprawić efektywność gospodarowania pierwiastkiem ważnym dla transformacji energetycznej.
Naturalne solanki pozwalają uzyskać cenny lit
Lit otrzymuje się głównie ze skał oraz z naturalnych solanek. Wydobycie ze skał wymaga wysokiej temperatury i użycia silnie działających odczynników chemicznych. Z kolei pozyskiwanie litu z solanek polega często na wielomiesięcznym odparowywaniu wody w ogromnych basenach. Taki proces zajmuje dużo czasu, wymaga odpowiednich warunków klimatycznych i prowadzi do strat. W klasycznym przetwarzaniu solanek odzyskuje się często tylko około połowy litu, a pozostała część trafia do stałych osadów soli, odkładanych później na hałdach. Problem polega na tym, że z chemicznego punktu widzenia lit występuje tam w otoczeniu wielu innych jonów. W mieszaninie znajdują się m.in. sód, potas, magnez i wapń. Wszystkie tworzą sole, wiele z nich dobrze rozpuszcza się w wodzie, a część ma podobne właściwości.
Oddzielenie niewielkiej ilości litu od dużego nadmiaru innych składników przypomina szukanie bardzo konkretnego ziarenka w worku podobnie wyglądających kryształków piasku. Potrzebna jest cząsteczka, która potrafi rozpoznać jon litu i przenieść go do innego roztworu, zostawiając większość pozostałych soli na miejscu.
Jonofor to rodzaj molekularnego uchwytu
Tym zajęli się naukowcy z Instytutu Chemii Organicznej PAN, Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego i Politechniki Warszawskiej. W pracy opublikowanej w czasopiśmie naukowym Angewandte Chemie International Edition opisali związki chemiczne zdolne do selektywnego wychwytywania litu ze stałych mieszanin soli. Punktem wyjścia były znane od dawna jonofory sodowe, czyli cząsteczki stosowane najczęściej do rozpoznawania jonów sodu w elektrodach jonoselektywnych. W nowych badaniach okazało się, że te same szkielety cząsteczkowe mogą wyraźnie preferować lit w roztworze.
Jonofor można porównać do molekularnego uchwytu, który łapie jon o odpowiednim rozmiarze i ładunku. Mniejszy jon o tym samym ładunku silniej przyciąga atomy tlenu w cząsteczce jonoforu i lepiej pasuje do przygotowanej przez nią „kieszeni”. Badacze porównali osiem podobnych cząsteczek. Wszystkie miały wspólny szkielet chemiczny, ale różniły się bocznymi fragmentami, co pozwoliło sprawdzić, jak niewielkie zmiany budowy wpływają na wiązanie litu.
Dla jednego ze związków zaobserwowano stabilny kompleks w proporcji jedna cząsteczka jonoforu na jeden jon litu. Badana metoda jest w chemii nazywana ekstrakcją ciało stałe – ciecz. Stałą mieszaninę soli miesza się z cieczą organiczną zawierającą jonofor. Dobrze dobrany związek przenosi do tej cieczy głównie sól litu, a większość sodu, potasu i magnezu pozostaje w osadzie. Takie podejście jest obiecujące właśnie dla hałd soli powstających przy przetwarzaniu solanek, ubogich złóż solnych albo wybranych odpadów pochodzących z baterii.
Mieszanina soli jak z pustyni Atacama w Chile
Badacze użyli około 100 gramów wieloskładnikowej mieszaniny soli, której skład miał przypominać profil jonowy solanki z Salar de Atacama, jednego z najważniejszych obszarów produkcji litu. Po dwóch cyklach ekstrakcji odzyskali niemal cały dostępny chlorek litu. W pracy podano łączny odzysk na poziomie około 95 proc., a otrzymana sucha frakcja zawierała około 95 proc. LiCl. Zastosowany jonofor przenosił lit do cieczy organicznej tysiące razy chętniej niż sód, potas czy magnez, dzięki czemu ich sole w dużej mierze pozostawały w wyjściowej mieszaninie. Znacznie trudniej było oddzielić lit od wapnia, dlatego główną domieszką w odzyskanym produkcie był chlorek wapnia.
Duże znaczenie ma również prostota opisanych cząsteczek. Wiele wcześniejszych receptorów litu było skutecznych, ale ich skomplikowana budowa utrudniała otrzymywanie ich w większych ilościach. Badacze z Warszawy pokazali natomiast, że zastosowane jonofory mają modułową strukturę, czyli można je stosunkowo łatwo modyfikować i wytwarzać z dostępnych fragmentów chemicznych. W pracy otrzymywano je w skali nawet do 58 gramów w jednej partii. To ważne, bo związek rozważany pod kątem praktycznego zastosowania musi być nie tylko selektywny i skuteczny, lecz także możliwy do efektywnej produkcji po rozsądnym koszcie. Dzięki temu podobne metody mogą w przyszłości wspierać bardziej oszczędne gospodarowanie litem i ograniczać ilość surowca traconego w odpadach solnych.