据外媒报道，由莱斯大学（Rice University）T.T.和W.F. Chao化学教授兼材料科学与纳米工程教授James Tour领导的研究人员，开发了一种利用闪速焦耳加热（FJH）的更快、更清洁的方法。该技术可在几毫秒内将材料快速加热到数千摄氏度，并与氯气配合使用，将岩石暴露在高温和氯气中，可以快速将锂辉石矿石转化为高纯度的可用锂，且无需使用水、酸和碱，有望改变关键的金属加工工艺，并增强可再生能源供应链。这项研究的相关论文发表在期刊《科学进展（Science Advances）》上。

图片来源：莱斯大学

随着锂需求的持续增长，尤其是在电动汽车、智能手机和电力存储领域的应用，目前的提取方法已难以跟上。从盐水中提取锂是一个漫长的过程，而传统的利用热量和化学物质从岩石中提取锂的方法会产生大量有害废物。

该研究的共同通讯作者Tour说道：“这种方法重新构想了如何从储量最丰富的锂辉石矿石中提取锂，而锂辉石在美国储量丰富，我们可以跳过长达数月的水蒸发池和数天的酸浸过程，直接生成氯化锂。”

假设、实验和方法的创新性

在热力学计算的指导下，研究人员将α相锂辉石（一种天然硬岩锂矿物）暴露于FJH和氯气中。这种一步到位的工艺无需传统的多步酸焙烧方法，可以直接以氯化锂的形式提取锂。

在电流的瞬间作用下，该矿物从稳定的α相转变为需高温触发的β相，使锂能够与氯气发生反应。随后，锂以氯化锂的形式蒸发，而铝和硅的化合物则被留下。所有这一切在几秒钟内完成。

该研究的共同通讯作者、科尔万大学（Corban University）物理学副教授兼莱斯大学客座教授Yufeng Zhao说道：“目前的技术依赖于多步、化学密集型处理工艺。这种方法的独特之处在于快速均匀的加热和良好的热力学相结合，从而实现了实用且选择性的提取。”

该研究的第一作者、莱斯大学博士后研究员Shichen Xu表示：“从酸焙烧到盐水蒸发等传统方法根本不适合超快速分离。我们采用可控的快速加热方法，克服了几十年来阻碍单步提取的动力学障碍。”

研究成果及其更广泛的意义

研究人员几乎瞬间就从锂辉石中提取了锂，生产出的氯化锂纯度高达97%，回收率高达94%，显著优于可能需要数天甚至数月才能完成的传统方法。

论文共同第一作者兼研究助理Justin Sharp说道：“这种方法为本地小型锂加工设备（占地面积小）或大规模废料开采作业的大型装置铺平了道路。这是一个真正的范式转变。我们现在可以设想生产电池级锂，无需酸液，无需大量废料排放，也无需等待数周。”

此外，Tour实验室的一家初创公司美国闪速金属公司（Flash Metals U.S.）已将这项技术应用于从废料中提取金属。

Sharp说道：“一旦他们的中试工厂明年初投入运营，他们就能迅速将这种方法应用到生产线上。”

从环境角度来看，消除酸碱可显著减少废物负担。从经济角度来看，更短的加工时间和更简单的基础设施可以降低成本并分散锂的供应。从学术角度来看，这项研究展示了从天然矿石中快速、无酸提取锂的可能性，这为将FJH和氯气应用于其他战略矿物开辟了可能性。