Ученые «волшебным образом» добывают металлы из воды

Стивен Эшби, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория, 6 мая 2022 г.

Инженер-химик PNNL Цзянь Лю наблюдает за лабораторным оборудованием, используемым для извлечения редкоземельных элементов из различных источников воды. Эта петлевая система магнитной сепарации работает в тандеме с крошечными магнитными частицами, которые добавляются в воду, быстро вытягивая элемент для облегчения извлечения. Фото: Андреа Старр | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория

Много веков назад алхимики пытались превратить свинец в золото. Хотя они не увенчались успехом, идея добычи драгоценных ресурсов из богатых источников остается заманчивой.

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики сотрудничают с промышленностью, чтобы протестировать метод, использующий магнитные наночастицы для извлечения важных минералов, таких как литий, из различных источников воды.

Литий является важным ингредиентом во многих электронных и энергетических технологиях, включая легкие литий-ионные батареи, которые питают все, от сотовых телефонов до электромобилей.

Фото: Видео Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

По прогнозам, к 2028 году мировой рынок лития достигнет 8,2 миллиарда долларов, но в Соединенных Штатах производится очень мало лития.

Запатентованная технология PNNL не только потенциально дает США возможность производить больше собственного лития и других важных материалов, но также предлагает гораздо более быстрый и менее дорогой способ сделать это. PNNL разрабатывает магнитные наночастицы, окруженные адсорбирующей оболочкой, которая удерживает литий и другие металлы, обнаруженные в воде в результате различных промышленных процессов.

Эти источники могут включать воду геотермальных электростанций, известную как геотермальные рассолы, или воду, извлекаемую из недр во время добычи нефти или газа. Частицы также могут быть использованы в сточных водах опреснительных установок или даже непосредственно в морской воде. Как только крошечные частицы на основе железа добавляются в воду, литий вытягивается из воды и связывается с ними. Затем, с помощью магнита, наночастицы можно будет собрать за считанные минуты, а литий уже не будет находиться во взвешенном состоянии в жидкости и будет готов к легкому извлечению. После извлечения лития перезаряженные наночастицы можно использовать снова.

Эта технология предлагает многообещающую альтернативу традиционным методам добычи, при которых грунтовые воды закачиваются в большие и дорогостоящие испарительные пруды. Эти процессы могут занять месяцы или даже годы и повлиять на управление подземными водами в засушливых регионах, где они в основном развернуты.

Хотя процесс PNNL приступает к работе немедленно, сегодняшние процессы чем-то напоминают ожидание испарения воды из кувшина с лимонадом в надежде вернуть оседающую на дно порошкообразную смесь. Если бы эта технология была внедрена на геотермальных электростанциях, ценность восстановленного лития потенциально могла бы повысить экономическую эффективность этой формы возобновляемой энергии, которая использует воду для улавливания тепла глубоко под поверхностью Земли, а затем преобразует его в электричество.

PNNL продолжает развивать эту технологию в партнерстве с Moselle Technologies, которая лицензировала ее и планирует опробовать ее в нескольких местах.

Эти усилия и последующие мероприятия являются прекрасными примерами того, как национальные лаборатории сотрудничают с коммерческими организациями для перевода лабораторных исследований в реальные решения.

Например, исследователи из PNNL проводят длительные испытания системы магнитного сепаратора на предмет потенциального использования в процессах добычи нефти и газа, что может создать дополнительный поток доходов для компенсации производственных затрат.

Помимо Moselle, они объединяются с другими коммерческими партнерами для оценки использования этой технологии для своих литиевых ресурсов в Неваде и Канаде.

Наконец, принимая во внимание различные области применения, исследователи из PNNL настраивают оболочку наночастицы специально для других коммерчески ценных, стратегически важных элементов и минералов, используемых в энергетических технологиях, устройствах медицинской визуализации, электронике и многом другом.