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研究人員采用磁性納米粒子從水源中提取有價(jià)值元素 可用于電動(dòng)汽車電池
時(shí)間:2021-05-13 21:48來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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（圖片來源：PNNL）
據(jù)外媒報(bào)道，利用磁性納米粒子從鹵水中捕獲有價(jià)值物質(zhì)的想法已成為現(xiàn)實(shí)，并被應(yīng)用于工業(yè)級(jí)試點(diǎn)項(xiàng)目中，這可能有助于美國(guó)成為電子和能源生產(chǎn)中關(guān)鍵礦物的生產(chǎn)國(guó)。當(dāng)前，這些礦物大多從他國(guó)獲得，其中有很多是高沖突地區(qū)。
這項(xiàng)由美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）開發(fā)、正在申請(qǐng)專利的技術(shù)已獲得Moselle Technologie獨(dú)家許可。Moselle Technologies是一家初創(chuàng)企業(yè)，目前在美國(guó)和全球多個(gè)地方對(duì)這項(xiàng)技術(shù)開展了試點(diǎn)項(xiàng)目。
核心納米顆粒由一種稱為磁鐵礦的氧化鐵構(gòu)成。該核心顆粒用于錨定會(huì)選擇性結(jié)合相關(guān)化合物的吸附劑殼，而這是獲得專利技術(shù)的關(guān)鍵。該納米顆粒可被引入地?zé)釓S、采出水、礦物開采廢水和海水的鹵水中，從而鎖定在自由漂浮的目標(biāo)化合物上。當(dāng)暴露于磁鐵后，該納米顆粒的鐵芯會(huì)像經(jīng)典科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的鐵屑一樣，向磁鐵以及與其結(jié)合的關(guān)鍵材料一起向磁鐵遷移，并從鹽水中過濾掉。目前，該技術(shù)正被用于捕獲多功能輕質(zhì)金屬鋰，而鋰目前被廣泛應(yīng)用于電池技術(shù)中。
PNNL實(shí)驗(yàn)室研究員、稀土金屬回收技術(shù)公認(rèn)專家Pete McGrail表示：“目前從水中提取鋰的方法需要通過離子交換過濾系統(tǒng)以每分鐘數(shù)千加侖的速度泵送大量水，但這非常耗能且成本高昂。而我們的納米技術(shù)工藝可以最小化一切，且無需其他工藝中需要的大型離子交換分離器。這種方法非常簡(jiǎn)單，可在幾分鐘內(nèi)通過與吸附劑的分子碰撞將所有的鋰金屬從溶液中拉出，隨后用磁鐵將其取出。通過磁鐵，鋰金屬可以很容易被收集和純化。”
Moselle Technologies首席執(zhí)行官Jerry Mills表示：“人們?cè)诓东@鋰金屬方面損耗較多，因此需要其他方式獲取鋰。我們一直在尋找成本較低的、生產(chǎn)稀土元素和具有戰(zhàn)略意義的重要元素（如鋰）的技術(shù)。這些元素中的大部分，美國(guó)都沒有。我們將竭盡所能解決這一問題，我們也相信，此項(xiàng)技術(shù)將幫助我們克服成本障礙。”
在本國(guó)開采關(guān)鍵礦物質(zhì)
半導(dǎo)體、風(fēng)力渦輪機(jī)以及電動(dòng)汽車和其他綠色能源技術(shù)中使用的電池對(duì)鋰、鎳、鈷和稀土元素的需求量很大。但是目前，這些元素的全球供應(yīng)鏈嚴(yán)重依賴于過時(shí)的提取過程。該過程會(huì)消耗大量能源和水并產(chǎn)生有毒廢物。美國(guó)能源部表示，35種關(guān)鍵材料中的14種以及其他17種材料的一半多，其進(jìn)口量占美國(guó)本國(guó)供應(yīng)的100％。目前，美國(guó)已將國(guó)內(nèi)供應(yīng)放在首位。該項(xiàng)PNNL技術(shù)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)數(shù)年，現(xiàn)已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
（圖片來源：PNNL）
2021年春季啟動(dòng)試點(diǎn)項(xiàng)目
計(jì)劃中的試點(diǎn)項(xiàng)目之一是將石油和天然氣行業(yè)資源與PNNL的技術(shù)相結(jié)合。McGrail表示：“石油和天然氣鹵水是國(guó)內(nèi)尚未開發(fā)的鋰資源。”
美國(guó)和加拿大的油氣提取過程中，將地下水泵送到地表是開采過程的一部分。因此許多地方的水中都含有鋰。PNNL科學(xué)家估計(jì)，如果僅收集石油和天然氣開采生產(chǎn)過程中水中所含的25%的鋰，其總量將相當(dāng)于當(dāng)前全球年產(chǎn)量。為探索該可能性，PNNL、Moselle Technologies、加拿大自然資源有限公司和Conoco Phillips公司將在PNNL位于華盛頓州Richland的校園內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)試。在那里，團(tuán)隊(duì)將使用磁選機(jī)系統(tǒng)對(duì)技術(shù)進(jìn)行延長(zhǎng)的周期測(cè)試，從而對(duì)該技術(shù)進(jìn)行壓力測(cè)試，這是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的必要步驟。
Mills表示：“通過使用磁性納米顆粒附著在溶液中的鋰顆粒上，我們期望，所得的精礦可以更純凈，從而降低約一半以上的深加工成本。”
在競(jìng)爭(zhēng)性申請(qǐng)程序后，第二個(gè)項(xiàng)目于1月宣布，并將通過DOE先進(jìn)制造辦公室2020財(cái)年計(jì)劃（DOE Advanced Manufacturing Office FY20）獲得資助。這項(xiàng)工作已獲批準(zhǔn)，將于2021年春季開始。
不止是鋰
清潔、無污染的技術(shù)也可以用于回收其他關(guān)鍵材料。第三個(gè)合作研究項(xiàng)目將探索這種可能性。McGrail表示：“我們已經(jīng)開發(fā)出了針對(duì)多種元素的吸附劑材料。在該項(xiàng)目中，我們將與新西蘭地?zé)峁綠eo40合作，且該公司已確定其鹵水中存在銫。在該項(xiàng)目中，該團(tuán)隊(duì)將把回收鋰的工作擴(kuò)展到對(duì)銫具有高度選擇性的新型吸附劑上。如果成功，該集團(tuán)將在新西蘭建立一個(gè)小規(guī)模工廠。”
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