Oamenii de știință de la Critical Materials Innovation Hub (CMI), condus de Laboratorul Național Ames al Departamentului de Energie al SUA, au dezvoltat un nou proces folosind mecanochimie – extracția mecanochimică a litiului la temperaturi scăzute (MELLT) – care poate extrage litiul mai eficient decât metodele tradiționale .
Litiul necesar pentru fabricarea bateriilor provine din două surse: saramură și minerale din roci dure. Saramurile cu litiu sunt depozite de ape subterane sarate care au acumulat litiu dizolvat. Principalul mineral de rocă dură care conține litiu se numește spodumen. Ambele surse necesită metode de extracție diferite.
Ihor Hlova, om de știință CMI și Ames Lab și liderul grupului de proiect, a explicat că extragerea litiului din saramură este un proces rentabil care se bazează pe evaporarea solară. Practic, puțurile de mică adâncime umplute cu saramură sunt expuse în mod continuu la aer liber pentru a lăsa apa să se evapore. Este sursa primară de litiu atât importat, cât și autohton în Statele Unite.
Metoda actuală de extragere a litiului din spodumenul mineral din roci dure este consumatoare de energie și produce gaze cu efect de seră și fluxuri de deșeuri periculoase. În acest proces, minereul mineral este încălzit de două ori. Prima dată este prăjită la 1050 °C (1976 °F) pentru a-l converti într-o stare care este mai potrivită pentru prelucrarea chimică. În a doua rundă, minereul mineral este gătit la aproximativ 250 ° C (485 ° F) împreună cu substanțele chimice pentru a forma un compus de litiu solubil în apă. Produsul cu litiu rezultat este de calitate superioară decât litiul extras din saramură.
Ambele metode prezintă provocări pe o piață cu cerere mare pentru litiu; Produsul saramurilor durează prea mult (12-24 luni), iar extracția mineralelor din roci dure utilizează prea multă energie. În plus, saramurele necesită cantități mari de apă dulce în diferite etape de procesare, în timp ce extracția directă a mineralelor produce subproduse toxice.
Pentru a ocoli aceste dezavantaje și a crea un proces mai eficient, grupul lui Hlova a folosit mecanochimia.
Mecanochimia este o tehnică subutilizată în metodologiile de extracție. De obicei, este folosit pentru a zdrobi materialul inițial sau pentru a amesteca reactanții, dar în cazuri rare a fost folosit pentru a facilita reacțiile chimice. -Tyler Del Rose, cercetător postdoctoral la Ames Lab și membru al echipei de cercetare
Toate reacțiile chimice au nevoie de energie. Acea energie poate veni sub mai multe forme, cum ar fi căldura, lumina sau electricitatea. Dar în cazul mecanochimiei, aceasta provine din forțe mecanice.
Forța mecanică provoacă imperfecțiuni structurale pe suprafața materialelor solide. Aceste imperfecțiuni devin puncte reactive unde reacțiile chimice pot avea loc mai rapid și mai ușor.
— Ihor Hlova
Folosind aceste principii, echipa lui Hlova a dezvoltat MELLT. Într-un proces numit măcinare cu bile, bucăți solide de spodumenă și un reactant chimic solid, cum ar fi carbonatul de sodiu (Na 2 CO 3 ), sunt plasate într-o cameră cu bile de oțel. Camera este deplasată în moduri diferite, provocând forfecare rapidă și repetitivă și solicitări de impact între materiale. Stresul repetat duce în cele din urmă la stări de înaltă energie în cadrul substanțelor chimice, determinându-le să reacționeze între ele. Aceste reacții au ca rezultat compuși de litiu solubili în apă. Acești compuși de litiu sunt extrași din produsul final cu o spălare cu apă.
MELLT eficientizează extracția mineralelor din roci dure, utilizează semnificativ mai puțină energie și elimină fluxurile de deșeuri toxice. MELLT este, de asemenea, mult mai rapid decât metodele de extracție cu saramură.
Dezvoltarea MELLT face parte dintr-un efort de colaborare mai amplu susținut de CMI, care implică mai multe laboratoare naționale, universități și parteneri din industrie pentru a descoperi noi procese de rafinare sau pentru a îmbunătăți metodele existente de extracție a litiului atât din surse de rocă dură, cât și de saramură.
