Iratkozzon fel a napi hírek a CleanTechnicától emailben. Vagy kövessen minket a Google Hírekben!

Amikor az emberek a kémiára gondolnak, az a kép, ami általában eszébe jut, a különféle színű folyadékok főzőpoharakban, lombikokban és kémcsövekben egy laborban. De a gyakorlatban a kémia minden halmazállapotú anyagot tartalmazhat: folyadékokat, gázokat és még szilárd anyagokat is.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Ames Nemzeti Laboratóriuma által vezetett CMI (Critical Materials Innovation) központ tudósai a kémiai mechanokémiának nevezett részdiszciplínát használják, amely szó szerint felforgatja a kémiai reakciók hagyományos megértését, olyan mechanikai erőket használva, amelyek keverik, billennek és összetörni a szilárd anyagokat kémiai reakciók elindításához. Új eljárásuk, a lítium mechanikus kémiai extrakciója alacsony hőmérsékleten, vagy a MELLT kreatív megoldás az Egyesült Államok lítiumellátásának növelésére és diverzifikálására.

A lítium egy nagy keresletű elem, amely az ellátási lánc kockázatával jár. A nagy teljesítményű újratöltéshez szükséges akkumulátorok olyan technológiákban találhatók meg, mint a mobiltelefonok, orvosi eszközök és elektromos járművek, hogy csak néhányat említsünk. Ahogy az elektromos járművek egyre népszerűbbek, úgy nő a lítium iránti kereslet. Ezek elkészítéséhez szükséges lítium elem (Li). akkumulátorok két forrásból származik: sóoldatból és kemény kőzet ásványokból. A lítium sóoldat sós talajvíz lerakódások, amelyekben oldott lítium halmozódott fel. A fő lítiumot tartalmazó kemény kőzet ásványát spodumennek nevezik. Mindkét forrás eltérő kinyerési módszereket igényel.

Ihor Hlova, a CMI és az Ames Lab tudósa és a projektcsoport vezetője elmagyarázta, hogy a lítium sóoldatokból történő kinyerése költséghatékony folyamat, amely a napsugárzáson alapul. Alapvetően a sóoldattal töltött sekély kutak folyamatosan szabad levegőnek vannak kitéve, hogy a víz elpárologjon. Mind az importált, mind a hazai lítium elsődleges forrása az Egyesült Államokban.

A lítium kinyerésének jelenlegi módszere a kemény kőzet ásványból, a spodumenből energiaigényes, üvegházhatású gázokat és veszélyes hulladékáramokat termel. Ebben a folyamatban az ásványi ércet kétszer hevítik. Első alkalommal 1050°C-on (1976°F) pörkölve olyan állapotba kerül, amely alkalmasabb a vegyi feldolgozásra. A második körben az ásványi ércet 250 °C (485 °F) körüli hőmérsékleten főzik meg vegyszerekkel, hogy vízoldható lítiumvegyületet képezzenek. Az így kapott lítiumtermék jobb minőségű, mint a sóoldatból kivont lítium.

Mindkét módszer kihívást jelent a lítium nagy keresletű piacán; A sóoldatok előállítása túl sokáig tart (12-24 hónap), és a kemény kőzet ásványkinyerése túl sok energiát használ fel. Ezenkívül a sóoldatok nagy mennyiségű édesvizet igényelnek a feldolgozás különböző szakaszaiban, míg a közvetlen ásványkinyerés mérgező melléktermékeket eredményez.

E hátrányok megkerülésére és egy hatékonyabb folyamat létrehozására Hlova csoportja mechanokémiát használt.

"A mechanokémia az extrakciós módszertanban kevéssé használt technika" - mondta Tyler Del Rose, az Ames Lab posztdoktori kutatója és a kutatócsoport tagja. "Általában a kiindulási anyag összezúzására vagy a reagensek keverésére használják, de ritka esetekben kémiai reakciók elősegítésére használták."

Minden kémiai reakcióhoz energiára van szükség. Ez az energia sokféle formában jelentkezhet, például hő, fény vagy elektromosság formájában. De a mechanokémia esetében ez a mechanikai erőkből származik. "A mechanikai erő szerkezeti tökéletlenségeket okoz a szilárd anyagok felületén" - mondta Hlova. "Ezek a tökéletlenségek reaktív foltokká válnak, ahol a kémiai reakciók gyorsabban és könnyebben mennek végbe."

Ezen elvek alapján Hlova csapata kifejlesztette a MELLT-et. A golyós őrlésnek nevezett eljárás során szilárd spodumendarabkák és szilárd reagens vegyi anyag, például nátrium-karbonát (Na)₂CO₃), acélgolyókkal ellátott kamrába helyezzük. A kamrát különböző módokon mozgatják, gyors, ismétlődő nyíró- és ütési feszültségeket okozva az anyagok között. Az ismétlődő stressz végül nagy energiájú állapotokhoz vezet a vegyi anyagokon belül, amelyek reakcióba lépnek egymással. Ezek a reakciók vízoldható lítiumvegyületeket eredményeznek. Ezeket a lítiumvegyületeket a végtermékből vizes mosással extraháljuk.

A MELLT korszerűsíti a kemény kőzet ásványkinyerését, jelentősen kevesebb energiát használ fel, és kiküszöböli a mérgező hulladékáramokat. A MELLT sokkal gyorsabb is, mint a sóoldat-kivonási módszerek.

"A mechanokémia fenntarthatóbb és környezetbarátabb megközelítést kínál a kémiai reakciók lefolytatásához" - mondta Hlova. "Ez a projekt lehetőséget kínál a lítiumellátási láncok diverzifikálására az Egyesült Államokban, csökkentve a lítium kritikusságát, és előkészítve az utat a fenntartható jövő felé."

A MELLT fejlesztése a CMI által támogatott nagyobb együttműködés része, amelyben több nemzeti laboratórium, egyetem és ipari partner vesz részt, hogy új finomítási eljárásokat fedezzenek fel, vagy javítsák a lítium keménykőzetből és sóoldatból történő kivonásának meglévő módszereit.

„A CMI azért létezik, hogy innovatív megoldásokat dolgozzon ki az olyan kritikus ellátási lánc problémáira, mint ez a mostani” – mondta Tom Lograsso, a CMI igazgatója. „Ez a munka ennek a küldetésnek a része, és az amerikai iparágakat olyan technológiákkal látja el, amelyek kereskedelmi forgalomba hozhatók.”

A Kritikus anyagok innovációs központja egy energiainnovációs központ, amelyet az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Ames Nemzeti Laboratóriuma vezet, az Energiahatékonysági és Megújuló Energia Hivatal Fejlett Anyag- és Gyártási Technológiai Hivatala (AMMTO) támogatásával. A CMI arra törekszik, hogy felgyorsítsa a kritikus anyagtechnológiák fejlesztését és fokozza az amerikai ellátási láncok innovációs folyamatát a kutatás felgyorsítása, a sokszínű munkaerő képzése és az amerikai iparral együttműködve kockázatmentes, kereskedelmi használatra alkalmas technológiák létrehozása révén.

Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának kritikus anyagokkal foglalkozó energiainnovációs központjaként 11 év alatt 21 CMI-technológiát engedélyeztek. A CMI-nek 646 publikációja és 51 szabadalma van. A CMI hat nyílt forráskódú szoftvercsomagot fejlesztett ki. A CMI-vel való együttműködéshez vagy technológiáik licenceléséhez lépjen kapcsolatba Stacy Joinerrel, a CMI partnerkapcsolatokkal, sjoiner@ameslab.gov vagy 515-296-4508.

Ames Nemzeti Laboratórium egy olyan Amerikai Energiaügyi Minisztérium Tudományos Iroda Az Iowa Állami Egyetem által üzemeltetett Nemzeti Laboratórium. Az Ames Laboratory innovatív anyagokat, technológiákat és energetikai megoldásokat hoz létre. Szakértelmünket, egyedi képességeinket és interdiszciplináris együttműködéseinket használjuk a globális problémák megoldására.

Az Ames Nemzeti Laboratóriumot az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Tudományos Hivatala támogatja. Az Office of Science a fizikai tudományok alapkutatásainak legnagyobb támogatója az Egyesült Államokban, és korunk legsürgetőbb kihívásainak megoldásán dolgozik. További információért kérjük, látogasson el https://energy.gov/science.

By Ames Nemzeti Laboratórium

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://cleantechnica.com/2024/04/27/scientists-are-shaking-up-lithium-extraction-with-a-different-kind-of-chemistry/