研究人员采用磁性纳米粒子从水源中提取有价值的元素 可用于电动汽车电池

据外媒报道，利用磁性纳米粒子从卤水中捕获有价值物质的想法已成为现实，并被应用于工业级试点项目中，这可能有助于美国成为电子和能源生产中关键矿物的生产国。当前，这些矿物大多从他国获得，其中有很多是高冲突地区。

这项由美国能源部太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory，PNNL）开发、正在申请专利的技术已获得Moselle Technologie独家许可。Moselle Technologies是一家初创企业，目前在美国和全球多个地方对这项技术开展了试点项目。

核心纳米颗粒由一种称为磁铁矿的氧化铁构成。该核心颗粒用于锚定会选择性结合相关化合物的吸附剂壳，而这是获得专利技术的关键。该纳米颗粒可被引入地热厂、采出水、矿物开采废水和海水的卤水中，从而锁定在自由漂浮的目标化合物上。当暴露于磁铁后，该纳米颗粒的铁芯会像经典科学实验中的铁屑一样，向磁铁以及与其结合的关键材料一起向磁铁迁移，并从盐水中过滤掉。目前，该技术正被用于捕获多功能轻质金属锂，而锂目前被广泛应用于电池技术中。

（视频来源：PNNL）

PNNL实验室研究员、稀土金属回收技术公认专家Pete McGrail表示：“目前从水中提取锂的方法需要通过离子交换过滤系统以每分钟数千加仑的速度泵送大量水，但这非常耗能且成本高昂。而我们的纳米技术工艺可以最小化一切，且无需其他工艺中需要的大型离子交换分离器。这种方法非常简单，可在几分钟内通过与吸附剂的分子碰撞将所有的锂金属从溶液中拉出，随后用磁铁将其取出。通过磁铁，锂金属可以很容易被收集和纯化。”

Moselle Technologies首席执行官Jerry Mills表示：“人们在捕获锂金属方面损耗较多，因此需要其他方式获取锂。我们一直在寻找成本较低的、生产稀土元素和具有战略意义的重要元素（如锂）的技术。这些元素中的大部分，美国都没有。我们将竭尽所能解决这一问题，我们也相信，此项技术将帮助我们克服成本障碍。”

在本国开采关键矿物质

半导体、风力涡轮机以及电动汽车和其他绿色能源技术中使用的电池对锂、镍、钴和稀土元素的需求量很大。但是目前，这些元素的全球供应链严重依赖于过时的提取过程。该过程会消耗大量能源和水并产生有毒废物。美国能源部表示，35种关键材料中的14种以及其他17种材料的一半多，其进口量占美国本国供应的100％。目前，美国已将国内供应放在首位。该项PNNL技术已经在实验室中开发数年，现已经准备好进行现场测试。

2021年春季启动试点项目

计划中的试点项目之一是将石油和天然气行业资源与PNNL的技术相结合。McGrail表示：“石油和天然气卤水是国内尚未开发的锂资源。”

美国和加拿大的油气提取过程中，将地下水泵送到地表是开采过程的一部分。因此许多地方的水中都含有锂。PNNL科学家估计，如果仅收集石油和天然气开采生产过程中水中所含的25%的锂，其总量将相当于当前全球年产量。为探索该可能性，PNNL、Moselle Technologies、加拿大自然资源有限公司和Conoco Phillips公司将在PNNL位于华盛顿州Richland的校园内进行长期测试。在那里，团队将使用磁选机系统对技术进行延长的周期测试，从而对该技术进行压力测试，这是大规模工业生产的必要步骤。

Mills表示：“通过使用磁性纳米颗粒附着在溶液中的锂颗粒上，我们期望，所得的精矿可以更纯净，从而降低约一半以上的深加工成本。”

在竞争性申请程序后，第二个项目于1月宣布，并将通过DOE先进制造办公室2020财年计划（DOE Advanced Manufacturing Office FY20）获得资助。这项工作已获批准，将于2021年春季开始。

不止是锂

清洁、无污染的技术也可以用于回收其他关键材料。第三个合作研究项目将探索这种可能性。McGrail表示：“我们已经开发出了针对多种元素的吸附剂材料。在该项目中，我们将与新西兰地热公司Geo40合作，且该公司已确定其卤水中存在铯。在该项目中，该团队将把回收锂的工作扩展到对铯具有高度选择性的新型吸附剂上。如果成功，该集团将在新西兰建立一个小规模工厂。”