随着世界向更清洁的能源转型，对能源相关金属和关键矿物的需求急剧增加。受电动汽车和其他绿色技术兴起的推动，这些基本材料在全球范围内需求旺盛。
锂等金属无法通过人工种植获得，必须开采或回收，因此这是采矿业研究人员的首要任务。传统的锂开采方法成本高昂，而且可能对环境有害，但弗吉尼亚理工大学的研究人员已经找到了一种尽量减少这种环境影响的方法。他们将利用美国 能源部即将拨款的 180 多万美元（包括 150 万美元的联邦股份）来优化和扩大这种方法。
矿业与矿物工程系副教授张文才正在领导这个项目，旨在从阿巴拉契亚盆地马塞勒斯页岩的采出水中回收锂和稀土元素等高需求金属。采出水是天然气生产过程中从地下流出的天然水，可能含有锂等污染物以及导致盐度极高的氯化钠、钙和镁。研究人员的目标是在提取锂用于其他制造应用的同时降低盐度并去除污染物。
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张先生表示：“锂等高需求金属和矿物在电动汽车生产中发挥着重要作用，几乎全球所有电池中都含有锂。我们的目标是为这些关键材料的供应链做出贡献，同时对环境产生积极影响。我们特别希望减少与采出水相关的环境后果。”
新颖的方法
尽管已经对从采出水中回收锂进行了多项研究，但尚未开发出能够生产电池级锂的完整工艺。
张和他的团队开发了一种新颖的工艺，以实现采出水的有益利用，包括有价值的矿物回收和碳固定。他们的项目涉及五个主要阶段，以处理采出水并收获这些高需求的矿物。
第一阶段：采出水处理
张和他的团队将首先处理阿巴拉契亚盆地马塞勒斯页岩的采出水，目的是去除任何固体颗粒，同时尽量减少有价值矿物的损失。
第二阶段：稀土元素和关键金属回收
为了回收这些高需求的矿物，张教授开 优秀房东应具备的 8 个素质 发了专利和正在申请专利的技术，用于从采出水中回收关键矿物。采出水中的矿物浓度太低，无法有效回收，因此张教授的方法（称为分阶段沉淀）从溶液中浓缩关键元素，以便有效地提取和进一步精炼。
第三阶段：直接回收锂
从地下提取锂的传统方法成本高昂，而且需 br 号码列表 要大量能源。研究人员将结合专门设计的离子交换系统（用于分离物质，对锂具有特异性），以及经过重大改进以适应采出水处理的多级溶剂萃取工艺。张和他的团队直接提取锂的新方法成本低廉，能耗低。
第四阶段：碳矿化
采出水中含有碱土金属，如钙和镁，这些金属会影响水的硬度或可用性。张和他的团队将利用碳矿化技术去除这些金属，方法是将二氧化碳气体添加到含有碱土金属的溶液中，然后使碳酸钙等碳酸盐化合物形成并从溶液中沉淀出来。通过将二氧化碳和矿物质转化为固体颗粒，然后可以将它们从水中过滤掉。
第五阶段：植物微生物治疗
在项目的最后阶段，张和他的团队将使用植物微生物处理降低采出水中的盐度并去除污染物，该处理涉及使用植物及其相应的微生物来清除采出水中的污染物。他们将有意选择某些具有出色净化特性的植物，这些植物通常不会在采出水的位置生长。这些植物和微生物将专门用于去除所有污染物，从而产生更清洁的水。
未来的环境改善
从该项目中回收的矿物在我们现代社会中发挥着至关重要的作用。随着电动汽车的未来即将到来，张正与跨学科研究人员和行业合作伙伴合作，他们将为该项目贡献他们的专业知识和相关数据。他们的合作伙伴包括
- 北卡罗来纳州立大学分子与结构生物化学副教授 科琳·多尔蒂 (Colleen Doherty)将领导该项目的第五阶段。
- 电池回收公司Austin Elements将领导第三阶段的工作以及商业化的预试点建设和技术经济。
- EQT Corporation是美国领先的天然气生产商，其业务遍及阿巴拉契亚盆地，该公司将为该团队提供充足的采出水用于实验测试。
在合作开展具有重大影响的项目（如清洁能源和清洁水）时，拥有共同的目标至关重要。研究团队的这个项目目标恰好有利于我们地区。
张先生说：“马塞勒斯页岩是一种重要的地质构造，以其丰富的天然气储量而闻名，尤其是页岩气。它主要位于美国东部的阿巴拉契亚盆地，其中包括弗吉尼亚州的部分地区。该项目为该地区带来了更多环境效益。
“我的知识本身无法解决这个问题，因此对于这个项目来说，拥有行业相关知识的合作者至关重要，他们将对项目产生重大影响并解决问题。”
该项目未来的潜在影响是巨大的，将这项研究融入到常规实践中可以大大提高页岩气生产的效益。页岩气公司经营多个生产基地，通常依靠集中供水设施在各个地点收集和分配水。张和他的团队的技术可以集成到这些设施中，以优化这一过程。
处理过的采出水将来还可以用作灌溉用水，支持该地区的农业。
“我们的技术不仅有助于回收锂等有价值的矿物，还能确保水质适合页岩气生产，”张先生说。“我们还可以降低水的盐度，为缺水地区的农业提供更清洁的水。”
