Нове дослідження показує, що багаті на літій розсоли мають хімічний склад, у якому переважає бор, що принципово відрізняється від типових солоних вод. Нове дослідження, опубліковане в Science Advances, розкриває несподіваний поворот: значна частина світового літію міститься в солоних водах з хімічним складом, відмінним від інших природних солоних вод, таких як океан. Це відкриття може змінити майбутнє видобутку літію та покращити те, як ми керуємо стічними водами від процесів видобутку.
Літій відіграє життєво важливу роль у просуванні революції відновлюваної енергетики. Близько 40 відсотків світового постачання надходить з величезних солончаків, відомих як салари, розташованих високо в Андах Південної Америки та на Тибетському плато в Азії. У цих віддалених, посушливих ландшафтах літій не видобувається з породи, а розчиняється в підземних басейнах дуже солоної води, відомих як розсіл, прихованих прямо під кіркою блискучих соляних відкладень.
«Ми виявили, що pH розсолів у цих регіонах майже повністю залежить від бору, на відміну від морської води та інших поширених солоних вод. Це зовсім інший геохімічний ландшафт, ніби вивчення позаземної планети», – сказав Авнер Венгош, заслужений професор якості навколишнього середовища та завідувач кафедри наук про Землю та клімат у Школі навколишнього середовища Ніколаса Університету Дьюка, який керував дослідженням.
Рівень pH розчину – це міра його кислотності чи лужності. У більшості природних вод хімічні реакції за участю молекули, яка називається карбонатом, в першу чергу визначають здатність розчину контролювати зміни pH – міру, відому як лужність. Але команда вчених з Дьюка виявила разюче інший сценарій у Салар-де-Уюні, гігантській соляній озері, розташованій на Болівійському плато, де під землею знаходиться найбільше у світі відоме родовище літієвих розсолів.
Спогади з Салар-де-Уюні
Дослідники проаналізували pH та хімічний склад розсолів і солей, пов’язаних з пілотною гірничою діяльністю в Салар-де-Уюні. Видобуток літію з соляних басейнів традиційно передбачає закачування природного розсолу з-під землі в серію неглибоких наземних ставків. Рідина випаровується з послідовних ставків, залишаючи після себе дедалі концентрованіший розсіл, що містить літій і бор, а також небажані солі. Зрештою, літій видобувається на переробному заводі.
Команда виявила, що рівень pH у зразках природного розсолу з салару коливався навколо нейтрального. Натомість, зразки розсолу з випарних ставків були дуже кислими. Комп’ютерне моделювання показало, що високі концентрації бору були основними факторами pH в обох випадках.
Зокрема, природні розсоли містять високий рівень бору в різних формах, включаючи молекулу борної кислоти та сполуки, які називаються боратами, відносний розподіл яких контролює pH. Випаровування у ставках збільшує загальну концентрацію бору та запускає розпад борної кислоти, утворюючи іони водню, які знижують pH.
«Завдяки ланцюгу геохімічних реакцій карбонатна лужність у розсолі із Салар-де-Уюні зменшується, тоді як борна лужність стає переважаючою», — сказав провідний автор дослідження Гордон Вільямс, докторант лабораторії Венгош. «Інтеграція хімічного аналізу з геохімічним моделюванням допомогла нам кількісно визначити різні молекулярні структури бору, які сприяють лужності цих літієвих розсолів», – додала Паз Натів, постдокторант лабораторії Венгош.
Глобальні наслідки для видобутку літію
Щоб підтвердити свої висновки, команда зібрала дані про понад 300 аналізів багатого на літій розсолу з різних соляних басейнів, зокрема з Чилі, Аргентини та Болівії (відомих під загальною назвою Літієвий трикутник) та Тибетського нагір’я. Моделювання показало, що бор мав найбільший вплив на лужність, а отже, і на pH, у більшості цих розсолів.
«На додаток до нових даних, які ми отримали, ми склали геохімічну базу даних літієвих розсолів з усього світу та послідовно виявили, що бор часто є переважним компонентом лужності розсолу та контролює його pH, що підтверджує результати, отримані в Салар-де-Уюні в Болівії», – пояснив Вільямс.
За словами дослідників, це дослідження є першим, яке демонструє роль бору в контролі хімічних змін, що відбуваються під час випаровування літієвої ропи в соляних басейнах. Вони додали, що ці результати можуть допомогти в майбутніх технологіях видобутку літію, оскільки оператори досліджують способи більш ефективного видобутку літію та безпечного управління стічними водами.