Добываем литий на сверхзвуке: ракетный движок превратил забытый камень петалит в «новую нефть» для планеты

Пока рынок электромобилей и накопителей энергии растет, ученые ищут новые источники лития, и внимание все чаще смещается от привычных руд к менее известным минералам. В Австралии исследователи занялись петалитом - редким алюмосиликатом лития, который долгое время оставался в тени сподумена - главного сырья для мировой литиевой отрасли.

Спрос на металл для аккумуляторов увеличивается быстрее, чем расширяются программы переработки отработанных батарей. Повторное использование сырья поддерживает замкнутый цикл, но покрыть будущие потребности только за счет рециклинга уже не получается. Поэтому промышленность и научные центры параллельно ищут дополнительные минеральные источники и более эффективные способы извлечения.

Сегодня рынок в основном опирается на сподумен, поскольку в нем высокая концентрация лития и привычные технологии переработки. При этом существуют и другие литийсодержащие породы: среди них лепидолит, амблигонит и петалит. Последний встречается реже и перерабатывается сложнее, зато может расширить сырьевую базу.

Петалит известен науке давно. Именно с изучением этой породы исторически связывают первые этапы открытия лития как химического элемента. Минерал относится к литиевым алюмосиликатам и формируется в гранитных пегматитах вместе со сподуменом и лепидолитом. Крупные месторождения обнаружены в Африке, Северной и Южной Америке, а также в Западной Австралии.

Порода отличается высокой твердостью и температурной стойкостью. По этой причине ее уже используют в производстве жаропрочного и устойчивого к царапинам стекла и керамики. С извлечением лития все сложнее. По сравнению со сподуменом требуется более жесткий режим обработки с повышенными температурой и давлением, чтобы сделать металл доступным для дальнейших реакций.

Австралийская организация CSIRO, крупный государственный центр прикладных исследований, сейчас тестирует новую технологию получения лития, она называется LithSonic. Работы идут при поддержке программы по критически важным минералам. За основу взяли более раннюю разработку MagSonic, но сам процесс переработали под литиевое сырье и его химические особенности.

Главная сложность связана с тем, как литий ведет себя при высокой температуре. В теории его можно получать по схеме, похожей на выплавку металлов, когда оксид реагирует с углеродом. На практике возникает проблема: при нужном нагреве литий превращается в пар и почти сразу снова вступает в реакцию с окружающей средой, если его быстро не охладить. Из-за этого долго не удавалось закрепить результат и получить стабильный выход продукта.

В установке LithSonic используют сверхзвуковой поток газа, по условиям он близок к тем, что возникают внутри ракетного двигателя. Такой режим дает очень быстрое охлаждение, его называют ударной закалкой. Температура падает почти мгновенно, и металл успевает «зафиксироваться», не возвращаясь в связанное состояние. По словам разработчиков, в металлургических процессах такой прием раньше не применяли в промышленном масштабе.

Пилотная установка уже работает в тестовом режиме. Авторы проекта рассматривают метод как более чистый вариант по сравнению с привычными схемами извлечения. Технология подходит для разных типов литийсодержащего сырья, в том числе для петалита. На выходе получают металл в виде порошка или слитков, которые можно использовать в аккумуляторах для электромобилей, электронике и алюминиевых сплавах.