利用人工睡莲叶提高锂和矿物的提取效率

矿物开采的替代方案

说到生产满足全球工业需求的关键矿物，实际上只有三种可能的来源：开采岩石、回收利用和净化溶解矿物。对于铁和铝等材料来说，传统矿山是主要供应来源，回收利用也发挥了一定作用。

然而，对于像锂这样的材料来说，主要来源之一是盐水，这种富含矿物质的水必须经过蒸发才能提取其中的矿物质。类似的方法也常用于生产两种最重要的肥料：硝酸盐和钾肥。

这种方法需要建造占地数千英亩的大型蒸发池，给当地生态系统带来沉重的环境成本。

来源: SQM

到目前为止，人们只能依靠太阳光来加热池塘并蒸发水来实现这一目标。这远非一个高效的过程，因此需要大量的表面。

这种情况可能正在改变，这要归功于普林斯顿大学的研究人员与锂生产巨头智利化工矿业公司合作开发的一种可以加速蒸发的新材料。 (SQM +0.9% ).

他们在《自然水》杂志上发表了他们的发明¹， 在标题之下 ”界面太阳能蒸发实现可持续盐水开采“。

大规模生产锂

（不太可持续的）绿色能源

当锂不是从岩石（锂辉石矿床）中提取时，它主要存在于矿物卤水中，与其他盐类和溶解矿物混合。卤水主要从地下水中提取，或用淡水​​从富含矿物的矿床中浸出锂而形成。

目前，全球有数万公顷的太阳能池用于提取锂，其中智利有 6,000 公顷（14,800 英亩）。

这种方法给这些地区的水资源供应带来了极大的压力。更糟糕的是，锂资源丰富的地区通常是沙漠，这也是锂首先集中在具有经济可行性的矿床中的原因。因此，有限的可用水资源可能会被完全转移到锂工业，危及当地的生态系统和社区。

能源消费

这些蒸发池是一种“免费”利用太阳能的方法。它比使用电力的替代方案（例如机械蒸汽压缩或超高压反渗透）更优越。

虽然这些基于电力的方法可能更环保，但无法大规模实施。例如，仅智利的蒸发池就利用了65太瓦时的太阳能，超过了智利年总发电量的70%（约90太瓦时/年）。

一个重要的问题是，尽管蒸发池方法成本低廉，但效率却很低。只有不到一半的太阳能转化为热能，这会导致蒸发。

这就是普林斯顿大学研究人员的发明发挥作用的地方。

化肥

通过蒸发池不仅可以生产锂，还可以生产肥料。值得注意的是， SQM 每年生产 1.5 万吨 钙质矿石和盐沼盐水中的硝酸盐.

来源: SQM

这是SQM从盐水中提取的复杂化学混合物的一部分，其中包括氯化锂、氯化钾、氯化镁、硼酸和硫酸钾。然后，钾与这些混合物混合，形成硝酸钾。

虽然与直接开采或使用天然气合成氮基肥料（哈伯-博施法）相比，这不是一种重要的肥料来源，但这是另一种对环境有影响的生产过程，可以通过更高效的蒸发池进行改进。

优化蒸发

先前的发现

这项关于提高蒸发池效率的最新研发工作建立在同一研究人员以及其他领域研究人员的先前研究基础上。他们曾研究过一种名为界面太阳蒸发（ISE）的现象。

ISE 的关键概念是利用高吸光材料捕获近 100% 的太阳辐射，同时吸收富含矿物质的咸水。

来源: 研究之门

在避免盐的积累和结晶方面也取得了额外的进展，因为随着时间的推移，盐的积累和结晶会降低效率，特别是 盐回流增强, Janus 结构设计及 定向结晶.

公私合作伙伴关系

这项工作是该大学“START 创新者”项目的一部分。该项目结合了学术奖学金和初创企业加速器，使研究人员能够在制定商业计划和建立早期企业的同时继续开发他们的技术。

“帮助培育一个生态系统，使我们的教师和研究人员能够有效地将他们的技术转化为商业领域，这是创新办公室的一项核心职能。”

克雷格·阿诺德 (Craig Arnold)——创新副院长兼大学创新官。 

这种方法旨在加快技术从实验室理念向工业规模的转移，并更好地将学术研究人员的技术技能转化为实际应用。

“我们能与像任教授和他的团队这样的研究人员合作，帮助他们重新思考自己的想法。我们的目标是彻底改变参与者的视角，让他们离开项目时，拥有与刚开始时截然不同的视角。”

我们向他们提出一些复杂的问题，这些问题可能超出了研究人员的传统范围，但对于将学术创新转化为成功的成果至关重要。”

内娜·戈卢博维奇 – D科学与工程影响力设计项目主任

这一举措似乎已取得成效，不到两年的时间，该技术就已从“儿童游泳池中的小型原型”发展成为在南美矿产生产设施中测试可商业化的产品。

“普林斯顿大学提供了基础、生态系统和资源，教会了我们作为小企业取得成功所需的技能和知识。”

郑志刚 – 普林斯顿关键矿产公司（原 PureLi 公司）首席执行官

提高效率

之前的原型使用木材作为载水材料，而研究人员发明了扭曲的纤维素纤维结晶器。它不仅能够快速蒸发水分，还能实现空间分离结晶，从而实现选择性锂回收。

他们还对我们的碳基材料使用了专有涂层，实现了快速蒸发、矿物分离和防污性能。

初创公司普林斯顿关键矿产公司 (Princeton Critical Minerals) 在 SQM 拥有的真实锂蒸发池中测试了其第一个原型，该蒸发池的形状就像漂浮在水面上的睡莲叶。

来源: 研究之门

用热像仪观察，可以明显发现水面温度明显升高，尤其是在人造睡莲叶的特定区域。事实证明，该设计能够将96%的太阳能转化为热能，而开放式池塘的效率仅为50%。

来源: 研究之门

总体而言，这极大地提高了蒸发率，平均增加了一倍（根据盐水浓度，增幅可达40-122%）。由于蒸发过程的进行速度大大加快，这也大大减少了池底水分的流失。

来源: 研究之门

进一步的研究

热像仪数据证明，人造睡莲叶发挥作用的关键方式是将太阳的热量保持在池塘表面，在那里进行蒸发，而不是保持在池塘底部，热量在底部流失。

由于温度会影响矿物的溶解度，进一步调整睡莲表面的温度可能会进一步提高锂的产量。

“这些问题只有在我们看到实地测试的结果后才会浮现出来。如果我们一直把工作留在实验室里，这些新的方向可能永远不会出现。”

Z. Jason Ren – 土木与环境工程教授

另一步将是启动人造睡莲的大规模生产，并探索该设备的经济性，以及普林斯顿关键矿产公司的潜在长期商业模式。

锂蒸发公司

智利基米卡和矿业公司

SQM是全球第二大锂矿开采公司，其资产位于智利，锂占据了该公司的大部分业务。它也是天然硝酸钾生产的市场领导者，并销售碘、氯化钾、硼酸和氯化镁等特种化学品。

来源: SQM

2023年XNUMX月，公司不得不面对 智利此举威胁对该国锂产业进行部分国有化。经过最初的震惊，该计划的进一步细节表明该国仍然打算吸引外国私人投资。

更具体地说，国家锂公司 Coldeco 正在与 SQM 重新谈判合同，其他锂矿床将可供开采。 尽管如此，现有合同仍将得到尊重并持续到 2030 年.

由于谈判仍在进行中，可获得的信息很少，很难预测 SQM 的长期未来。尽管如此，智利是一个经济高度依赖采矿业的国家，最初对国有化计划的强烈反对不仅影响了人们对锂的信心，也影响了所有采矿业的信心，迫使政府限制其雄心（暂时？）。

国有化威胁之后，国际锂价持续下跌，导致公司股价从2022年底的峰值回落。

来源: 碳信用

锂 民政事务总署 销售量增长（+13%），平均销售价格同比大幅下降（-41%） in 4 年第四季度与 2024 年第四季度对比

由于锂价低廉，该公司 2024 年从其他产品中获得的收入比例比过去高出很多，其中碘占毛利润的 39%。

来源: SQM

这既可以看作是反映公司的真正风险，也可以看作是吸引愿意承担风险并获得可观股息收益的投资者的机会。

与所有锂投资一样，投资者需要熟悉电动汽车领域（需求以及钠离子电池等创新化学产品的潜力，而不是使用锂），并预计锂价格的高波动性将在可预见的未来持续下去，即使更多的下行风险似乎已被某种程度地反映在价格中。

（您可以在我们的文章“随着新型钠离子电池的出现，锂需求是否会大幅下降？“”阿肯色州能满足我们的锂需求吗？“和”投资诺贝尔奖成果：锂离子电池为世界提供动力”。）

Sociedad Química y Minera de Chile SA 最新动态

^{参考研究：}

^{1.郑，S.，奥尔克斯，B.，坎德尔瓦尔，A. et al.（2025）。 界面太阳能蒸发实现可持续盐水开采。 纳特URE水 3，135-137。 https://doi.org/10.1038/s44221-025-00394-y}