Уникальная химия обнаружена в критически важных месторождениях лития

Большая часть мировых запасов лития содержится в соленых водах, химический состав которых фундаментально отличается от других природных соленых вод, таких как океан. К такому выводу пришло исследование, опубликованное 23 мая в журнале Science Advances. Это открытие имеет значение для технологий добычи лития, а также для оценки и управления сточными водами.

Литий — критически важный минерал для сектора возобновляемой энергетики. Около 40% его мировой добычи происходит из крупных соляных равнин, называемых саларами, в центральных Андах в Южной Америке и на Тибетском плато в Азии. В этих засушливых высокогорных регионах литий находится под поверхностными солевыми отложениями, растворенный в крайне соленой воде — рассоле. Исследователи из Университета Дьюка обнаружили, что уровень pH в этих рассолах почти полностью определяется бором, в отличие от морской воды. Это создает принципиально иную геохимическую среду.

Ключевые выводы были сделаны на примере Салар-де-Уюни в Боливии, где находится крупнейшее в мире подземное месторождение литиевого рассола. Анализ показал, что в природных рассолах уровень pH близок к нейтральному, а в испарительных прудах горнодобывающих операций — высококислый. Компьютерное моделирование выявило, что в обоих случаях основным драйвером pH являются высокие концентрации бора. В природных рассолах присутствуют различные формы бора (борная кислота и бораты), чье соотношение контролирует pH. Испарение в прудах увеличивает концентрацию бора и вызывает распад борной кислоты, что генерирует ионы водорода и снижает pH.

«Через цепь геохимических реакций карбонатная щелочность в рассоле Салар-де-Уюни уменьшается, а бóровая щелочность становится преобладающей», — пояснил ведущий автор Гордон Уильямс. Для подтверждения результатов команда проанализировала данные более чем по 300 пробам литиевых рассолов из салар Чили, Аргентины, Боливии («Литиевый треугольник») и Тибетского плато. Моделирование показало, что бор оказывает наибольшее влияние на щелочность и pH в большинстве этих рассолов.

Это первое исследование, демонстрирующее роль бора в контроле химических изменений при испарении литиевых рассолов. Полученные данные могут помочь в разработке более эффективных технологий добычи лития и безопасного управления сточными водами.