В солончаках пустыни Атакама радиусы ионов магния и лития почти одинаковы, а их химическое поведение в водных растворах крайне схоже. Этот «эффект двойников» делает экономически невыгодной добычу лития из более чем половины мировых солончаков. Университет Атакамы совместно с Университетом Антофагасты и Чилийским университетом создают «химическое сито» для решения этой вековой проблемы с помощью ионных жидкостей и материалов на основе металлоорганических каркасов (MOF).

Высокое соотношение Mg/Li: «Проблема мирового уровня» в добыче лития

Основные мировые запасы лития находятся в рассолах солончаков, однако не все они подходят для традиционного процесса выпаривания и осаждения. Когда соотношение концентраций ионов магния и лития (Mg/Li) в рассоле превышает определенный порог, ионы магния конкурируют с ионами лития за места осаждения, что приводит к резкому снижению извлечения лития и росту производственных затрат.

Доктор Джонатан Кастильо, ученый с кафедры металлургии Университета Атакамы, отмечает, что в рассолах многих солончаков концентрации мешающих ионов, таких как магний и кальций, чрезвычайно высоки, что делает эти рассолы крайне сложными как с химической, так и с инженерной точки зрения, и в настоящее время их экономически выгодная добыча невозможна.

Это технологическое ограничение означает, что значительная часть мировых ресурсов лития в солончаках «заперта» под землей и не может поступить в цепочку поставок. В связи с взрывным ростом спроса на литий для электромобилей и рынков накопления энергии, разработка эффективных технологий извлечения лития из рассолов с высоким соотношением Mg/Li стала одним из наиболее актуальных направлений для мировой горнодобывающей отрасли.

Система «химического просеивания» на основе ионных жидкостей и MOF

20 апреля 2026 года Университет Атакамы официально объявил о трехлетнем совместном исследовательском проекте Anillo. Проект, возглавляемый Университетом Атакамы при участии Университета Антофагасты и Чилийского университета, нацелен на разработку передовой системы извлечения лития из рассолов солончаков на основе ионных жидкостей и материалов MOF в течение трех лет.

Ионные жидкости — «молекулярные клешни», созданные для ионов лития

Ионные жидкости — это класс жидких солей, полностью состоящих из ионов, которые находятся в жидком состоянии при комнатной температуре, обладают чрезвычайно низким давлением пара, отличной термической стабильностью и высокой структурной настраиваемостью. Используя структурную регулируемость ионных жидкостей, исследовательская группа создала на молекулярном уровне молекулы экстрагентов с высоким сродством к ионам лития.

Основная химическая логика этой технологии заключается в том, что катионы или анионы ионных жидкостей могут быть спроектированы как «молекулярные клешни» с определенными координирующими группами, которые преимущественно «захватывают» ионы лития в сложной ионной среде, одновременно отталкивая мешающие ионы, такие как магний и кальций. Экспериментальные данные показывают, что некоторые высокоэффективные системы экстракции на основе ионных жидкостей уже достигли коэффициента разделения лития и магния более 4600, предлагая молекулярное решение для извлечения лития из рассолов с высоким содержанием магния.

Материалы MOF — «ионные каналы» нанометрового масштаба

Металлоорганические каркасы (MOF) — это пористые кристаллические материалы, образованные самосборкой ионов/кластеров металлов с органическими лигандами. Они обладают чрезвычайно высокой удельной площадью поверхности и точно регулируемой структурой пор. Исследовательская группа функционализировала ионные жидкости в материалах MOF, создав композитные функциональные материалы ионная жидкость@MOF.

Трехмерная система пор MOF и химическая селективность ионных жидкостей обеспечивают синергетический эффект: пористая структура MOF обеспечивает каналы для высокопроизводительного транспорта ионов, а встроенные ионные жидкости придают внутренним стенкам каналов химическую селективность к ионам лития. Этот двойной механизм «физического просеивания + химического распознавания» позволяет ионам лития эффективно проходить, в то время как мешающие ионы, такие как магний и кальций, эффективно блокируются.

От медной руды к литиевой руде — междисциплинарный перенос технологий и сотрудничество трех университетов

Доктор Кастильо сообщил, что это исследование не начиналось с нуля. Ранее группа долгое время занималась исследованиями технологии экстракции растворителем для медных руд, накопив значительный опыт в области разделения металлов. Перенос знаний и технологий из области экстракции медных руд в область литиевых руд является ключевой отправной точкой данной технологической инновации.

В ходе реализации проекта три ведущих чилийских университета разделили обязанности, сформировав полную исследовательскую цепочку:

Университет Атакамы: отвечает за молекулярный дизайн, синтез и скрининг экстрагентов на основе ионных жидкостей; уже разработана серия высокоэффективных растворителей на основе ионных жидкостей

Университет Антофагасты: отвечает за инженерное проектирование технологических циклов, преобразуя экстрагенты лабораторного уровня в схемы процессов, пригодные для промышленного масштабирования

Чилийский университет: отвечает за инженерную верификацию параметров, создавая надежную техническую базу для перехода технологии из лаборатории к промышленному применению

Технологическая суть: Парадигмальный переход от «выпаривания и концентрирования» к «химическому захвату»

Традиционное извлечение лития из солончаков основано на естественном выпаривании и концентрировании в течение 12–24 месяцев с последующим осаждением лития. Этот процесс ограничен составом рассола, климатическими условиями и земельными ресурсами и практически неэффективен для рассолов с высоким соотношением Mg/Li.

Композитная технология ионная жидкость-MOF представляет собой совершенно другой технологический путь: от «пассивного выпаривания» к «активному захвату». Молекулы экстрагента активно распознают и захватывают ионы лития на молекулярном уровне, независимо от начальной концентрации рассола и условий окружающей среды. В случае успешной промышленной трансформации эта технология позволит перевести большое количество ресурсов лития, которые в настоящее время классифицируются как «трудноизвлекаемые», в категорию извлекаемых.

Оживление «спящих» мировых ресурсов лития

1. «Ключ-отмычка» для солончаков с высоким соотношением Mg/Li

Многие солончаки в мире считаются «маргинальными ресурсами» из-за слишком высокого соотношения магния и лития. Если технология селективной экстракции на основе ионных жидкостей и MOF достигнет ожидаемой эффективности разделения, эти солончаки будут переведены из «геологических запасов» в «экономически извлекаемые запасы», что имеет стратегическое значение для диверсификации глобальной цепочки поставок лития.

2. «Зеленая трансформация» добычи лития

По сравнению с традиционными процессами выпаривания и осаждения, технология экстракции растворителем имеет значительно более низкое потребление энергии и воды. Доктор Кастильо подчеркивает, что технология направлена не только на извлечение лития, но и на комплексное извлечение множества элементов из рассолов. В будущем чилийские солончаки могут превратиться из «месторождений одного лития» в «комплексные базы для совместной разработки лития, калия, бора и магния».

3. Трехлетняя дорожная карта: от лаборатории к пилотным испытаниям

Согласно плану проекта, технологический маршрут на ближайшие три года включает:

Первый год: завершение скрининга экстрагентов на основе ионных жидкостей и оптимизация композитных материалов MOF

Второй год: завершение проектирования технологического цикла и проведение непрерывной проверки работы на лабораторном масштабе в Университете Антофагасты

Третий год: завершение проверки инженерных параметров в Чилийском университете, закладка основы для промышленных пилотных испытаний

«Вторая революция» в чилийских литиевых технологиях

Чили обладает крупнейшими в мире извлекаемыми запасами лития, но долгое время полагалось на единственный ресурс — солончак Атакама, а также на относительно традиционные технологии добычи. Эта технология извлечения лития с помощью ионных жидкостей и MOF, совместно разрабатываемая тремя ведущими чилийскими университетами, может стать второй технологической революцией для чилийской литиевой промышленности после «метода выпаривания».

Для мировой горнодобывающей отрасли значение этой технологии выходит далеко за рамки нового экстрагента — она подтверждает полный технологический путь от «молекулярного дизайна» до «инженерного масштабирования». Когда молекулы ионных жидкостей можно точно спроектировать, как «кубики LEGO», а поры MOF можно точно регулировать, как «сито», извлечение лития переходит из эпохи «оптимизации процессов» в эпоху «дизайна материалов».