Литий — ключевой элемент в переходе на возобновляемые источники энергии. Сегодня около 40% мирового объема этого металла получают не из руды, а из природных рассолов — гиперсоленых водных растворов в соляных озерах Латинской Америки и Тибета.
Эти рассолы накапливаются в замкнутых впадинах, где вода испаряется, оставляя литий и другие элементы. Однако литий редко встречается в одиночестве — его почти всегда сопровождает бор. Как показало новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, именно бор оказывает ключевое влияние на кислотно-щелочной баланс этих растворов.
На начальной стадии pH таких вод близок к нейтральному, но по мере испарения может снижаться вплоть до 2,5. Этот сдвиг имеет критическое значение, поскольку кислотность влияет на эффективность извлечения лития, особенно при использовании передовых технологий прямой экстракции. Анализ крупнейшего в мире литиевого месторождения, Салар-де-Уюни в Боливии, показал, что именно поведение бора в процессе испарения определяет уровень pH гиперсоленых рассолов.
В природных условиях бор преимущественно присутствует в виде борной кислоты, которая в обычной воде лишь незначительно влияет на щелочность. Однако при высокой концентрации (до 600 ммоль/кг) и в условиях испарения ее диссоциация усиливается, и в растворе появляются борат-анионы. Это смещение равновесия сопровождается высвобождением ионов водорода, что приводит к снижению pH. В некоторых случаях на бор может приходиться до 98% всей буферной емкости раствора, особенно в системах, где практически отсутствует карбонатная щелочность.
Таким образом, относительное соотношение борной кислоты и ее ионизированных форм напрямую влияет на кислотность рассола. Испарение в промышленных прудах увеличивает общую концентрацию бора и способствует усилению его кислотных свойств, что критично для понимания динамики pH в процессе добычи.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученые собрали данные по более чем 300 образцам литиевых рассолов из солончаков Чили, Аргентины, Боливии (так называемый Литиевый треугольник) и Тибетского нагорья. Геохимическое моделирование показало, что бор оказывал наибольшее влияние на щелочность и, как следствие, на pH в большинстве исследованных систем.
По словам геохимиков, это первое крупное исследование, демонстрирующее роль бора в изменении химического состава литиевых рассолов в процессе испарения. Полученные данные могут стать основой для разработки более эффективных методов извлечения лития, а также для оценки экологических рисков, связанных с управлением отработанными рассолами.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что новый материал из лития, сурьмы и скандия установил мировой рекорд по ионной проводимости.