Selon une étude publiée le 23 mai Avancées scientifiques. Le résultat a des implications pour les technologies d'extraction de lithium et l'évaluation et la gestion des eaux usées.
Le lithium est un minéral critique dans le secteur des énergies renouvelables. Environ 40% de la production mondiale de lithium provient de grandes casseroles de sel, appelées salaires, dans les Andes centrales en Amérique du Sud et dans le plateau tibétain en Asie. Dans ces régions arides à haute altitude, le lithium existe sous les dépôts de sel de surface, dissous dans une eau extrêmement saline appelée saumure.
« Nous avons découvert que le pH des saumures de ces régions est presque entièrement conduit par le bore, contrairement à l'eau de mer et à d'autres eaux salines communes. Il s'agit d'un paysage géochimique totalement différent, comme l'étude d'une planète extraterrestre », a déclaré Avner Vengosh, professeur distingué de qualité environnementale et présidente de la Division de la recherche de la terre et du climat à la recherche de la terre et du climat de la recherche de la terre et du climat.
Le pH d'une solution est une mesure de son acide ou de son alcalin. Dans la plupart des eaux naturelles, les réactions chimiques impliquant une molécule appelée carbonate régissent principalement la capacité d'une solution à contrôler les changements de pH – une mesure connue sous le nom d'alcalinité. Mais l'équipe Duke a découvert un scénario radicalement différent au Salar de Uyuni, un moule de sel géant situé sur un plateau bolivien, où le plus grand gisement de saumure de lithium connu du monde existe sous terre.
Les chercheurs ont analysé le pH et la chimie des saumures et des sels associés à une opération d'extraction pilote au Salar de Uyuni. Le lithium minière des casseroles de sel implique traditionnellement le pompage de la saumure naturelle du métro dans une série d'étangs peu profonds et hors sol. Le liquide s'évapore des étangs successifs, laissant derrière lui une saumure de plus en plus concentrée contenant du lithium et du bore, ainsi que des sels indésirables. Le lithium est finalement extrait dans une installation de traitement.
L'équipe a constaté que les niveaux de pH dans des échantillons de saumure naturelle du salaire planaient autour du neutre. En revanche, les échantillons de saumure des étangs d'évaporation étaient très acides. La modélisation informatique a montré que des concentrations élevées de bore étaient les principaux moteurs du pH dans les deux cas.
Plus précisément, les saumures naturelles contiennent des niveaux élevés de bore sous différentes formes – y compris l'acide borique molécule et les composés appelés borates – dont la distribution relative contrôle le pH. L'évaporation dans les étangs augmente la concentration globale de bore et déclenche la dégradation de l'acide borique, générant des ions hydrogène qui réduisent le pH.
« Grâce à une chaîne de réactions géochimiques, l'alcalinité carbonate est diminuée dans la saumure de la Salar de Uyuni, tandis que l'alcalinité du bore devient prédominant », a déclaré l'auteur principal Gordon Williams, un doctorat. Étudiant au Vengosh Lab.
« L'intégration de l'analyse chimique avec la modélisation géochimique nous a aidés à quantifier les différentes structures moléculaires du bore qui contribuent à l'alcalinité dans ces saumures de lithium », a ajouté Paz Nativ, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Vengosh.
Pour corroborer leurs résultats, l'équipe a recueilli des données sur plus de 300 analyses de saumure riche en lithium à partir de diverses casseroles de sel, y compris au Chili, en Argentine et en Bolivie – connues collectivement sous le nom de triangle de lithium – et le plateau tibétain. La modélisation a montré que le bore exerçait le plus d'influence sur l'alcalinité, et donc le pH, dans la plupart de ces saumures également.
« En plus des nouvelles données que nous avons générées, nous avons compilé une base de données géochimique de saumures de lithium du monde entier et avons constamment constaté que le bore est souvent le composant prédominant de l'alcalinité de la saumure et contrôle le pH de la saumure, renforçant les résultats du salar de Uyuni en Bolivia », a expliqué Williams.
La recherche est la première à démontrer le rôle du bore dans le contrôle des changements chimiques qui se produisent lors de l'évaporation de la saumure au lithium dans les casseroles de sel, selon les chercheurs. Les résultats pourraient éclairer les futures technologies d'extraction de lithium alors que les opérateurs explorent des moyens d'extraire plus efficacement le lithium et de gérer en toute sécurité les eaux usées, ont-ils ajouté.
