英文原题：Lithium Recovery from Brines: A Comprehensive Review of Advanced Separation Technologies

通讯作者：Hemant Mittal、Syed Nasir Shah，迪拜水电局（DEWA）研发中心

作者：Hemant Mittal, Syed Nasir Shah, Maryam Alsuwaidi, Akram Alfantazi

研究背景：

锂离子电池和电动汽车产业快速发展，使低成本、低能耗且环境友好的锂资源回收成为关键问题。当前全球锂产量中约87%用于电池，据文中引述，盐湖卤水约贡献当前全球60%的锂供应，因此盐湖卤水、地下卤水及海水淡化浓盐水正成为重要资源端。与矿石提锂相比，卤水路线通常具有成本和能耗优势，但真实卤水中常共存Mg²⁺、Na⁺、K⁺和Ca²⁺，尤其Mg²⁺与Li⁺性质相近，高Mg/Li比会显著增加选择性分离难度。传统蒸发—沉淀流程成熟，却存在周期长、淡水与化学品消耗较大、共沉淀和环境负担等问题。因此，如何针对不同卤水组成，在回收率、纯度、能耗、成本和规模化之间取得平衡，是直接提锂技术发展的核心。这也使“高选择性捕获”与“低能耗释放”成为贯穿各类新技术的共同目标。

图1.卤水提锂主要技术路线：吸附、电化学、溶剂萃取、沉淀与膜分离。

[文章亮点]

近日，Hemant Mittal、Syed Nasir Shah等在Precision Chemistry发表综述，系统梳理沉淀、电化学、吸附/离子交换、溶剂萃取、膜分离及混合技术，并以Mg/Li比、Li回收率、选择性、能耗、操作可行性和规模化潜力为主线进行比较。沉淀法操作简单、产业基础成熟，尤其适用于高Li、低Mg的卤水；对于高Mg/Li卤水，则通常需要增加除Mg/Ca、浓缩等预处理步骤。例如，经多步除杂和蒸发浓缩后，可获得纯度为99.55%的Li₂CO₃。综述据此强调，不存在适用于所有卤水的单一最优技术，资源组成与材料、膜、电极及流程之间的匹配才是高效提锂的关键。

图2.电化学插层/脱嵌提锂原理及其相对传统蒸发沉淀的优势。

电化学方法利用LiMn₂O₄、LiFePO₄等选择性电极，在外加电势下实现Li⁺插层与脱嵌，可把“捕获—释放”过程转化为可控的电化学循环，因而具有化学品消耗较低、操作条件温和和离子调控精确等优势。代表性体系在低Li浓度卤水中可将Mg/Li由147.8降至0.37；在较高Li浓度卤水中，Mg/Li则由58.8降至1.7，Li回收率达到83.3%。此外，该体系在100次循环后仍保持良好的循环性能。与此同时，Li⁺在电极内部的扩散、Mg²⁺对电荷转移的干扰，以及Mn溶出、电极衰减和膜稳定性，仍决定着其长期运行与放大能力。

图3.吸附/离子交换直接提锂及Li离子筛选择性捕获机制。

吸附/离子交换尤其适合低Li浓度和高Mg/Li体系，其核心是利用晶格空位或特定配位位点优先识别Li⁺。典型材料包括锰基、钛基Li离子筛和锂铝层状双氢氧化物（LiAl-LDH）。Ti表面掺杂可抑制锰基离子筛的Mn³⁺歧化，Ti表面掺杂的锰氧化物锂离子筛（HMO-Ti-6）的Li吸附容量达到47.71 mg/g，同时Mn损失仅1.65%；尖晶石H₄Ti₅O₁₂离子筛容量为38.46 mg/g，并表现出Li⁺/H⁺可逆交换特征，5次循环后仍保持约96%的容量。该路线的主要瓶颈在于吸附动力学、材料团聚、酸洗再生、长期循环寿命及吸附剂制备成本。

图4. TBP-FeCl₃-P507等溶剂萃取体系的Li提取与反萃机制。

溶剂萃取通过Li⁺在水相与有机相之间的选择性分配实现分离，具有传质快、回收率高、可连续操作和产品纯度高等特点。磷酸三丁酯（TBP）是研究较多的萃取剂之一，FeCl₃可作为协同组分增强Li进入有机相；进一步引入P507可改善萃取—反萃过程，并使Fe³⁺在有机相中循环利用。相关三阶段逆流萃取在真实盐湖卤水中实现了99.8%的Li回收，且可采用水进行反萃。其局限主要来自有机溶剂损失、毒性、乳化、萃取剂再生和废液管理，因此绿色萃取剂、低挥发体系和闭路循环是重要方向。

图5.纳滤、电渗析及先进离子选择膜在Li/Mg分离中的性能调控。

膜法强调连续化、模块化和较低能耗，纳滤与电渗析可通过尺寸筛分、Donnan排斥和选择性离子传输降低Mg/Li比。高盐度会降低有效传质驱动力并加剧膜污染，高Mg/Li比则会降低商用纳滤膜的锂选择性。近年来，共价有机框架COF、固有微孔聚合物PIM和锂铝钛磷酸盐LATP等先进膜材料通过亚纳米孔限域、功能基团和固态Li+通道改善传输选择性；例如LATP膜在2 V下实现215 mmol/(h·m²)的Li⁺通量和33的Li⁺/Mg²⁺选择性。膜技术的下一步重点，是在高通量、高选择性、抗污染和长期化学稳定性之间实现协同，而非单独追求某一性能指标。

图6.溶剂萃取、沉淀、电化学提取和吸附法用于卤水提锂时的主要局限。

单一工艺往往难以同时完成除杂、浓缩和高选择性回收，因此综述将混合流程视为值得重点发展的方向。膜蒸馏—电控离子交换（DCMD-ESIX）体系先通过还原氧化石墨烯-聚偏二氟乙烯（rGO-PVDF）膜浓缩卤水，使Li浓度提高2.4倍，再利用LiAlO₂选择性电极完成捕获和释放，总体Li回收率达到91.8%；多次循环后膜仍保持超过93%的初始水通量。类似的膜—电化学、吸附—电化学和纳滤—沉淀组合，可以将预浓缩、除Mg/Ca与最终Li回收分步优化，但同时也会增加流程控制、设备集成和经济评价的复杂度。

总结/展望：

该综述构建了从传统化学分离到直接提锂与混合流程的技术图谱：沉淀工艺成熟但在高Mg/Li条件下选择性不足；吸附具有较高Li选择性，却受动力学、再生和材料寿命限制；电化学路线化学品消耗较低，但依赖电极和膜的循环稳定性；溶剂萃取需进一步降低溶剂风险；膜法易于连续化和模块化，却仍面临选择性—通量及污染问题。更重要的是，未来评价提锂技术不能只看实验室回收率，还需同步考虑能耗、淡水消耗、废盐/废液处理、成本和生命周期环境影响。研究团队指出，面向具体卤水组成开展材料—流程协同设计，并结合混合分离、过程强化以及机器学习和人工智能驱动的过程优化有望成为推动直接提锂技术连续化和规模化发展的重要方向。

Cite this: Mittal, H.; Shah, S. N.; Alsuwaidi, M.; Alfantazi, A. Lithium Recovery from Brines: A Comprehensive Review of Advanced Separation Technologies. Precision Chemistry 2026. https://doi.org/10.1021/prechem.5c00264