Ученые нашли «внеземную» химию под крупнейшими литиевыми залежами на Земле
Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, выявило нечто неожиданное: химический состав литиевых рассолов — богатых подземных вод, из которых добывают значительную часть мирового лития — резко отличается от привычных соленых вод, таких как океан. В центре этого отличия — бор, который, как выяснилось, доминирует в геохимии таких рассолов и задает их кислотность.
Необычная химия литиевых солончаков
Примерно 40% глобального объема лития добывается не из руды, а из подземных соленых озер — так называемых саларов, расположенных в высокогорных, засушливых регионах Анд и Тибета. Под слоем сверкающей соли здесь скрываются подземные бассейны рассола, насыщенного литием.
«Мы обнаружили, что кислотность рассолов в этих районах почти полностью определяется бором — в отличие от морской воды или других природных солей. Это совершенно иная химическая среда, как будто мы изучаем геохимию другой планеты», — говорит Авнер Венгош, профессор Университета Дьюка и руководитель исследования.
Обычно кислотно-щелочной баланс природных вод регулируется с участием карбонатов, но в этом случае привычная модель не работает. Ученые исследовали Салар-де-Уюни в Боливии — крупнейшее в мире литиевое месторождение — и обнаружили, что его рассолы ведут себя совершенно иначе.
От нейтральности к кислоте — как испарение меняет состав
Команда анализировала как природные рассолы под солончаком, так и те, что уже прошли стадию испарения в промышленных прудах. В естественном состоянии pH рассолов оставался близким к нейтральному, однако после испарения становился резко кислым.
Виной тому — бор. В естественной среде он представлен в виде борной кислоты и боратов. Когда вода испаряется, концентрация бора возрастает, борная кислота распадается и высвобождает ионы водорода, понижая pH.
«В результате цепочки геохимических реакций карбонатная щелочность в рассоле из солончака Уюни снижается, в то время как борная щелочность становится преобладающей», — объясняет Гордон Уильямс, аспирант лаборатории Венгоша.
«Объединение химического анализа с геохимическим моделированием помогло нам количественно оценить различные молекулярные структуры бора, которые способствуют щелочности в этих литиевых рассолах», — добавляет Пас Натив, научный сотрудник и соавтор статьи.
Последствия для глобальной литиевой отрасли
Чтобы подтвердить универсальность своих выводов, исследователи сравнили более 300 образцов литиевых рассолов из солончаков Чили, Аргентины, Боливии и Тибета. Во всех случаях бор вновь оказывался ключевым фактором, определяющим кислотно-щелочной баланс.
«В дополнение к полученным нами новым данным мы составили геохимическую базу данных литиевых рассолов со всего мира и неизменно обнаруживали, что бор часто является преобладающим компонентом щелочности рассола и контролирует его pH, что подтверждают результаты, полученные на солончаке Уюни в Боливии», — подчеркивает Уильямс.
По словам авторов, эта работа впервые столь подробно демонстрирует, как именно бор влияет на химию литиевых рассолов. Это знание может лечь в основу новых методов более эффективной и экологически безопасной добычи лития, особенно с учетом роста спроса на него из-за развития электротранспорта и хранения энергии.
