橄榄石是一种相当不起眼的岩石。它颜色从橄榄棕色到黄绿色不等，坚硬而易碎，被认为是地球上地幔中最丰富的矿物。从化学角度来看，橄榄石是镁铁硅酸盐，但也含有其他元素。从经济角度来看，它几乎毫无价值。其有限的工业用途包括宝石、金属加工、陶瓷，偶尔也用作道路建设的砾石。在一些矿区，橄榄石被当作废料，堆积在地表。
作为电池材料来源，它当然不是一个显而易见的选择。
但一群新西兰工程师却恰恰持这种观点。总部位于基督城的Aspiring Materials公司开发了一种专利化学工艺，可以从橄榄石中提取多种宝贵矿物，且不留下任何有害废物。或许，能源行业最感兴趣的是其最稀有的产品——难以获取的镍锰钴氢氧化物，而这种材料在锂离子电池生产中的需求日益增长。
可持续矿物提取工艺
Aspiring 的试验工厂于二月投入运营，位于该市东部一处不知名的工业区。主厂房的一角摆放着一个巨大的不锈钢罐，它与一系列呈阶梯状排列的小罐相连。“除了电解系统外，硬件配置更接近乳制品厂的典型配置，”Aspiring 首席商务官Colum Rice说道。“整个流程简洁，但并不复杂。我们的原料是岩石、水和可再生能源，我们的产品不会产生二氧化碳排放。”
这种岩石是橄榄石“粉”，一种细小的灰绿色粉末，是耐火砂生产过程中产生的副产品。它通过螺旋输送机输送到最大的容器中，在那里与硫酸混合。Aspiring 首席化学工程师 Megan Danczyk 表示，这一酸浸步骤“将其转化为一种元素汤”。之后，它进入反应链容器，通过添加苛性钠并精心控制粒度和温度，可以分别提取三种产品。
Aspiring Materials 首席化学工程师 Megan Danczyk 手捧一勺氢氧化镁。Aspiring Minerals
该工艺生产的约50%是二氧化硅，可以部分替代波特兰水泥——世界上最常见的水泥品种。约40%是镁产品，适用于碳封存、废水处理和合金制造等。 最后10%是混合金属产品——铁与少量镍锰钴氢氧化物结合。电池行业称之为NMC（镍锰钴），它是高功率应用的首选材料。
丹奇克解释说，提取过程结束后，只剩下盐水。“盐水会被送入电解槽，回收并再生用于消化的酸和用于分离产品的碱。这是一个闭环。我们利用的是整块岩石，并在低温常压下进行处理。”
目前，Aspiring 公司连续进行每项分离，或者用 Rice 的话来说，“二氧化硅、重新加载、NMC、重新加载、镁”。计划是并行添加两个反应链，以便该过程可以连续运行，将运行时间从三天缩短到一天。
电池制造中的NMC材料
NMC材料已广泛应用于电池制造；通常用于高能量密度锂离子电池的阴极，或用于需要频繁循环的电气系统，例如电动工具、 大型储能系统和电动汽车。“我们目前能够生产的产品符合目前电池领域使用的规格，”Danczyk说道。
目前，大多数工业相关的 NMC 材料都是通过混合其三种主要成分的盐制成的，由于它们在现代世界中的重要性日益增加，每一种成分都定期出现在关键矿物清单上。关键矿物的挑战在于获取它们。地球上大部分的镍都产自印度尼西亚并在那里提炼。南非拥有世界上最大的锰储量，但几乎全部出口到中国进行加工。对于钴，最大的生产国是刚果民主共和国，但同样，它是在中国提炼的。人们对这些地区的供应垄断、地缘政治不稳定、侵犯人权和环境破坏的担忧已得到广泛记录。
虽然NMC氢氧化物仅占Aspiring产量的最小部分（约1%），但它仍可能对未来电池材料的供应链造成影响。正如英国政府专家委员会成员、负责制定英国2023年关键矿产战略的吉姆·戈丁（Jim Goddin）所解释的那样，确保这些材料供应的方法正在发生变化。
各经济体正在研究如何巩固供应，并实现供应链多元化，包括与可能提供更高稳定性的小型生产商合作。第三个分支是循环经济，即确保现有材料能够更长时间地使用或回收再利用。
Aspiring 并非唯一一家希望从已开采材料中获取更多价值的公司。加拿大公司Atlas Materials目前正在商业化类似的闭环工艺，生产类似的产品，但起点不同——该公司专注于蛇纹石而非橄榄石。
“我的理解是，在这两种原材料中，橄榄石实际上更难酸浸，”魁北克市拉瓦尔大学助理教授王飞说道。“这意味着它需要更高的能量输入，并且会更快地消耗酸。” 王飞的研究也专注于关键金属的湿法冶金提取，但他并未参与Atlas或Aspiring公司的工作。“毫无疑问，Aspiring的技术很有意思，代表着技术进步的进步，但我对它的经济效益有些担忧，”他补充道。
对戈丁来说，讨论应该更加广泛。“从欧洲的角度来看，生产方式正在朝着更清洁、更可持续的方向转变。人们越来越注重提供进口和消费材料对环境影响的数据。即使Aspiring的材料最终价格更高，他们或许也能凭借这些优势参与竞争。他们从生产的每一个部件中榨取价值，并且几乎不产生任何浪费。这对于向这些市场出口产品来说，可能是一个优势。”
原文： https://spectrum.ieee.org/nmc-battery-aspiring-materials