锂被誉为“白色石油”，不仅是推动能源转型的关键金属，而且像“工业味精”一样，可以以极少的添加量显著改善材料的性能。因此，它已成为支持新能源战略和先进制造业发展的基石[1]、[2]、[3]。因此，高效开发锂资源无疑是确保能源转型和实现技术优势的必要途径，其战略价值无可争议[4]、[5]、[6]。目前，锂的年消费量约为30万吨，且需求正在快速增长[7]。锂的商业提取主要依赖于两种方法：一种是从盐湖中的地下卤水中提取，另一种是从含有锂矿物的地表硬岩（如伟晶岩）中提取[8]。从长远来看，传统来源的锂总量将越来越无法满足未来的市场需求[9]、[10]。虽然海水是一个巨大的锂储库，但其锂浓度仅为0.17 mg/L，目前提取方法不经济。因此，探索潜在的锂资源至关重要[11]、[12]、[13]。众所周知，煤矸石中含有多种微量元素，如稀土元素和镓，且浓度通常较高。因此，煤矸石成为锂提取的新途径[14]、[15]。
煤矸石中的锂含量大约在250到1400 µg/g之间，具有显著的提取潜力[16]、[17]。然而，现有文献主要关注从中性或碱性系统中提取锂，关于从煤矸石盐酸浸出液中提取锂的详细报告较少[18]、[19]。在酸性系统中，H+和Li+的离子半径相似，导致提取过程中H+与Li+的竞争，从而降低了Li+的提取效率[20]、[21]。此外，盐酸浸出液中还存在Fe、Al、Ca等多种离子，进一步复杂化了选择性提取[22]。因此，开发从煤矸石盐酸浸出液中高效提取锂的方法至关重要。
常见的锂回收方法，如沉淀和吸附，通常在浸出后作为分离技术使用。这些方法往往需要调整溶液的pH值才能有效分离和回收Li+，这增加了操作复杂性和总体回收成本[23]、[24]。此外，吸附剂在酸性系统中面临结构不稳定和选择性有限的挑战，阻碍了从煤矸石中提取和利用Li+[25]、[26]。因此，迫切需要开发适用于酸性环境的合适锂提取系统和方法，为通过酸浸出从煤矸石中提取锂提供技术支持。溶剂萃取在金属离子提取方面具有许多优势，如操作成本低、选择性高，且能够处理低浓度溶液[18]。文献中已经广泛研究了多种萃取系统。有机磷萃取剂，如二乙基己基磷酸（D2EHPA）和2-乙基己基膦酸单乙基己基酯（PC-88A），通过阳离子交换机制提取锂[27]、[28]。然而，这些系统通常需要皂化或调整pH值至中性或碱性范围，以克服质子的竞争，这在处理高酸性浸出液时会使过程变得复杂。基于冠醚的系统（如12-冠-4及其衍生物）由于Li+离子与醚腔的大小匹配效应，对锂具有出色的选择性[29]、[30]。尽管它们的分离因子很高，但由于试剂成本高和萃取剂损失的问题，其工业应用受到限制。为了提高提取效率，已经开发了结合β-二酮和中性共萃取剂的协同萃取系统[31]、[32]。虽然这些系统表现出显著的协同增效作用，但它们通常只在碱性条件下高效运行，并且容易发生乳化问题。最近，离子液体（IL）系统作为一种环保替代品出现，具有低蒸气压和高可调性[33]、[34]。尽管ILs在高效分离锂方面显示出潜力，但其高粘度和经济可行性仍需解决。与上述需要严格控制pH值的系统不同，本研究中基于TBP/FeCl3的中性提取系统具有独特优势，特别是它可以直接从强酸性溶液中提取锂，而无需预先中和[35]、[36]。然而，关于其在煤矸石盐酸浸出液中的应用报道较少，对该系统中锂提取机制的研究也不够充分和深入。
因此，本研究采用TBP作为萃取剂，解决了从酸性煤矸石系统中选择性提取锂的挑战，并对从煤矸石盐酸浸出液中选择性提取Li+进行了研究。此外，还使用密度泛函理论（DFT）研究了其背后的机制。这项工作为从煤矸石中提取锂提供了新的见解和方法。
