锂金属及其化合物广泛应用于玻璃陶瓷、医药、化工和冶金等领域^[1]。特别是近年来新能源产业的的飞速发展，导致锂的需求量激增^[2]。我国锂资源储量丰富，同时也是锂资源消费大国，但是国内锂相关产品产量远远不能满足需求，高度依赖进口^[3]。锂市场供给的短缺，促进高效低成本的提锂工艺成为了近年的研究热点，激发了全球提锂技术的研发热潮。锂元素主要富含于含锂矿物和盐湖卤水资源中，超过60%的锂资源存在于盐湖卤水中^[4]。基于上述原因，近年盐湖卤水提锂研究发展迅速，迎来发展上升期。目前，盐湖卤水提锂方法主要有盐田滩晒-沉淀法、电渗析法、溶剂萃取法、吸附法、膜分离法及类锂电池体系的电化学法等^[5-6]。通过对这些方法和研究机构进行系统分析，理清技术发展的脉络，对盐湖提锂产业和技术发展方向具有指导意义。

1 数据来源及研究方法 1.1 数据来源

在本次研究中，为了确保软件运行的稳定性和数据分析的准确性，所分析的文献均检索自“Web of Science(WOS)核心合集”。本次研究检索主题词有“salt lake”、“saline lake”、“salty lake”、“brine”、“Li”、“lithium”，文献类型为“Article or review”，时间跨度为1999—2020年，检索共获得文献945篇。

1.2 研究方法

Citespace软件是由陈超美教授基于java语言和引文分析理论而开发的一款信息可视化软件。Citespace能够将大量文献数据通过一种多元、分时和动态的引文分析可视化语言，转变成特征明显的知识图谱，使用者可以清晰的看到某领域的发展历程和趋势^[7]。本论文基于WOS检索所得数据，使用Citespace进行作者、机构和国家的合作网络分析、关键词共现、聚类分析及文献的共被引分析等，完成了对于盐湖卤水提锂领域的研究概况、热点和发展趋势的分析。

2 研究状况分析

通过对WOS检索的数据分别进行发文量分析、被引文献分析和合作网络分析，掌握盐湖卤水提锂领域的年发文量、期刊发文量和文献引用状况，并全面了解作者、机构以及国家的合作网络情况，从而能够得到该领域的基础研究情况。

2.1 发文量及合作网络分析

通过对发文量进行分析，可以整体了解该领域的发展状况、主要研究领域、活跃研究人员和机构等信息。合作网络分析则可了解该领域的研究人员和机构的合作情况。

2.1.1 年发文量分析

图 1是盐湖卤水提锂领域的年发文量图。依据年发文量，将盐湖卤水提锂领域的发展分成3个阶段，分别为1999—2010年、2011—2016年和2017—2020年。

第1阶段1999—2010年，这个阶段每年的发文量较少。图 2a)是对这一阶段的关键词聚类分析，无论是关键词还是聚类标签，与提锂工艺相关的都非常稀少，即使是盐湖相关的文献，主要也是对某盐湖的资源进行探查和介绍。主要因为在此阶段内锂资源需求量虽在增加，但并未达到供不应求的程度，矿石提锂依旧强势，因此盐湖提锂领域热度并不高，没有太多文献发表。只有诸如溶剂萃取和离子吸附等很早便用于从卤水或海水中分离锂的工艺得到了研究^[8-9]，比如Zhang等率先对锰基和钛基离子筛的锂选择吸附性能进行了系统研究^[10]。

第2阶段为2011—2016年，这个阶段的发文量相对第1阶段有明显的爬升。从这个阶段开始，国内的盐湖提锂研究开始大幅进步，发文量远超国外。从图 2b)可以看到相比于第1阶段，第2阶段无论是聚类标签还是关键词信息，都出现了较多盐湖提锂工艺相关词汇。比如聚类标签中的“tributyl phosphate”和“H₂TiO₃-lithium adsorbent”等，关键词中的“recovery”、“extraction”、“adsorption”和“solvent extraction”等。这主要是因为经过多年的技术累积和资源探查，发现盐湖锂资源储量丰富，且新型的盐湖提锂工艺效益高、绿色环保，再加上锂电池需求量激增，促进锂资源缺口增大等因素都推动着盐湖提锂技术的迅速发展，新型盐湖提锂方法成为研究热点。盐湖提锂领域的研究重点从资源探查等基础研究转移到了提锂工艺等前沿研究。在这一阶段中，无论是应用很早的溶剂萃取法和离子交换法，还是近年的膜分离法和电化学吸附法，都得到了系统性地研究，并取得了许多突破性进展。

在离子交换吸附法中，锰基和钛基离子筛被重点研究^[11-12]。溶剂萃取法主要还是基于TBP进行新萃取体系的开发^[13]，此外绿色无腐蚀的离子液体萃取体系也有所发展^[14]。电化学吸附法则探究了三元体系、λ-MnO₂体系和LiFePO₄体系^[15]。膜分离法则以纳滤、反渗透和电渗析为主^[16]。第2阶段各种新型提锂工艺结构的建立为下一阶段提锂技术井喷式发展奠定了坚实的技术基础。

第3阶段2017—2020年是发文量急速增长的阶段，4年的发文量就已经大于之前所有时间发文量的总和。这主要得益于新能源汽车和各种智能设备对锂电池需求量的快速增加。据统计，2020全年中国锂离子电池产量188.5亿只，累积增长14.4%^[17]。锂电池需求量年年递增，锂资源消耗量增加，促进提锂工业快速发展。

图 2c)是第3阶段的关键词共现和聚类图谱，可以看到高频次的关键词大都是提锂工艺相关的词汇，聚类所得标签也都是提锂相关标签，这也与目前提锂工艺高速发展的状况相符。这一阶段中，盐湖提锂领域百花齐放，膜分离法、溶剂萃取法、离子交换吸附法和电化学吸附法齐头并进，有条不紊的进行现有体系的完善、新体系的开发和工业化的推进等工作。

2.1.2 作者和机构发文量及合作网络分析

通过作者和机构发文量分析，能了解该领域里比较权威和活跃的机构及作者，再对其进行合作网络分析，可以了解该领域的跨机构合作情况。表 1和表 2分别列出了发文量前十的作者和机构。图 3则为作者和机构的合作网络图谱。

综合表 1和表 2可以看到前10位高发文作者所属机构均是高发文机构，可见盐湖提锂领域的研究人员相对集中。国外的低镁锂比盐湖采用盐田沉积法即可顺利处理，因此国外机构对盐湖提锂的研究并未达成规模，而国内盐湖锂资源储量巨大，且多为高镁锂比盐湖，这促进国内的盐湖提锂新工艺研究发展迅速。本论文主要详细介绍国内作者和机构的研究情况。

表 1中的高发文作者里，结合作者合作网络来看，Jianguo Yu和Shuying Sun同属于East China Univ Sci & Technol(华东理工大学)的资源环境与工程学院，将其列为同一组作者，在盐湖卤水提锂方面，主攻膜分离法和离子交换吸附法等^{[10, 18]}。Tianlong Deng、Yafei Guo和Xiaoping Yu 3人则共任于Tianjin Univ Sci & Technola(天津科技大学)化工与材料学院，列为同组，盐湖提锂方法中重点研究萃取相关技术^[19]。Lijuan Li、Dong Shi和Lianmin Ji则均属于Chinese Acad Sci(中国科学院)的青海盐湖研究所，同样对使用萃取法进行卤水资源分离锂研究较多^[20]。而Zhongwei Zhao(赵中伟)和Lihua He(何利华)则同属于Cent S Univ(中南大学)的冶金与环境学院，主要研究方向是电化学脱嵌法提锂。

从图 3a)可以看出，在盐湖提锂领域，作者之间的合作虽有稳定优秀的组合，但还是局限于所属机构之中，如果这些优秀的研究人员有机会跨机构进行合作，对盐湖提锂的进步会有相当大的推动作用。

结合前文对发展阶段的划分，中南大学在第2和第3阶段发文量均仅次于中科院，而在机构总发文量中也位列第2，紧随其后的是华东科技大学和天津科技大学等国内高校。中科院在该领域的发文量遥遥领先，主要归功于下属青海盐湖研究所自1965年建立以来，在盐湖领域的探索，为我国盐湖领域的研究积累了基础成果，后来的研究人员也是在此基础上进行创新和发散，逐渐丰富盐湖卤水资源利用体系。

图 3b)是机构的合作网络图谱，可看到国内几大机构间都有一定的合作关系。其中，中国科学院处于绝对中心位置，与国内各大高校都有一定程度上的合作。此外，中南大学作为国内冶金领域实力屈指可数的高校，在合作网络中位置也是仅次于中国科学院。但是根据数据，图谱中有474个节点，却只有554条连线，可见该领域机构之间的合作相对来说并不频繁，仍然需要进一步深化合作关系。

2.2 引文分析

在论文撰写过程中，研究者引用其他文献，代表研究者对该文献的工作表示赞同，同时也是科学知识的一个传递过程。随着研究的推进、引用与被引用的交叉，自然形成了引文网络。通过对引文网络的分析，不仅可以追本溯源，也可以跟踪最新发展，有助于进一步了解该领域的研究进展和发展状况。

通过对文献被引频次的分析，可得到领域中的高被引文献。高被引文献一般为该领域的研究提供了基础理论或者完成了重大技术突破。表 3列出了被引频次前10的文献。从表 3中可以看到引用次数前10的文章的大都为综述性文章，这10篇文献主要涉及主题有：锂的来源、提取和应用。这些主题也是盐湖卤水提锂研究中的基础内容，因此拥有较高的被引频次。

共被引是指2篇文献同时被第3篇文献引用，那么这2篇文献就形成了共被引关系。成共被引关系的文献，在内容上有一定相似性，因此进行文献共被引聚类分析可以挖掘相似文献的共同主题，从而得到领域的研究热点。

图 4为文献共被引网络和聚类图谱，其中聚类标签共有14个，对有价标签进行2次分类，得到2大主要类别：盐湖资源和提锂技术。锂资源的2大来源是矿石和卤水，因此提锂工艺的发展也有2条线，即矿石提锂工艺和卤水提锂工艺。矿石提锂的方法主要有4种：硫酸法、石灰烧结法、硫酸盐烧结法和氯化焙烧法^[21]。虽然传统矿石提锂技术经过一百多年的发展，工艺已经较为成熟，但受限于矿石品位、储量、高能耗和高成本等原因，已经不是目前的研究重点^[22]。

相比之下，从盐湖等卤水资源中分离提锂，工艺相对简单、成本低、环境友好，市场竞争力较强。因此，提锂领域对盐湖的关注度更高。虽然矿石提锂产量未来几年仍会保持一定水平，但是若高镁锂比卤水等低品位卤水提锂能成功实现产业化，盐湖卤水提锂产量必将大幅增长，对未来锂市场的扩大和锂资源的保障都是积极信号。

盐湖资源应用聚类标签：lithium ion、brine resource、magnesium ion、lithium availability和arsenic behaviour。盐湖包括氯化物型、硫酸盐型和碳酸盐型等种类。这些盐湖资源丰富、富含稀有元素，钾、锂、硼、镁、钠、铷和铯等元素的储量巨大^[23]。我国盐湖锂资源的查明储量就占总锂资源储量80%以上^[24]。钾在各盐湖资源中的发展利用最为成熟。钾的主要用途是作为钾肥用于农业，而中国人口世界之最，对粮食需求高，钾的需求也年年攀升。同时钾盐生产过程中产生巨量的富镁老卤并未得到充分利用便被排放，造成资源浪费和环境污染，因此对这一部分镁资源的利用迫在眉睫^[25]。

前景广阔的锂是近几年盐湖资源中的焦点，国外的低镁锂比盐湖开发顺利、价格低廉，全球锂市场供不应求、发展极快，这些都促进着国内高镁锂比盐湖提锂研究的发展。此外，盐湖中的硼、溴、碘、铷和铯等稀散元素也有相当大的利用价值。盐湖是资源储量极其丰富的宝藏，尤其是对于盐湖丰富的中国来说，促进盐湖资源综合利用，将有效缓解国内部分资源受制于人的状况。

提锂工艺聚类标签：electrochemical lithium recovery、H₂TiO₃-lithium adsorbent、tributyl phosphate、solvent extraction和aqueous media。聚类得到的标签均包含于目前主流的4大提锂新工艺中，即离子交换吸附法、膜分离法、溶剂萃取法和电化学法^[26]。另外，用于盐湖提锂历史最长的盐田富集法，是目前产量最大的盐湖提锂工艺，技术成熟、成本较低。但盐田富集法受天气影响大、周期长、对卤水品位要求高，无法有效处理高镁锂比的卤水^[27]。

因此，寻找更低成本、更具经济效益和更环保的新工艺成为研究热潮。比如tributyl phosphate是盐湖提锂工艺中代表性的萃取剂，常与P507、FeCl₃等组成协同萃取体系^[28]。传统的有机萃取体系对设备腐蚀性较大，而离子液体做为新型绿色萃取剂可有效克服这一缺点，但使用离子液体萃取时，一般也会采用TBP做为共萃取剂提高提锂效率^[29]。因此，TBP做为聚类标签代表了溶剂萃取法的相关研究。

H₂TiO₃-lithium adsorbent则是常用的离子筛之一(钛基离子筛)，另一常用的锂离子筛是锰氧化物型。虽然锰基离子筛理论锂容量和锂选择性较好，但其在水溶液中的溶解，成为限制其发展的重要因素。钛基离子筛则避免了这个问题，它水溶液污染较小，而且尖晶石型钛氧化物的理论锂容量甚至高于尖晶石型锰氧化物，这些优势都使钛基离子筛得到了很好的发展^[30]，因此相关研究也越来越多。

Electrochemical lithium recovery，即电化学提锂也是极具发展潜力的新工艺之一。一般的电化学提锂体系采用LiMn₂O₄、LiFePO₄和NCM三元材料等物质作为工作电极承担脱嵌锂的任务，而对电极则采用Ag或Pt^[31]。在这类体系中，对电极的主要作用是平衡电荷并抑制析氯反应和析氢反应，对脱嵌锂的过程并无实质性贡献。基于这一问题，赵中伟等研发了新型电化学脱嵌法提锂体系，即富锂态吸附材料(阳极)│支持电解质│阴离子膜│卤水│欠锂态吸附材料(阴极)^[32]。这一体系可在1次充电过程中同时完成锂离子的插入和脱嵌，还可根据实际情况采用不同的吸附材料，如LiFePO₄/FePO₄和LiMn₂O₄/λ-MnO₂等^[33]。电化学提锂方法工艺相对简单且绿色无污染，处理过的卤水仍可返回盐田，因此具有良好的发展前景。

2.3 关键词分析

相比于引文分析，关键词分析可以更直观的得到该领域的研究热点。本论文对关键词的分析包括词频分析、共现分析和突现分析3个部分。共现是将关键词的强度和互相关联信息以可视化图谱的方式呈现出来，再进行分析。在共现分析过程中加以聚类分析，将相似的关键词分入1个类别，能够更加直观得到研究热点。突现是将某个关键词在某个时间段里大量出现的信息可视化，从而可以得到不同课题的重点研究时段，把握发展趋势。

表 4列出了盐湖提锂领域相关文献中出现频率前十的关键词。事实上，排名前3位的关键词分别是Brine(334，1999)、lithium(224，2003)和extraction(213，2007)。但鉴于这3个关键词和我们所讨论的话题高度相关，频率自然很高，因此为了分析考虑，没有将其列入表中，但在分析时依然会考虑到这3个词的相关信息。

结合表 4的信息和我们之前对整体时间进行的阶段划分来看，属于第1阶段的关键词有recovery、adsorption、brine、lithium、extraction、water、seawater、evolution、system和origin等词。brine、water、seawater和system等词做为盐湖提锂领域基础词汇，几乎贯穿整个盐湖提锂的发展史。而evolution和origin则主要来源于研究者们对含锂资源，比如锂矿石和卤水的沉积过程和机理的研究，其中Warner研究了浅层地下水和深层地层卤水之间的自然迁移现象^[34]，而Gilg等研究了卤水和矿石之间的相互作用^[35]，Chan等则探究了锂及其同位素在卤水中的行为^[36]，这些理论研究都为盐湖资源利用的发展奠定了理论基础。

Recovery、adsorption和extraction等词共同出现于2007年，涉及的技术就是前文提到的发展较早的离子交换工艺。但这些关键词真正开始频繁出现，还是在第2阶段和第3阶段时间内，2.1.1中对时间阶段的关键词分析中也得到了相似的结果。

solvent extraction、magnesium和ion则是属于第2阶段的关键词。这个阶段，多种盐湖提锂方法实现了技术突破，得到了发展和应用。很早就用于锂的分离的溶剂萃取法也直到此时才依靠新型的TBP和离子液体萃取体系得到了大量研究^{[14, 37]}。

Magnesium作为关键词也有相当高的出现频率，这是因为大部分卤水资源都属于高镁锂比卤水^[38]，因此如何高效的分离镁和锂，其实就是我们进行盐湖提锂的关键环节。卤水其实就是含有众多离子的水溶液，因此Ion也有较高的出现次数。我们研究盐湖资源其实不光要关注锂，对其中含有的大量其他有价离子也要进行分离提取，最大程度上利用这些资源。

图 5是对关键词进行共现后聚类得到的图谱，可以看到由软件进行聚类后得到了17个标签。这里将这些种类中有价值的类别进行再次分类可得到2个大类：1)基础资源调查与介绍。含有chilean thermal water、geothermal field、lithium brine、geochemical processes、fluid inclusion、valuable metal和qaidam basin等7个标签。想要提取资源，利用资源，就必先探明资源。在提锂工艺快速发展的同时，对含锂矿石和卤水资源的探查同样如火如荼的进行^{[22, 39]}。中国盐湖众多，包括柴达木盐湖在内的多个盐湖都被探明资源丰富，有资源才能促进技术发展。可以说资源调查工作，对我国未来锂工业发展，锂资源保障都有积极效果。2)提锂工艺。Extraction kinetics、using potassrum cobalt hexacynoferrate sorbent、quaternary system、ionic selective desalination battery、orthogonal test design、adsorption behaviour、metagenomic cloning和nickel hexacyanoferrate都属于这个分类。并且涵盖了溶剂萃取，膜分离，离子交换吸附和电化学吸附4个提锂方法。其中也有一些我们没有提到过的新技术，比如Metagenomic cloning，既宏基因组克隆技术，这个技术试图探究利用细胞进行单一离子搬运达到分离的目的^[40]。这个分类与之前依据共被引文献图谱进行的分类也几乎一样。

关键词的突现，也就是突发性检测，可以将在某一时间段内被大量使用的关键词统计出来。通过对关键词的突现分析，可以了解该领域的热门主题，对发展方向有更好的把握。图 6显示了盐湖提锂领域内的达到突发程度的关键词的突发时间和强度。

在达到突现程度的关键词中，temperature、heavy brine environment、behavior和online visualization等词，主要来源于一些对金属在浓盐溶液(比如溴化锂)中的腐蚀性的研究^[41-42]，与盐湖提锂领域关系并不密切，这里不再进一步分析。

Chemistry、geochemistry、trace element、formation water、evolution和origin等词主要涉及的领域则是各地矿石及盐湖资源的成因调查和状况介绍^{[34, 36, 43-44]}，2.1也介绍过，第1阶段内的主要工作是资源探明，少有提锂工艺相关的研究，而第2阶段盐湖资源得到重视，盐湖提锂工艺开始高速发展，因此这些词形成突现的时间也分列于2个阶段。

Activity coefficient、thermodynamics、chloride、Na⁺、phase diagram、strontium和solubility等关键词主要代表了对多离子水溶液体系的研究，盐湖卤水中含有锂、钠、钾、铷和铯等多种有价离子，并且主要以氯化盐和硫酸盐的形式存在。因此研究其共存水溶液体系热力学相图，有利于开发新型离子分离技术，综合利用盐湖资源^[45-46]。

含有有价离子的水资源除盐湖卤水外还有海水，这2种水资源也是现在进行离子分离主要的原料^[47]，因此lake和sea water也有一定的突现程度。图 6中也出现了其他有关提取工艺的关键词，比如adsorption，代表离子交换吸附法，其突现开始的时间为2007年，是所有达到突现程度的新型提锂工艺相关关键词中最早的。通过2.1.1我们也知道，离子交换吸附法正是在2007年开始得到系统研究^[10]，离子交换吸附法也因为优异的选择性而得到了大量关注^[26]。

代表尖晶石型吸附剂的Spinel也是重点研究的锂离子吸附剂种类之一^[48]，其代表性材料就是同样达到突现程度的LiMnO₄和manganese oxide，也就是锰基吸附剂。锰基吸附材料不仅可以用于离子交换吸附法^{[10, 18]}，同样是电化学提锂法的重要吸附材料^{[6, 15]}，关于锰基吸附材料的研究涵盖于2大新型提锂工艺，因此其研究热度相当可观。

Tributyl phosphate是目前用于盐湖提锂最主流的萃取剂，2.1.1提到过，溶剂萃取法也是近些年重新焕发生机，因此达到突现的时间较晚。目前，溶剂萃取法所采用的体系中，无论是传统萃取体系还是新型离子液体萃取体系，都会加入TBP做为协同萃取剂^{[14, 31]}，这也使得TBP做为关键词被大量使用。

综合来看，随着时间的推进，达到突现程度的关键词也逐渐由资源探查和介绍转向新型提锂工艺研究，这个趋势与前文进行的发文量分析和引文分析都非常同步，佐证了盐湖提锂工艺目前的发展热潮名副其实。

3 结语

本论文基于WOS数据库检索的盐湖卤水提锂领域的文献，通过Citespace软件进行可视化分析，得到以下结论：1)该领域的发展可分为3个阶段：2010年之前的基础理论积累阶段；2011—2016年的成果突破阶段，这个阶段产出了大量具有指导意义的成果；2017—今的高速发展，百花齐放阶段。无论是哪种提取方法，都具有很好的应用前景，发展潜力巨大。2)该领域中，中国由于盐湖类型原因，需要大力发展新型盐湖提锂工艺，因此领跑该领域的研究。研究机构中，中国科学院是该领域的开拓者和领头羊，而中南大学则是近年异常活跃的后起之秀，华东理工大学和天津科技大学紧随其后。形成了以中科院为首的，联合全国高校共同研究发展的合作网络。在作者方面，该领域中不仅有早早进入的体系奠基者，更有极具创新活力的新星，发展态势良好。3)该领域的文献主要研究方向分为2个：基础资源调查和盐湖卤水提锂工艺研究。其中主要盐湖提锂工艺及特点如下：a)离子交换吸附法：选择性高、操作简单且绿色环保，但是吸附材料循环性较差、溶损率较高。b)膜分离法：包括电渗析膜和纳滤膜等，可以很好的分离镁和锂，但是成本较高，一般要与其他方法连用。3)溶剂萃取法：能耗较低、工艺简单且成本较低，但是对设备腐蚀性大，而新型离子液体萃取体系，可有效解决这些弊端。4)电化学法：提锂效率高、选择性好和环境污染小，吸附材料循环性能较好，随着纳米材料和储能技术的发展有望取得新的进步。5)盐湖提锂领域的研究重心由初期的基础资源研究转向新型提锂工艺研究，并在近5年来达到发展高峰，且仍保持强劲的增长势头，发展潜力巨大。