Добыча лития: технологии, применение и перспективы
- Главная
- Публикации
- Новости компаний
- Добыча лития: технологии, применение и перспективы
news-rbk.ru
Редкий, но самый востребованный на мировом рынке металл литий величают белым золотом. Его популярность постоянно растет, как и цена, которая за последние 3 года поднялась на 600%. Литий, обладающий очень легким весом, низкой плотностью, высокой электропроводностью и другими уникальными свойствам, обрел широкий спектр применения в разных областях промышленности и стал незаменим сырьевым ресурсом для ядерных технологий, электроники, атомной энергетики, строительства космических аппаратов и производства электромобилей, составляющих на сегодняшний день более 10% от суммарного мирового объема продаж. Мировой спрос на литий ежегодно составляет 200 тысяч т и превышает современные возможности добывающей отрасли. Его дефицит исследователи прогнозируют на длительный период.
Стремительный технологический прогресс вызвал настоящую «лихорадку» по извлечению сокровищ из недр, но запасы лития на Земле ограничены и составляют всего 0,002% земной коры. Металл не встречается в природе в чистом виде, а является компонентом солевых отложений, глины и магматических горных пород с большой концентрацией в минералах сподумена и гранита.
Для справки. 4 страны в мире – Австралия, Чили, Аргентина и Китай, имеют на своих территориях 85% залежей лития, а самым крупным месторождением признан солончак Салар-де-Уюни в Боливии, где находится 70% мирового запаса дорогостоящего металла.
Характеристики и особенности лития
Пластичный и мягкий литий, который хорошо режется ножом, не имеет аналогов даже среди щелочных металлов. На вид он белого серебристого цвета, легче воды в 2 раза, не тонет, а плавает на поверхности. В условиях влажной среды реагирует с азотом и другими газами, присутствующими в воздухе, с выделением водорода и образованием гидроксидов, карбонатов, нитридов, вступает в реакцию с галогенами (за исключением йода). При температуре 120-280 градусов на его поверхности создается оксидная пленка.
Элемент Li обладает физико-химическими показателями и свойствами:
- плотностью 0,534 г/см3;
- температурой плавления 453,69, кипения 1613 градусов – самой высокой среди всех ныне существующих металлов;
- молярной массой (атомным весом) 6,938 г/моль;
- легко воспламеняется, хранится в инертной среде или вакууме;
- поддается любым видам обработки.
Литий обладает самой большой электроотрицательностью среди всех щелочных металлов и минимальным весом.
Это интересно. Построенный самолет только из одного лития смогли бы поднять всего 2 человека. А спасательные жилеты с зашитыми в подкладке таблетками гидрида лития спасают рыбаков и морских путешественников в экстренных случаях – в воде вещество выделяет водород, который заполняет жилеты и не дает утонуть.
Технологии добычи лития
Металл в чистом виде получают разными способами, которые зависят от исходного сырья – горных пород или солевых залежей. Пегматитовые минералы добывают путем разработок карьеров и бурения шахт. Руду обогащают с применением гравитационного метода или магнитной сепарации и преобразовывают методом электролиза. Расплав при 430-450 градусах обрабатывают смесью хлорида калия и вакуумной дистилляцией удаляют посторонние примеси.
Из солончаков литий получают относительно дешевым гидроминеральным способом из подземных рассолов, хотя в 1 л морской воды содержится всего 000017 г. чистого лития. Рассол выкачивают в специальные водоемы, соль с содержанием гидроксида лития вымывают, и полученный солевой раствор выпаривают естественным образом под воздействием солнца. Этот процесс продолжается длительное время – от 1,5 до 2-х лет. Концентрированная рапа поступает на химический завод, где с использованием карбоната натрия и гидроксида кальция осаждают твердые частицы, в которых, кроме лития, содержатся магний, железо и другие примеси. Такую технологию использует компания Tesla под руководством Илона Маска, одной из крупных потребителей лития.
Мировые запасы дорогостоящего щелочного металла составляют 17 млн т, а учитывая соляные месторождения – 62 млн т. Ежегодно на Земле добывается до 50 тысяч т. литиевого сырья.
Области применения лития и соединений на его основе
В среднем в мире на производство батарей и аккумуляторов расходуется 56% добытого лития, керамики и стекла – 23%. Цена 1 кг металлического лития марки ЛЭ-1 с чистотой 99,9% на сегодняшний день в России составляет 15 тысяч рублей.
Литий и его соединения применяются во многих сферах для производства:
- литий-ионных аккумуляторов для цифровых устройств, электромобилей, электростанций, работающих на солнечных батареях;
- литиевых батарей для оснащения мобильных телефонов, планшетов, ноутбуков и других современных гаджетов;
- термоядерных реакторов и ядерного топлива;
- в качестве легирующего элемента для получения легких, прочных, пластичных и жаростойких стальных сплавов, используемых для строительства авиационной и космической техники и изготовления приборов; • литиевой смазки для военного и космического оборудования;
- прочных и прозрачных стекол, устойчивых к механическим повреждениям и используемых в телевизионном оборудовании;
- качественной керамики, устойчивой к термическим, атмосферным и химическим воздействиям;
- фармацевтике и медицине для получения психотропных препаратов и антидепрессантов для лечения нервных заболеваний и депрессий;
- высокопроизводительных лазеров и широкополосной оптики с применением монокристаллов фторида лития;
- пиротехнической техники, придающей за счет LiNO3 красный цвет салютам.
В современных ядерных технологиях и ядерной энергетике Li применяют в качестве охлаждающего элемента в реакторах или растворителя (регулятора) ядерного топлива, а также как защитный агент в термоядерных реакциях для получения радиоактивного изотопа водорода – трития. Добавление LiOH в щелочные батареи аккумуляторов увеличивает их емкость и срок службы в 3 раза. Раствор бромида лития в качестве сушильного агента применяется в системах кондиционирования и очищения воздуха.
Инновации и перспективы развития литиевой промышленности
За рубежом стали дополнительно использовать нетрадиционные источники литиевого сырья – жирную минеральную глину hectorite, геотермальную и морскую воду, нефтепромысловые рассолы. В России из водных рассолов получают литий экстракционным методом, для чего применяют центробежные экстракторы. Технический процесс имеет потенциальную возможность автоматизации.
Кроме крупнокускового, гравитационного и магнитного обогащения руды сейчас применяется еще термическое, а также флотация. Для переработки руд, содержащих сподумен, стали применять хлорирующий обжиг. Концентрат обжигается при температуре 800 градусов, выщелачивается водой и упаривается с получением смеси кристаллического хлорида кальция и лития, из которой методом каустификации получают LiOH.
При использовании гидрометаллургического метода смешивают слюду, содержащую литий с CaF2, в течение 4-х часов смесь выщелачивают в серной кислоте, в результате H2SO4 регенерируется. Извлечение Li этим способом достигает 90%.
Литий получают и алюмотермическим восстановлением в вакуумной шахтной роторной печи.
В России долгие годы было выгодно импортировать литий из других стран. По оценкам экспертов, запасы лития в нашей стране составляют 1 млн т, более 50% из них сосредоточено в месторождении Колмозерское в Мурманской области, где дешевым и доступным способом литий можно извлекать из природных рассолов с высокой концентрацией минерального сырья.
В настоящее время разрабатывается проект по извлечению лития из подземных вод на нефтяном месторождении Ковыктинском, с которыми постоянно сталкиваются буровики нефтегазовых компаний. Для глубокой переработки сырья сейчас создается инфраструктура, строятся обогатительные фабрики. Производство лития происходит на химических комбинатах в Новосибирске, Красноярске, Северске, на московском ТД «Халмек».
В действительности литий можно добывать в неограниченном количестве. На дне мирового океана высотой в несколько сотен метров залегают миллиарды тонн скалистых глыб, хранящих в себе редкие минералы, в том числе и литий. Однако добыча ископаемых, застилающих морское дно, требует огромного количества новейшей техники, чтобы поднять их на поверхность. Сброс в океан ненужных осадков может губительно повлиять на морских обитателей.
Влияние добычи лития на окружающую среду
Добыча и переработка минералов лития негативно воздействует на окружающую среду. Обработка сырья требует большого количества воды, нехватка которой усугубляется в связи с потеплением климата. Острая необходимость промышленности в добыче уникального элемента может усугубить глобальную экологию и привести к дефициту воды на Земле.
Для справки. На переработку 1 т добытого литиевого сырья расходуется более 10 т питьевой воды, которая превращается в сточные воды.
Отработанная вода, богатая различными химическими элементами, загрязняет природные водоемы, наносит ущерб ландшафту, нарушает экосистему в целом и отрицательно влияет на развитие сельского хозяйства, скотоводство и здоровье людей.
Оказывается, спасти хрупкую экосистему возможно. Ученые и исследователи ГЕОХИ РАН предлагают к реализации новейший метод вытяжки лития из минералов при использовании аммонийной соли серной кислоты (сульфата аммония). Извлечение карбоната лития чистоты 99,5% из рудных минералов будет происходить в замкнутом химическом цикле, а остальные вещества использоваться в повторном процессе. Этот технологический процесс предполагает обработку сырья у карьера или шахты, прямо на месте добычи, не причинит вреда атмосфере, значительно сэкономит транспортные расходы и понизит себестоимость добычи дорогого металла. Полученный продукт будет использоваться в производстве современных аккумуляторов и многих видов техники и приборов.
Безусловно, развитие литиевой отрасли положительно сказывается на усовершенствовании технологий и подъеме экономики. Без этого металла невозможно производить современную технику, электронику, развивать энергетику, электротехнику и другие современные отрасли. А бум на электротранспорт требует еще большего количества ценного лития.
