中國柴達木盆地首次發(fā)現(xiàn)黏土型鋰礦，鋰資源有多重要?

出品：科普中國

作者：張昊

監(jiān)制：中國科普博覽

據(jù)中國新聞網(wǎng)報道，科研人員在中國聚寶盆柴達木盆地首次發(fā)現(xiàn)黏土型鋰礦，且具備巨大找礦前景。

作為重要的電池原料，鋰對于現(xiàn)代社會的重要性不言而喻，任何與鋰礦藏相關的新聞都可能掀起波瀾。因此，我們還是應該對鋰資源有一個基本的認知，這樣才能從鋪天蓋地的報道中獲得相對客觀的資訊。這篇文章將為大家簡要地介紹鋰金屬和鋰礦產(chǎn)資源，快來看看吧。

柴達木盆地衛(wèi)星照片

（圖片來源：維基百科）

“黑不溜秋”的鋰是一種怎樣的金屬？

表面新鮮的鋰是一種銀白色的金屬，但在空氣中靜置后會與氮氣發(fā)生反應，生成氮化鋰，因而逐漸呈現(xiàn)黑色。一般來說，密度在5克/立方厘米以下的金屬可稱之為輕金屬，而鋰的密度只有0.534克/立方厘米，是最輕的金屬，密度甚至還不到水的一半。

煤油中漂浮著的金屬鋰

（圖片來源：維基百科）

鋰的硬度非常低，大概和較硬的芝士差不多，在實驗室中使用時可以直接用小刀進行切割。鋰是人體中的微量元素之一，含有鋰的鹽類也是臨床上治療抑郁和雙相情感障礙等精神類疾病的藥物。但鋰在人體內(nèi)的必要量和過剩量是一個很接近的值，因此很容易攝入過量。

鋰在工業(yè)上還可以用作魚雷發(fā)射的燃料

（圖片來源：維基百科）

作為一種輕元素，鋰在地球和宇宙中的總豐度其實不算低，但鋰經(jīng)常被歸類為稀有金屬。這主要是由于鋰礦在世界上的分布非常不均衡，僅僅智利一國就占據(jù)了全球鋰出口量的35%。而同為南美國家的玻利維亞也是世界上鋰礦產(chǎn)資源相對豐富的國家。

太陽系元素豐度示意圖

（圖片來源：維基百科）

從心臟起搏器到平板、手機以及電腦，無一不需要鋰電池，因此鋰已經(jīng)是人們生活所不可或缺的一種重要物資。而新能源汽車的浪潮更是加重了人類對鋰的需求。畢竟一臺新能源汽車搭載的電池所需耗費的鋰大約是筆記本電腦充電電池的100倍。假如全球的各種車輛全部轉(zhuǎn)為依賴鋰電池的新能源車，鋰也真的可能會像石油一樣，成為重要戰(zhàn)略資源。

各有千秋的鋰礦藏

鋰礦藏一般來說有3種存在形式，一種是鹽湖，也就是所謂的鹵水鋰，具體形態(tài)以氯化鋰為主，占到全球鋰礦總量的60%以上。如玻利維亞著名的“天空之鏡”——烏尤尼鹽沼，面積接近1萬平方千米，鋰資源儲量超過2100萬噸，是全球最大的單體鋰礦。

全球鋰礦資源集中于南美三國

（圖片來源：參考文獻2）

另外一種就是偉晶巖類型，也叫礦物鋰，具體形態(tài)為氧化鋰。今年2月在青藏高原瓊嘉崗地區(qū)發(fā)現(xiàn)的超大型鋰礦就是偉晶巖型鋰礦藏，其中的氧化鋰資源量也達到了100萬噸級的水平。

而黏土鋰主要是指沉積巖型的黏土鋰礦，與前兩者相比，豐度更低，目前還未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)開采。

根據(jù)目前的探明儲量，以上3種鋰礦藏分別占全球鋰資源總量的58%、26%和7%，其余類型主要包括油井鹵水和地熱鹵水等。目前，商業(yè)開采集中在鹽湖鋰與礦物鋰。未來3~5年，全球部分高品位的黏土鋰礦也有望加入供給陣營，而針對油井鹵水、地熱鹵水中鋰的提取也正在研究中。

幾種鋰礦藏的探明儲量

（圖片來源：參考文獻2）

決定商業(yè)開采可行性的最大因素，歸根到底還是成本。鹵水鋰開采容易，成本上有著礦物鋰無法企及的優(yōu)勢，前者的單位生產(chǎn)成本僅僅不到后者的一半。在鋰需求尚未到達如今水平的幾十年前，鹵水鋰是精制鋰的主要來源。但由于鋰資源價格在十年間增長了10倍不止，目前以上兩種類型的鋰礦資源均有巨大盈利空間。因此，從2015年起，全球來源于鹵水鋰和礦物鋰的鋰產(chǎn)量已經(jīng)達到了持平的程度。

典型鹵水鋰礦藏中的鋰含量約為0.02~0.05%，部分富礦可以達到0.15%以上。一般來說，鹽湖中鋰含量在0.0025%以上即具有開采價值，且該數(shù)值隨著提煉技術的進步和鋰資源行情的走俏不斷下探。從含量角度來說，鹵水鋰絕非富礦，但利用自然蒸發(fā)的方式，可以以極低的成本迅速實現(xiàn)鋰鹵水的凝縮。之后再以各種化學和物理方式處理濃縮后的鹵液，即可得到氯化鋰。只是自然蒸發(fā)過程本身極為緩慢，從鹽湖原液導入鹽田蒸發(fā)到提純出氯化鋰，生產(chǎn)周期往往在1年以上。

鹽田系統(tǒng)可實現(xiàn)鋰的富集，先后提取鈉、鉀以及初步分離鎂

（圖片來源：參考文獻2）

礦物鋰根據(jù)產(chǎn)地的不同，含鋰礦石的種類和豐度都有所區(qū)別。典型的鋰礦石有鋰輝石、鋰云母、葉長石、鋰霞石、鋰磷鋁石等。這類礦物中鋰以氧化鋰和硅酸鋁鋰等形態(tài)存在，換算后的鋰含量在1%~6%，同樣并非富礦。從鋰礦石中提取鋰的一般流程為：先在1100攝氏度下對礦石進行焙燒，再以硫酸處理焙燒后的產(chǎn)物，得到硫酸鋰。提純凈化后和碳酸鈉反應生成最終產(chǎn)物碳酸鋰。該工藝需要消耗大量的能源和藥品，因此成本相對于鹵水鋰要高出不少。

鋰輝石

（圖片來源：維基百科）

與礦物鋰相比，黏土鋰的豐度還要低上一個數(shù)量級以上，以高豐度著稱的塞爾維亞賈達爾黏土型鋰礦石中，鋰含量也不過為1.2%。與之相比，大部分現(xiàn)有的黏土鋰礦藏中的鋰含量僅為0.01~0.2%左右。雖然成功的商業(yè)開采案例仍然鳳毛麟角，但黏土鋰的提取工藝已經(jīng)較為成熟。大致的工藝路線為：先對黏土礦石和稀硫酸的混合物進行淋濾，然后將淋濾液逐級過濾，從中回收不同產(chǎn)品，最后再對濾出的液體進行離子交換。最后，通過以上工藝提取的碳酸鋰純度可達99%。

從黏土鋰中回收鋰的工藝流程

（圖片來源：參考文獻3）

鋰資源在未來會成為人類科技發(fā)展的瓶頸嗎？

很多人可能會有這樣的擔憂，假如有一天，以上3種鋰資源真的消耗殆盡，人類將何去何從？其實，這一問題可能也沒有大家設想的那么悲觀。占據(jù)地表大部分面積的海洋，本身就是巨大的鹽湖。海水中蘊藏的鋰，據(jù)測算可達2300億噸以上，實際上是取之不盡用之不竭的。

不過從豐度來說，與烏尤尼鹽沼2800ppm的含鋰量相比，海水中的含鋰量僅有不到0.2ppm?，F(xiàn)階段人類的技術水平仍然不足以讓海水中提取鋰變成可以落地的產(chǎn)業(yè)。不過人類一旦突破從海水中選擇性過濾鋰的技術，我們就能實現(xiàn)真正的“鋰”自由了。

一望無際的烏尤尼鹽沼

（圖片來源：維基百科）

參考文獻：

中國聚寶盆柴達木盆地首次發(fā)現(xiàn)黏土型鋰礦 具備巨大找礦前景

https://www.sohu.com/a/587005821_463571

鋰想系列21:中國鹽湖提鋰，走向成熟

https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202109101515340104_1.pdf?1631266681000.pdf

國內(nèi)外主要沉積型鋰礦分布及勘查開發(fā)現(xiàn)狀

http://en.cgsjournals.com/zgdzdcqkw-data/ykcs/2019/3/PDF/ykcs-38-3-354.pdf