“鋰”清過去，“鋰”解未來_風聞

關鍵金屬，是指對新材料、新能源、信息技術、航空航天、國防軍工等新興產業具有不可替代的重要用途的一類金屬元素及其礦牀的總稱，主要包括稀有金屬(如Li､Be､Rb､Cs､Nb､Ta､Zr､Hf､W、Sn等)、稀土金屬(La､Ce､Pr､Nd､Sm､Eu､Gd､Tb､Dy､Ho､Er､Tm､Yb､Lu､Sc､Y)、稀散金屬(Ga､Ge､Se､Cd､In､Te､Re､Tl)和其他稀少稀貴金屬(PGE､Cr､Co等)，可簡稱為“四稀”元素，是當今社會必需、但安全供應存在風險的一類金屬。它們對國家安全和新興產業的發展具有重大戰略意義。

撰文 | 洪濤研究小組

“鋰”論知識問答

下列選項中哪些有鋰元素的參與？

A、電腦、手機中的電池

B、玻璃、陶瓷、潤滑劑

C、氫彈、原子能工業

D、火箭、導彈、宇宙飛船

答案是——全都有！知道答案的你有很多疑惑吧？鋰究竟是什麼？又如何走進了千家萬户，還能飛上九霄雲外呢，讓我們一起探索“鋰”的世界。

01

尋根：揭開“鋰”的面紗

1800年，來自巴西的化學家、商人José Bonifácio de Andrada e Silva在一個瑞典的Utö小島上發現了透鋰長石 (LiAlSi4O10)。

隨後，1817年瑞典化學家約翰·奧古斯特·阿韋德松 (Johann August Arfvedson) 在分析透鋰長石時終於發現了其中的特殊元素。

他把這個扔到火裏會出現濃烈的深紅色火焰的“未知”金屬以希臘文“lithos（石頭）”為源命名為Lithium。

瑞典化學家Johan August Arfwedson，1792年1月12日-1841年10月28日(圖片源自：https://www.lithiaworks.com/history-of-lithium)

但是，此後的50年裏，一直都沒有人能夠分離出大量的鋰。直到1855年，德國化學家Robert Bunsen和英國化學家Augustus Matthiessen通過電解鋰獲得了大塊的鋰，從此開啓了鋰元素“輝煌的開掛之路”。

鋰在化學元素週期表處於第三位，是密度最小的金屬元素。單質鋰為銀白色，又被稱為“白色石油”，小刀就能輕鬆切開。但可千萬別小看它，鋰的化學性質可是非常活潑的，尤其是在燃燒時，像局部火山噴發，最後變成一團星雲，在吃貨眼裏或許更像一朵花椰菜。

金屬鋰元素的物理化學性質十分特殊：熔點低（180 ℃）、沸點高（1327 ℃）、密度小、熱容量大、導熱性強、泵送功率小、中子吸收截面大，是可控熱核反應堆的再殖氚（T）的理想材料。

除此之外，鋰的原子量小(6.49)，電化當量高(3.87Ah/g)，電負性低(-3.045 V)，電阻低，導熱性好，利於電極集流，密度小，易獲得高比能量，也是電池的理想電極材料。

圖源金屬百科-鋰的用途和應用領域

02

追索：沒“鋰”不行

1949年以前，我國鋰工業還是一個空白。隨着新疆鋰資源的開發，相繼建成了採、選、冶配套工藝，新中國飛速的經濟發展也離不開鋰的廣泛應用。

自1817年鋰元素被初次發現已經過去了200多年，起初，鋰的應用僅限於玻璃、陶瓷和潤滑劑。鋰最先在工業中用作潤滑劑的增稠劑，加一滴鋰潤滑劑在車零件上，就足以用到汽車報廢！

二戰後，在原子能工業上的應用，讓鋰元素搖身一變，成為了“高能金屬”。值得一提的是，1967年6月17日，中國成功爆炸第一顆氫彈，就是用氚化鋰充當炸藥。

我國第一顆氫彈爆炸丨圖源：中國共產黨新聞網

新中國成立以來，航空航天事業飛速發展。其中也少不了鋰元素的身影，用鋰和鋰的化合物製成的固體燃料，能量高、燃速大、比衝量高，非常適合作火箭、導彈和宇宙飛船的推進劑。

C919國產大型客機採用了鋁鋰合金材料，減少飛機的結構重量丨圖源：百度圖片

鋰與多種金屬組成輕合金、耐磨合金等，將成為新一代航天航空的新型結構材料，越來越多的行業離不開“鋰”。

在現代，鋰元素的主要消費領域無疑是電池產業。隨着電子產業迅速發展，鋰電池憑藉使用壽命長、自放電率低、具高功率承受力、綠色環保等特點走進千家萬户。

1970年4月24日，我國第一顆衞星“東方紅一號”，出於輕便的要求，用的就是鋰電池。

左：鋰紐扣電池，右：東方紅一號衞星丨圖源百度圖片、百度百科

03

如何“鋰”用，尋“鋰”千百度

鋰的應用如此廣泛、性質如此特殊，我們不禁要問，從哪裏能夠獲取鋰資源？如何才能高效地利用這些鋰資源呢？

在自然界中，Li主要賦存於花崗偉晶岩、花崗岩和鹽湖滷水中。從鹽湖滷水的LiCl中提取的Li一般只能生產工業級碳酸鋰。

從鹽湖滷水中提Li流程圖丨H. Bae and Y. Kim，2021

從富鋰 (鋰輝石和鋰雲母) 的礦石中提出的鋰，先是粗製碳酸鋰，再到工業碳酸鋰，才能運用到電池級碳酸鋰的生產中。

富鋰的礦石主要有鋰輝石、鋰雲母、鋰電氣石和鋰磷鋁石，這些富鋰的礦物主要存在於花崗偉晶岩中。

天然鋰輝石以α相存在。1050℃以上，逐漸變成β相，在高壓(1.5 GPa)下，能夠產生γ相，不同的晶體結構表現出不同的性質。

圖片來源：尚璽等: 富鋰礦物的鋰提取與戰略性應用.2019.

鋰輝石提鋰工藝主要包括酸法、鹼法、高温氯化以及鹽焙燒，其中硫酸法是最常用、最成熟的。

一般為片狀或鱗片狀集合體

呈玫瑰色或淺紫色

鋰電氣石-

環狀硅酸鹽礦物，常見有紅色 (含錳)、綠色 (含鉻和釩) 以及黃色、藍色、白色等。

鋰電氣石（圖片來源：https://www.mindat.org/min-1364.html）

當前，鋰需求激增。從鋰雲母中提取鋰鹽日益受到重視，鋰礦公司逐年加大產能投入。江西省宜春市實現了鋰雲母提鋰產業化利用，當地企業（如江特電機、永興材料）採用複合硫酸鹽焙燒工藝提鋰，使得鋰的產能大幅增長。

此外，鋰電產業的暴富效應，讓更多的企業加入到鋰資源的投資開發中。贛鋒鋰業、天齊鋰業、盛新鋰能、鹽湖股份、西藏珠峯、融捷股份、永興材料、江特電機等都是鋰資源開發的佼佼者。鋰是新能源戰略性礦種，鋰資源的開發更是鋰行業價值鏈的第一環，優質的原材料更是公司可持續發展的先決條件，越來越多的企業開始“走出去”（贛鋒鋰業、天齊鋰業、盛新鋰能、中礦資源、寧德時代等）。

作為全球領先的鋰產品生產商，天齊鋰業先後控股泰利森參與西澳格林布什鋰礦的開發（全球在開採的最大的硬巖型鋰礦），同時入股智利礦業化工（全球最大的鹽湖提鋰公司），能夠獲得穩定的海外鋰原料供應。

圖片來源：天齊鋰業官方網站

目前礦石提鋰工藝不少，但仍然存在藥劑消耗量大、成本高、廢渣難以利用以及環境污染嚴重等問題。也有很多方法僅停留於實驗室研究階段，不具有經濟性和可操作性。如何研發出綠色環保、高效利用的提鋰技術，是亟需關注的重點問題。