“锂”清过去，“锂”解未来_风闻

关键金属，是指对新材料、新能源、信息技术、航空航天、国防军工等新兴产业具有不可替代的重要用途的一类金属元素及其矿床的总称，主要包括稀有金属(如Li､Be､Rb､Cs､Nb､Ta､Zr､Hf､W、Sn等)、稀土金属(La､Ce､Pr､Nd､Sm､Eu､Gd､Tb､Dy､Ho､Er､Tm､Yb､Lu､Sc､Y)、稀散金属(Ga､Ge､Se､Cd､In､Te､Re､Tl)和其他稀少稀贵金属(PGE､Cr､Co等)，可简称为“四稀”元素，是当今社会必需、但安全供应存在风险的一类金属。它们对国家安全和新兴产业的发展具有重大战略意义。

撰文 | 洪涛研究小组

“锂”论知识问答

下列选项中哪些有锂元素的参与？

A、电脑、手机中的电池

B、玻璃、陶瓷、润滑剂

C、氢弹、原子能工业

D、火箭、导弹、宇宙飞船

答案是——全都有！知道答案的你有很多疑惑吧？锂究竟是什么？又如何走进了千家万户，还能飞上九霄云外呢，让我们一起探索“锂”的世界。

01

寻根：揭开“锂”的面纱

1800年，来自巴西的化学家、商人José Bonifácio de Andrada e Silva在一个瑞典的Utö小岛上发现了透锂长石 (LiAlSi4O10)。

随后，1817年瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿韦德松 (Johann August Arfvedson) 在分析透锂长石时终于发现了其中的特殊元素。

他把这个扔到火里会出现浓烈的深红色火焰的“未知”金属以希腊文“lithos（石头）”为源命名为Lithium。

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

但是，此后的50年里，一直都没有人能够分离出大量的锂。直到1855年，德国化学家Robert Bunsen和英国化学家Augustus Matthiessen通过电解锂获得了大块的锂，从此开启了锂元素“辉煌的开挂之路”。

锂在化学元素周期表处于第三位，是密度最小的金属元素。单质锂为银白色，又被称为“白色石油”，小刀就能轻松切开。但可千万别小看它，锂的化学性质可是非常活泼的，尤其是在燃烧时，像局部火山喷发，最后变成一团星云，在吃货眼里或许更像一朵花椰菜。

金属锂元素的物理化学性质十分特殊：熔点低（180 ℃）、沸点高（1327 ℃）、密度小、热容量大、导热性强、泵送功率小、中子吸收截面大，是可控热核反应堆的再殖氚（T）的理想材料。

除此之外，锂的原子量小(6.49)，电化当量高(3.87Ah/g)，电负性低(-3.045 V)，电阻低，导热性好，利于电极集流，密度小，易获得高比能量，也是电池的理想电极材料。

图源金属百科-锂的用途和应用领域

02

追索：没“锂”不行

1949年以前，我国锂工业还是一个空白。随着新疆锂资源的开发，相继建成了采、选、冶配套工艺，新中国飞速的经济发展也离不开锂的广泛应用。

自1817年锂元素被初次发现已经过去了200多年，起初，锂的应用仅限于玻璃、陶瓷和润滑剂。锂最先在工业中用作润滑剂的增稠剂，加一滴锂润滑剂在车零件上，就足以用到汽车报废！

二战后，在原子能工业上的应用，让锂元素摇身一变，成为了“高能金属”。值得一提的是，1967年6月17日，中国成功爆炸第一颗氢弹，就是用氚化锂充当炸药。

我国第一颗氢弹爆炸丨图源：中国共产党新闻网

新中国成立以来，航空航天事业飞速发展。其中也少不了锂元素的身影，用锂和锂的化合物制成的固体燃料，能量高、燃速大、比冲量高，非常适合作火箭、导弹和宇宙飞船的推进剂。

C919国产大型客机采用了铝锂合金材料，减少飞机的结构重量丨图源：百度图片

锂与多种金属组成轻合金、耐磨合金等，将成为新一代航天航空的新型结构材料，越来越多的行业离不开“锂”。

在现代，锂元素的主要消费领域无疑是电池产业。随着电子产业迅速发展，锂电池凭借使用寿命长、自放电率低、具高功率承受力、绿色环保等特点走进千家万户。

1970年4月24日，我国第一颗卫星“东方红一号”，出于轻便的要求，用的就是锂电池。

左：锂纽扣电池，右：东方红一号卫星丨图源百度图片、百度百科

03

如何“锂”用，寻“锂”千百度

锂的应用如此广泛、性质如此特殊，我们不禁要问，从哪里能够获取锂资源？如何才能高效地利用这些锂资源呢？

在自然界中，Li主要赋存于花岗伟晶岩、花岗岩和盐湖卤水中。从盐湖卤水的LiCl中提取的Li一般只能生产工业级碳酸锂。

从盐湖卤水中提Li流程图丨H. Bae and Y. Kim，2021

从富锂 (锂辉石和锂云母) 的矿石中提出的锂，先是粗制碳酸锂，再到工业碳酸锂，才能运用到电池级碳酸锂的生产中。

富锂的矿石主要有锂辉石、锂云母、锂电气石和锂磷铝石，这些富锂的矿物主要存在于花岗伟晶岩中。

天然锂辉石以α相存在。1050℃以上，逐渐变成β相，在高压(1.5 GPa)下，能够产生γ相，不同的晶体结构表现出不同的性质。

图片来源：尚玺等: 富锂矿物的锂提取与战略性应用.2019.

锂辉石提锂工艺主要包括酸法、碱法、高温氯化以及盐焙烧，其中硫酸法是最常用、最成熟的。

一般为片状或鳞片状集合体

呈玫瑰色或浅紫色

锂电气石-

环状硅酸盐矿物，常见有红色 (含锰)、绿色 (含铬和钒) 以及黄色、蓝色、白色等。

锂电气石（图片来源：https://www.mindat.org/min-1364.html）

当前，锂需求激增。从锂云母中提取锂盐日益受到重视，锂矿公司逐年加大产能投入。江西省宜春市实现了锂云母提锂产业化利用，当地企业（如江特电机、永兴材料）采用复合硫酸盐焙烧工艺提锂，使得锂的产能大幅增长。

此外，锂电产业的暴富效应，让更多的企业加入到锂资源的投资开发中。赣锋锂业、天齐锂业、盛新锂能、盐湖股份、西藏珠峰、融捷股份、永兴材料、江特电机等都是锂资源开发的佼佼者。锂是新能源战略性矿种，锂资源的开发更是锂行业价值链的第一环，优质的原材料更是公司可持续发展的先决条件，越来越多的企业开始“走出去”（赣锋锂业、天齐锂业、盛新锂能、中矿资源、宁德时代等）。

作为全球领先的锂产品生产商，天齐锂业先后控股泰利森参与西澳格林布什锂矿的开发（全球在开采的最大的硬岩型锂矿），同时入股智利矿业化工（全球最大的盐湖提锂公司），能够获得稳定的海外锂原料供应。

图片来源：天齐锂业官方网站

目前矿石提锂工艺不少，但仍然存在药剂消耗量大、成本高、废渣难以利用以及环境污染严重等问题。也有很多方法仅停留于实验室研究阶段，不具有经济性和可操作性。如何研发出绿色环保、高效利用的提锂技术，是亟需关注的重点问题。