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01 发现真“锂”
800年,巴西人在名为Utö的瑞典小岛上发现了第一块锂矿石——透锂长石。1817年,瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿韦德松在分析透锂长石时发现了其中的特殊元素,他把这个“未知”金属以希腊文“lithos(石头)”为源命名为lithium(锂)。1821年,布兰德使用电解法来电解氧化锂才获得了微量的锂,但不足以用做实验。1855年,德国化学家本生和英国化学家马提生通过电解氯化锂获得了大量的锂。1869年,化学家门捷列夫将锂定位于元素周期表中第三的位置,金属中的第一位。
化学元素周期表
02 寻根问“锂”
根据锂在元素周期表中的位置,可知其是密度最小的金属元素,诞生于距离现在138亿年前的在宇宙“大爆炸”中。在宇宙诞生后,氦-4与氦-3迅速地反应生成了锂-6和锂-7,成为锂元素来源之一,而锂也是宇宙中最早诞生并稳定存在的三种元素之一。根据现有的研究成果表明,锂元素还来自于恒星的生命末期,在聚变过程中产生大量的锂,成为富锂恒星,存在于行星、小行星或者陨石中。
生活中的“多面手”。由于金属锂电阻低,导热性好,利于电极集流,密度小,易获得高比能量,被用于制造高能储存介质的锂离子电池。个人携带的笔记本电脑、手机、蓝牙耳机等数码产品中应用的锂离子电池中就含有丰富的锂元素,为我们的休闲娱乐生活开启了无限可能性。
玻璃行业的“延寿丹”。锂精矿或锂化物在制造玻璃时有较大的助熔作用,添加到玻璃配料中能够降低玻璃熔化时的温度和熔体的粘度,可以使其变得更轻、更结实、更耐溶,简化生产流程,降低能耗,延长炉龄,减少污染。
汽车行业的“风向标”。含丁基锂的橡胶轮胎更加耐用,寿命比原来提高了4倍以上,让驾车出行更加安心。锂动力电池驱动的新能源汽车逐渐进入普通家庭,悄然进入千家万户,成为城市代步、环保出行的首选之一。
广泛运用的还原剂。硼氢化锂能还原醛类、酮类和酯类等。氢化铝锂,是制备药物、香料和精细有机化学药品等中重要的还原剂。氢化铝锂,也可用作喷气燃料。氢化铝锂是对复杂分子的特殊键合的强还原剂,这种试剂已成为许多有机合成的重要试剂。
核工业重要原料之一。锂的同位素锂6用中子照射,可以得到氚,而用氘化锂和氚化锂来代替氘和氚装在氢弹里充当炸药,可以达到氢弹爆炸的目的。中国于1967年6月17日成功爆炸的第一颗氢弹里就是利用氘化锂,首次引起举世瞩目。
航空航天领域未来的“动力”。1kg锂燃烧后可释放42998kJ的热量,通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质煤的燃烧,因此锂或锂的化合物是用来作为火箭燃料的最佳金属之一,如用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力,不仅能量高、燃速大,而且有极高的比冲量。
冶金工业中脱化剂。利用锂能强烈地和氧、氮、硫等物质反应的性质,充当脱氧剂和脱硫剂。在铜的冶炼过程中,加入十万分之一到万分之一的锂,能改善铜的内部结构,使之变得更加致密,从而提高铜的导电性。锂在铸造优质铜铸件中能除去有害的杂质和气体,在现代需要的优质特殊合金钢材中,是清除杂质最理想的材料。
医疗生理中的“双刃剑”。锂能改善造血功能,提高人体免疫机能,人体每日需摄入锂0.1mg左右。锂盐可为蔬果进行“健康护理”,防止西红柿腐烂和小麦锈穗病,让人们吃得放心、吃得安心。锂在医学保健方面也有新的应用,碳酸锂可作为精神药物使用,用于治疗躁狂症、双相情感性精神障碍等。但过多服用锂及其化合物会引起中枢神经系统中毒和肾脏衰竭。
润滑脂行业的主导地位。自20世纪40年代起,锂基润滑脂便以惊人的速度发展,不仅当前生产规模位居榜首,其应用范围之广泛亦无人能及。这一品种的润滑脂深受全球润滑脂行业的青睐,且预计在21世纪仍将持续展现其强大的发展潜力,成为无可替代的重要润滑脂品种。
04 寻“锂”千百度
锂号称“稀有金属”,但它在地球中无所不在,安家在岩石、盐湖、海水、地下卤水、火山和植物中,前三者中的锂一般被人们分别称为硬岩锂、盐湖锂和海水锂。
自然界中,含锂矿物常富集于伟晶岩、白云母花岗岩或热液石英脉中,富锂的矿石主要有锂辉石、锂云母、锂电气石和锂磷铝石等,从中开采锂矿品位高、易于开采,多以露天开采为主;盐湖卤水型锂矿床主要多产出于山间盆地、板块大陆边缘火山弧后盆地等以及新生代地质活动较活跃的构造区域,碳酸盐型盐湖卤水锂易于提取、成本低;大海中赋存有2600亿吨的锂,但单位体积其含量极低,浓度为0.16mg/L。
据美国地质勘探局数据统计,2022年全球锂资源储量约为2600万吨,折合成碳酸锂当量超过1.3亿吨;其中智利锂资源储量位居世界第一,占比为35.8%,已探明资源储量为930万吨;其次为澳大利亚620万吨、阿根廷270万吨、中国200万吨,占比分别为23.8%、10.4%、7.7%。
锂矿作为新一轮找矿突破战略行动中的优先紧缺战略性矿种,还是美国地质调查局关键矿产目录中的“老成员”,其战略地位不容忽视。在当前全球能源转型和绿色发展的背景下,锂作为21世纪的能源金属,对于保障国家能源资源安全、推动战略性新兴产业跨越式发展具有至关重要的作用。
中国已经形成包括锂矿开采、冶炼加工、锂电池制造等环节较为完整的锂产业链,拥有一批具有全球竞争力的锂电池企业。随着百年未有之大变局加速演进和地缘政治持续动荡,中国对锂资源的需求持续增长,锂作为21世纪的能源金属,是保证我国能源资源安全的关键矿产和战略资源,锂的战略意义将进一步提升,我们一定要据“锂”力争,继续加强锂资源的勘查、开发和利用,推动锂产业的创新和发展。(供稿 规划中心 张 鑫)