company_banner

Литий: зачем нужен, как добывается и хватит ли его нам?


    Так выглядит литийсодержащая руда
    Литий — один из критически важных элементов для всей нашей цивилизации. Конечно, когда мы говорим о литии, на ум сразу приходят Li-ion батареи. И действительно, львиная доля добываемого лития уходит на нужды производителей аккумуляторов. Тем не менее, он используется и в других сферах.

    Например, в металлургии, как черной, так и цветной, — металл применяется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Также с его помощью производят стекла, которые частично пропускают ультрафиолет, он применяется в керамике. И это если не говорить о ядерной энергетике и атомной технике — его используют для получения трития. Короче, литий в буквальном смысле нарасхват. Под катом — поговорим об аккумуляторах, Tesla, способах добычи лития и его дефиците.

    Но главное, конечно, батареи


    Да, сейчас большая часть добываемого в мире лития уходит на производство литиевых аккумуляторов. По расчетам, на производство одной батареи для Tesla Model S требуется 63 кг этого металла с 99,5% чистоты.

    Теперь давайте подумаем, что будет, если все, абсолютно все автомобили внезапно станут электрическими, с литиевыми батареями. По данным на 2016 год автомобилей в мире было 1,3 млрд. Сейчас, наверное, еще больше, но окей, воспользуемся этими данными четырехлетней давности.


    Пусть не все новоявленные электрокары имеют настолько же вместительную батарею, как Tesla, уменьшим вес лития, необходимого для производства, на треть. Получается, что на одну такую батарею необходимо 44,1 кг чистейшего лития. Для наших 1,3 млрд автомобилей нужно 57,33 млрд кг лития. Неплохо, это 57,33 млн тонн лития, и только для нужд автомобильной промышленности.

    К 2023 году массовое производство электромобилей стартует на предприятиях Mercedes, BMW, Toyota, Ford, Audi, Porsche, Volvo, Huyndai, Honda. По подсчетам экспертов, эти компании будут производить около 15 млн электрокаров ежегодно, на что потребуется около 100 000 тонн лития в год.


    Но ведь не электромобилями едиными. У нас же в ходу миллиарды экземпляров разной техники с аккумуляторами — смартфонов, ноутбуков, планшетов и т.п. Они маленькие, да, но и для них понадобится много лития. Правда, гораздо меньше, чем для батарей электромобилей — на производство батарей для мобильных устройств уходит несколько процентов общемирового производства лития. В 2017 году Apple использовала всего 0,58% общемировых объемов добычи этого металла.

    Но есть и другие батареи. Та же Tesla разрабатывает и реализует огромные аккумуляторные системы, которые служат для нивелирования скачков потребления энергии в пиковые часы. В крупном аккумуляторе содержится не менее тонны лития. Пока что производство таких систем не слишком масштабное, но через время все может измениться.


    В целом, общемировое потребление лития к 2025 году составит не менее 200 000 тонн этого металла.

    А как его добывают и хранят?


    Литий — очень активный химически металл, поэтому его добыча ведется несколько отличными от добычи большинства прочих, обычных металлов способами. Есть два способа выделить Li.


    Первый — из пегматитовых минералов, которые состоят из кварца, полевого шпата, слюды и других кристаллов. Ранее это был основной источник лития в мире. В Австралии, например, его добывают из сподумена, руды лития, минерала, который относится к пироксенам.

    Второй — из глин солончаков. Такие есть в Южной Америке и той же Неваде, о которой говорилось выше. Насыщенные литием рассолы можно «обогащать» при помощи испарителя на солнечной энергии. Затем, после достижения нужной концентрации гидроксида лития, его осаждают, добавляя карбонат натрия и гидроксид кальция. Этот процесс не очень дорогой, но занимает продолжительное время — от 18 до 24 месяцев. Именно такой способ планирует использовать Маск.


    У второго способа есть проблемы: при получении лития таким способом литий получает примеси — железо или магний (от магния сложнее всего избавиться). Тем не менее, на солончаковых землях много лития, и это делает второй способ очень привлекательным — от примесей все же можно избавиться.

    К слову, солончаки как раз не входят в списки разведанных месторождений, поскольку добыча лития выпариванием солевых растворов — новый метод, который ранее не применялся. Так что вполне может быть, что запасов лития на Земле гораздо больше, чем считается.


    Очень много лития в солончаковой пустыне Салар-де-Уюни на юго-западе Боливии. Под твердой коркой находится жидкий рассол с концентрацией лития в 0,3%.


    Есть и другие способы, но все они чисто лабораторные. Например, пару лет назад на Хабре публиковалась новость о том, что литий можно добывать из рассолов при помощи металл-органических каркасных мембран.


    Они копируют механизм фильтрации — ионную селективность — мембран биологических клеток в живых организмах. Кроме лития, этот способ дает и пресную воду, тоже ценный продукт. Но, к сожалению, ни стоимость, ни возможность масштабирования этого способа не освещены учеными. Да и спустя два года о коммерциализации метода так ничего и не слышно.

    Еще литий можно добывать… из литиевых батарей. То есть перерабатывать батареи, получая снова металлический литий и другие необходимые для создания аккумуляторов материалы. Но пока что переработка батарей ведется в малых объемах. Это достаточно сложный и дорогой процесс, так что в ближайшее время вряд ли мы услышим о строительстве крупных заводов по переработке батарей. Да, ученые работают над этим, но все это пока что лишь исследования.

    Сколько всего лития на Земле?


    Да не так уж и много. Вернее, того, что разведали, относительно немного. В 2019 году глобальные подтвержденные запасы этого металла оценивались в 17 млн тонн. В России — около 900 000 тонн. Если взять потенциально «плодородные» месторождения, то получится около 62 млн тонн. Возможно, геологи разведают новые месторождения, но в любом случае лития на Земле мало.

    Два года назад добыто было около 36 000 тонн. При этом 40% металла идет на аккумуляторы, 26% —на производство керамических изделий и стекла, 13% — выпуск смазочных материалов, 7% —металлургию, 4% — системы кондиционирования, 3% — медицина и полимеры.


    Основные поставки лития ведутся из Австралии (18,3 тыс. тонн в год), затем Чили (14,1 тыс. тонн в год) и Аргентина (5,5 тыс. тонн в год). В ближайшее время поставщики лития планируют увеличить объемы его добычи и поставки на мировой рынок.

    Кстати, компания Tesla, один из крупнейших потребителей лития, получила право на самостоятельную добычу металла в штате Невада, США. Илон Маск заявил, что его компания получила доступ примерно к 10 тыс. акров богатых литием залежей глины в Неваде.

    Литий для всех, и пусть никто не уйдет обиженным?


    Речь о недалеком будущем, когда понадобится производить гораздо больше литиевых батарей, чем сейчас. Насколько ученые могут судить, на ближайшие несколько лет этого металла хватит всем.

    С течением времени компании найдут способ снизить количество лития в батареях — уже сейчас ведутся исследования на эту тему. Скорее всего, добыча лития из рассолов тоже станет наращивать обороты, так что общие объемы металла возрастут, и весьма значительно.

    Но что будет через 10-20-30 лет? Сложно сказать. Возможно, «выстрелит» новая технология производства аккумуляторов, предложенная учеными или корпорациями. А может быть, специалисты смогут изменить конструкцию текущих аккумуляторов, значительно сократив количество лития, необходимое для производства одной батареи.

    В целом, пока что пути решения проблемы дефицита лития есть, и их немало. Давайте вспомним об этом вопросе лет через 5 и обсудим изменения здесь же, на Хабре. Хотелось бы надеяться, к тому времени не начнутся «литиевые войны», ведь этот металл уже называют «новой нефтью».

    Selectel
    ИТ-инфраструктура для бизнеса

    Комментарии 31

      +1
      То что дети в африке под дулами автоматов добывают литий это миф или нет?
        +30

        Что литий — миф. Для аккумуляторов в Африке дети добывают кобальт.

        0
        Эх, жаль что в качестве основного элемента для аккумуляторов взяли литий, а не натрий. Ведь натрия — навалом.
          +2

          Были такие попытки, ведь химия у них похожая. Но объемная плотность энергии у натриевых батарей низкая. А так бы давно бы на натрий перешли бы.

            +5
            Проблема в том, что ионы натрия больше, соответственно хуже внедряются в другие вещества, чем литий. А на катоде именно это и нужно. Вогнать ион лития в оксид кобальта существенно проще, чем ион натрия.
            Второе, как уже сказали, натрий тяжелее. Соответственно на единицу массы можно запасти меньше энергии.
              0
              Хорошо подошёл бы углерод, по относительно небольшой атомной массе и очень большой распространённости в природе. Но вот он ни отдавать, ни принимать электроны прям очень интенсивно не желает (в этом плане только элементы первой и предпоследней группы таблицы Менделеева выделяются, а углерод как раз посередине).
            +1
            «Благодаря малому удельному весу, литий стал неотъемлемым компонентом легких сплавов алюминия и магния, широко используемых в авиационной и космической технике.
            Высокая химическая активность определила профессиональную роль лития.
            В сфере органической химии он катализатор, в металлургии – дегазатор и рафинирующий агент, а в электротехнике – главное рабочее вещество химических источников тока.
            Обыденная, повседневная и давно привычная работа лития охватывает широкий спектр деятельности.
            Но свое наиболее веское, громкое и запоминающееся слово литий сказал в начале шестидесятых годов прошлого века при взрыве самой мощной в мире водородной бомбы,
            эквивалентной пятидесяти миллионам тонн тринитротолуола.

            Взрывная сила водородной бомбы бесспорно свидетельствует, что литий является энергоносителем, превосходящим многие природные источники жизненно важной энергии, в том числе и уран. Он способен, и в обозримом будущем непременно станет, основой мирного термоядерного синтеза.»
              +7
              Литий — очень активный химически металл, поэтому его добыча ведется несколько отличными от добычи большинства прочих, обычных металлов способами.

              То что дальше написано является следствием не того, что литий — активный, а того, что литий — рассеянный. То что он активный означает, что нужно много электроэнергии, чтобы его получать в нулевой степени окисления (металлическом виде). Но способ для получения подобных активных металлов (натрий, магний, титан, алюминий и т.д.) довольно универсальный — электролиз расплава.
                0
                То что дальше написано является следствием не того, что литий — активный, а того, что литий — рассеянный
                а разве его рассеянность не является прямым следствием его активности?
                  0
                  нет, натрий, магний, алюминий, кальций — тоже очень активные, но нисколько не рассеянные
                    0
                    Натрий и алюминий еще и как рассеяны. Натрий в составе NaCL растворен во всех морях и океанах. Алюминий в виде оксида Al2O3 — в составе всех глин.
                      +3
                      то что они везде есть, не значит, что они рассеяны.
                        0
                        Спасибо за просвещение :)
                +2

                Спасибо за статью. Интересно было бы узнать коэффициент перерабатываемости(degree of recycling) лития, его стоимость и виды процессов.

                  +6
                  эти компании будут производить около 15 млн электрокаров ежегодно, на что потребуется около 100 000 тонн лития в год.

                  Как это, если у вас же среднее количество лития на автомобиль — 44 кг?
                  Этого хватит всего лишь на 2,27 млн авто.
                    0
                    на производство одной батареи для Tesla Model S требуется 63 кг этого металла с 99,5% чистоты.

                    фраза не очень точная. в аккумуляторе литий в виде электролита, то есть раствора солей лития… карбонат, ферро-фосфат и тд. образование металлического лития в аккумуляторе — как раз является проблемой и небезопасно.
                      +2
                      Без нулевого лития, к сожалению, никак. Он там конечно не в металлическом виде, а в матрице графита. Грубо, потенциалообразующие реакции для кобальтитного и феррофосфатного аккумулятора:
                      LiC6 + CoO2 = LiCoO2 + C6
                      LiC6 + FePO4 = LiFePO4 + C6
                      Потенциал полуреакции Li+/Li0 = -3.04 В (для лития в графитовой матрице чуть меньше)
                      Fe3+/Fe2+ — насколько помню порядка 0.7В
                      Co4+/Co3+ — больше вольта.
                      Вычитаем из катодного потенциала анодный, получаем больше 4 В для кобальтитного аккумулятора. Единичная ячейка свинцового (серно-кислотного) дает только 2В. Это ещё одна причина огромной энергоемкости литиевых аккумуляторов.
                      +3
                      Хорошо, положили в Теслу 50 кг лития.
                      Но он же никуда не расходуется!
                      Пройдет 10-20 лет, батарею продадут на переработку, вскроют банки, извлекут соли лития, промыв растворителем, профильтруют, и снова пустят в дело. И это будет намного выгоднее, чем доставать его из бедной грязной подземной соли.
                      Также и электроды.
                        0
                        Выгоднее это будет, если сразу при производстве батарейки загонять в цену стоимость её будущей переработки. Пока дешевле выкидывать аккумуляторы на свалку, чтобы они там землю отравляли.
                          0
                          Увы, не дешевле — все производители используют разные составы электролитов и все еще дешевле добыть его из жижи, чем разбираться, что за бульон получился при переработки старых батарей.
                            0
                            Есть какие-то доказательства, что перерабатывать дороже или сложнее?
                            А в условиях дефицита лития?

                            Особенно меня забавляет, когда заявляют: «Глупцы „зеленые“! Куда нам потом захоронять использованные батареи? Они очень грязные и неэкологичные».
                            Как будто речь идет о ядерных отходах.
                            Кстати о ядерных отходах. Было такое озеро Карачай, куда тупо сливали по настоящему ядреные ядерные отходы.
                            И ничего, засыпали, забетонировали.
                            Но литиевые аккумуляторы, разумеется не такие.
                            Никто просто так не будет выкидывать медную и алюминиевую фольгу и стальной корпус. Что касается электролита, он не токсичный. Вот например, никель кадмиевые аккумуляторы токсичные. А литиевые — нет. Кушать конечно не нужно, но и паниковать тоже не надо.

                            Кстати, сейчас становится все более популярна индивидуальная солнечная энергетика. И почему бы не поставить старую батарею себе в дом как накопитель (или продать кому-нибудь). Да, сотни киловатт мощности из неё уже не вытянешь, но обеспечить дом электричеством она сможет.

                            Аккумуляторы литиевые очень живучие, на самом деле.
                            Я недавно раскопал старый аккумулятор от ноутбука 2004 года выпуска. Он примерно с 2008 года лежал у меня полностью разряженный в гараже. Я вскрыл его, каждую банку зарядил и измерил с помощью разряда их емкость. Она была примерно 80-90% от номинальной!
                            То есть 15 лет жизни и 10 лет без заряда почти не повредили их.
                              –1

                              1 цикл после 10 летнего хранения в ненадлежащих условиях — не показатель, 145%.

                                0
                                Слушал подкаст, где был мужик, который этой темой занимается. Переработка батарей, по его словам, все еще очень большая проблема с экономической точки зрения.
                            +7
                            Во-первых, 63 килограмма в батарее Теслы — это карбонат лития. 99,5% — это не чистота металла, это чистота карбоната лития. Лития по весу там — в районе 7 килограммов.
                            Второе — по поводу переработки. Сложность переработки на текущем этапе — только в том, что сейчас основные литий-ионные батарейки — это одиночные маленькие батарейки, вроде батарей смартфонов или элементов 18650. Сложность не в их утилизации, сложность в том, чтобы их отдельно собрать в объёмы, пригодные для коммерческой переработки. В случае с электромобилями и домашними системами хранения энергии речь будет идти о цельных блоках в сотни килограммов, которые и будут утилизироваться.
                            Ну и по поводу количества лития на планете — в статье очень вскользь упомянули о методе добычи лития из морской воды, но не упомянули, что в морской воде лития — десятки миллиардов тонн. Целенаправленная добыча из морской воды может и не имеет смысла, а сопутствующая — вполне. В морской воде дофига чего растворено, если сначала высушивать морскую воду до густого рассола где-нибудь в гигантских ваннах в экваториальных пустынях, а потом извлекать всё растворённое и более-менее ценное, то запасов почти любых металлов хватит очень надолго.
                            Ну и свежие исследования на эту тему — в принципе, можно и не выпаривать. Сейчас учёные роют в направлении материалов, способных выборочно вытягивать тот или иной металл из морской воды, для лития это оказался оксид титана — хотя это известно минимум с 2014-го года, исследования на эту тему провели ещё японцы.
                            www.sciencemag.org/news/2020/07/seawater-could-provide-nearly-unlimited-amounts-critical-battery-material
                              0
                              63 килограмма в батарее Теслы — это карбонат лития.

                              Нет никакого карбоната лития в источниках тока. Карбонат лития — это исходный реактив для получения других соединений лития. Если вы будете делать что-то литиевое, то покупать вы будете именно карбонат. И производители продают в основном карбонат. Эта соль наиболее пригодна для транспортировки, хранения и дальнейшего использования. Большинство других соединений лития настолько хорошо поглощают воду, что на воздухе превращаются в лужицы за несколько минут. Не помогает даже винтовая резьба на крышках.
                                +1
                                "ЛИТИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ «батарейный» сорт
                                Упаковка продукта
                                Цилиндрические слитки с обезжиренной поверхностью упаковывают в пакеты из ламинированного алюминием полиэтилена, герметизированные сваркой в среде осушенного аргона и вложенные в пакеты из пузырчатого полиэтилена. Пакеты со слитками укладывают в бочки объемом 210 литров. Предварительно в бочку укладывают охранный полиэтиленовый мешок."
                              0
                              1. http://n-t.ru/ri/ps/pb003.htm — взгляд 30..40 летней давности.
                              2. Кто-нибудь сравнивал котировки лития от 2018 года, через гос. переворот в Боливии (осень 2019) и восстановление власти социалистов (осень 2020)?
                                0

                                Насчет лития не знаю, но акции Тесла в период октября-ноября 2019 выросли на 40%.

                                  0
                                  Кто-нибудь сравнивал котировки лития от 2018 года, через гос. переворот в Боливии (осень 2019) и восстановление власти социалистов (осень 2020)?

                                  Боливия в плане добычи пока мало что значит для мирового рынка, основные поставщики — Китай, Австралия, Канада и Бразилия, и их вполне хватает для текущих и будущих запросов на ближайшие лет пять. За последние пару лет цена на карбонат лития делает только одно — падает. Текущие котировки в азиатском регионе — 43500 юаней за тонну в Китае и 6750 долларов за тонну в Южной Корее/Японии. Рекордный ценник был в районе весны 2018-го, $20000 за тонну.
                                  +1
                                  А почему забывают про морскую воду? Там этого лития как гуталина на гуталиновой фабрике… Конечно, СЕЙЧАС, наверно из воды его добывать дороже чем из месторождений… Трудно отделить от похожего натрия или калия… Но как с любым сырьем, если в нем возникнет потребность, то технологии подтянутся…
                                    +4

                                    Зачем нужен литий? Батарейки не главное,


                                    I'm so happy 'cause today I found my friends :)

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое