“锂”清过去，“锂”解未来

文章来源于：战略性关键金属科普平台

作者：洪涛研究小组

编者按：

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。 

本微信公众号的宗旨是：“专注关键金属，普及地学知识，服务社会大众”。我们不仅关注科学研究的前沿和产业经济的动向，也希望将关键金属及相关的地学知识传播到千家万户，让更多的大众了解关键金属，关注国家和社会的发展。

我们策划了系列科普作品，在2022年元旦郑重推介中山大学地球科学与工程学院洪涛副教授研究小组的科普力作。将“锂”作为第一个隆重登场的对象，是因为：“锂”作为最轻的关键金属，又被称为“白色石油”，在电池、轻工业、航空航天、原子能领域，是不可或缺的重要元素，我们的生活早已经离不开“锂”；在动荡的国际形势下，更是有“锂”走遍天下，无“锂”寸步难行。2021年很多国家都进入了抢“锂”的队伍，但是想说爱“锂”不容易。旧时我们缺“锂”，总被别人“卡脖子”，但老祖宗教育我们要以“锂”服人，了解“锂”的前世今生，才有助于我们过上“锂”想生活。让我们跟随这篇科普文章，一起揭开“锂”的神秘面纱！

目录

一

寻根：揭开“锂”的面纱

二

追索：没“锂”不行

三

发掘：如何“锂”用，寻“锂”千百度

四

探索：湖“锂”硬“锂”，去哪找“锂”

五

未来：“锂”清家底，强国有“锂”

“锂”论知识问答

下列选项中哪些有锂元素的参与？

滑动查看答案

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

相信看完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

图源@科普号：一条（锂的燃烧过程：4Li+O22Li2O）

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，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，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，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（H. Bae and Y. Kim，2021）

右滑查看更多内容

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

锂辉石：LiAlSi2O6

链状硅酸盐矿物，理论上含Li2O 8.03%

晶体常为柱状、粒状或板状

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

α锂辉石

在酸性溶液中微溶，具耐酸腐蚀性

β锂辉石

与SiO2在较高温度下形成固溶体

其热膨胀系数随SiO2含量的增多而逐渐减小

由β锂辉石制备的陶瓷材料具抗热震性

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

锂云母：KLi2Al(Si4O10)(F,OH)2～K(Li1.5Al1.5)(AlSi3O10)(F,OH)2

层状硅酸盐矿物，Li2O含量为~7.74%

一般为片状或鳞片状集合体

呈玫瑰色或浅紫色

锂电气石-Na(Li1.5Al1.5)Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3(OH)

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

每开采一吨硬岩锂矿平均需要

15吨CO2、469 m3水

开采地下储层生产锂

需要占据3124 m2的土地

开采锂矿造成的环境污染

（照片来源：https://image.baidu.com/search/index?tn=baiduimage&ps=1&ct=201326592&lm=-1&cl=2&nc=1&ie=utf-8&dyTabStr=MCw1LDEsNiw0LDMsNyw4LDIsOQ%3D%3D&word=锂矿环境污染）

04

探 索

湖“锂”硬“锂”，去哪找“锂”

全球6大洲都有分布

总储量约1700万吨

种类十分丰富

但世界各地锂资源量及储量参差不齐

储量名列前茅的国家主要有

智利、澳大利亚、阿根廷、中国、刚果金、

玻利维亚、美国、加拿大、津巴布韦、巴西

全球主要锂矿床分布图（标示了近年来新发现的矿床）（据刘丽君等：国内外锂矿主要类型、分布特点及勘查开发现状，2017）

按照不同的构造和赋存环境

锂矿的成因类型主要可以归类为

盐湖卤水型、伟晶岩和花岗岩型（硬岩型）

和沉积岩型

主要的盐湖卤水型锂矿床

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构造区域

世界已知重要的含锂盐湖

有智利阿塔卡马(Atacama)、

玻利维亚乌尤尼(Salar de Uyuni)、

阿根廷翁布雷穆埃尔托(Hombremuerto)、

美国“银峰”（Silver Peak）、

美国西尔斯（Searles）、

美国大盐湖(Great Salt Lake)、

中东死海(Dead Sea)

玻利维亚Salar de Uyuni（照片来源https://www.sohu.com/a/162935859_383632）

硬岩型锂矿床

多产出在花岗质伟晶岩矿脉中

常与花岗岩侵入体共生

这一类锂矿的开采，多以露天开采为主

世界上较知名的几个大的露天开采的硬岩型锂矿

大部分在澳大利亚

中国锂矿资源---丰富多样、分布广泛

我国硬岩锂矿床，大多形成于中-新生代

主要分布于松潘甘孜、西昆仑、

阿尔泰、喜马拉雅、华南

盐湖卤水型矿床主要形成于新生代

主要分布在西藏和青海

所探明的锂矿床分布于我国９个省（自治区）

主要集中在青海、西藏、四川、江西、

湖南、新疆等六省（自治区），

六省（自治区）合计查明资源储量占全国锂查明资源储量的98%以上

我国锂矿资源分布图（据刘丽君等：国内外锂矿主要类型、分布特点及勘查开发现状，2017）

我们一起来欣赏

锂矿原产地的风景

十分的靓丽

察尔汗盐湖

地处柴达木盆地南部

面积大约5856平方公里

中国最大、世界第二大的盐湖

是我国典型盐湖卤水型锂矿床

中国新疆准格尔盆地典型伟晶岩硬岩型锂矿

可可托海三号脉

它是中外地质学者心中的“耶路撒冷”

它是举世闻名的“地质圣坑”

它是共和国的“功勋之矿”

由于锂元素是连接宇宙大爆炸、星际物质和恒星的关键元素

所以，锂并不是只在地球有分布

2018年，中国科学院发现了一颗奇特天体

它的锂元素含量约是同类天体的3000倍

是目前人类已知锂元素丰度最高的恒星

是新发现的富锂巨星

编号为TYC429-2097-1

不同类型的锂矿开采价值也有所不同

花岗伟晶岩型锂矿品位高、易于开采

碳酸盐型盐湖卤水锂易于提取、成本低

05

未来：“锂”清家底，强国有“锂”

随着锂产业持续高速发展

中国建立了完整的锂产业链

（上游、中游、下游）

是目前世界第一的锂消费大国

几乎占用40%的原锂资源

为此要大量进口

锂的对外依存度高达74%

据翟明国等（2020）

我国矿石提锂技术相对成熟

但锂资源自给能力弱，对外依存度长年居高不下

易受国外资源供应制约

是中美关键金属相互制衡的

重要博弈的金属能源之一

锂资源的国际市场由少数几个跨国公司控制

其中智利公司SQM（智利矿业化工）、美国公司Albemarle Corp（雅宝）、Livent 公司

近占有三分之二的产量

另外三家是进入国际市场的中国公司

天齐锂业、赣锋锂业和盛新锂能

随着中华民族崛起的进程

他们也在持续发挥着影响力

中国也将在未来锂的贸易和定价权博弈中

发挥更重要的作用

右滑查看更多

2020年至2050年

锂消耗量将以每年18%的速度增长

市场不断扩大

需求增长加速

全球多机构预测未来会发生将近46720818吨的锂资源的短缺

因此，锂是非常重要的经济价值、

国家战略价值的金属

进一步摸清楚国内和国外的锂资源家底、

盐湖提锂的技术突破、加强锂循环利用

是破解我国未来锂资源困局的重要举措

新疆白龙山伟晶岩型锂矿野外露头照片（据王核等，2018）

喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿野外露头照片（据秦克章等，2021）

结束语：

关键金属锂

你现在Li解了吗？

如果还意犹未尽

下面的视频能够帮助你进一步理解

视频来源于喵教授YouTube，转载请注明

如有侵权，请联系删除

谢谢观看！

创作团队

文案、编辑：洪涛、马靖、高亢亢、韦娉婷

制作与美术设计：马靖、韦娉婷、高亢亢

审校：谢磊、章荣清

排版与校正：瞿川豪、刘相君