文章轉載自“戰略性關鍵金屬科普平台”
編者按：
關鍵金屬，是指對新材料、新能源、資訊技術、航空航天、國防軍工等新興産業具有不可替代的重要用途的一類金屬元素及其礦床的總稱，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産業的發展具有重大戰略意義。
本微信公衆号的宗旨是：“專注關鍵金屬，普及地學知識，服務社會大衆”。我們不僅關注科學研究的前沿和産業經濟的動向，也希望将關鍵金屬及相關的地學知識傳播到千家萬戶，讓更多的大衆了解關鍵金屬，關注國家和社會的發展。
我們策劃了系列科普作品，在2022年元旦鄭重推介中山大學地球科學與工程學院洪濤副教授研究小組的科普力作。将“锂”作為第一個隆重登場的對象，是因為：“锂”作為最輕的關鍵金屬，又被稱為“白色石油”，在電池、輕工業、航空航天、原子能領域，是不可或缺的重要元素，我們的生活早已經離不開“锂”；在動蕩的國際形勢下，更是有“锂”走遍天下，無“锂”寸步難行。2021年很多國家都進入了搶“锂”的隊伍，但是想說愛“锂”不容易。舊時我們缺“锂”，總被别人“卡脖子”，但老祖宗教育我們要以“锂”服人，了解“锂”的前世今生，才有助于我們過上“锂”想生活。讓我們跟随這篇科普文章，一起揭開“锂”的神秘面紗！
目錄
“锂”論知識問答
下列選項中哪些有锂元素的參與？
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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、飛彈、宇宙飛船
相信看完答案的你有很多疑惑吧
锂究竟是什麼
又如何走進了千家萬戶
還能飛上九霄雲外呢
讓我們一起探索“锂”的世界
01
尋 根
揭開“锂”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Ut 小島上
發現了透锂長石(LiAlSi4O10)
随後，1817年瑞典化學家
約翰·奧古斯特·阿韋德松
(Johann August Arfvedson)
在分析透锂長石時終于發現了
其中的特殊元素
他把這個扔到火裡會出現濃烈的
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(圖檔源自：https://www.lithiaworks.com/history-of-lithium)
但是
此後的50年裡
一直都沒有人能夠分離出大量的锂
直到1855年
德國化學家Robert Bunsen和
英國化學家Augustus Matthiessen
通過電解锂
獲得了大塊的锂
從此開啟了锂元素“輝煌的開挂之路”
锂在化學元素周期表處于第三位
是密度最小的金屬元素
單質锂為銀白色，又被稱為“白色石油”
小刀就能輕松切開
但可千萬别小看它
锂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
在吃貨眼裡或許更像一朵花椰菜
圖源@科普号：一條（锂的燃燒過程：4Li+O2=2Li2O）
金屬锂元素的實體化學性質十分特殊：
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
锂的原子量小(6.49)，電化當量高(3.87Ah/g)
電負性低(-3.045 V)，電阻低
導熱性好，利于電極集流
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-锂的用途和應用領域
02
追索：沒“锂”不行
1949年以前，我國锂工業還是一個空白
随着新疆锂資源的開發
相繼建成了采、選、冶配套工藝
新中國飛速的經濟發展也離不開锂的廣泛應用
自1817年锂元素被初次發現已經過去了200多年
起初，锂的應用僅限于玻璃、陶瓷和潤滑劑
锂最先在工業中用作潤滑劑的增稠劑
加一滴锂潤滑劑在車零件上
就足以用到汽車報廢！
二戰後，在原子能工業上的應用
讓锂元素搖身一變，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
就是用氚化锂充當炸藥
（我國第一顆氫彈爆炸，圖源中國共産黨新聞網）
新中國成立以來，航空航天事業飛速發展
其中也少不了锂元素的身影
用锂和锂的化合物制成的固體燃料
能量高、燃速大、比沖量高
非常适合作火箭、飛彈和宇宙飛船的推進劑
（C919國産大型客機采用了鋁锂合金材料，減少飛機的結構重量，圖源百度圖檔）
锂與多種金屬組成輕合金、耐磨合金等
将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“锂”
在現代，锂元素的主要消費領域無疑是電池産業
随着電子産業迅速發展，锂電池憑借
使用壽命長、自放電率低、具高功率承受力、
綠色環保等特點
走進千家萬戶
1970年4月24日
我國第一顆衛星“東方紅一号”
出于輕便的要求，用的就是锂電池
（左：锂紐扣電池，右：東方紅一号衛星，圖源百度圖檔、百度百科）
03
如何“锂”用，尋“锂”千百度
锂的應用如此廣泛、性質如此特殊
我們不禁要問，從哪裡能夠擷取锂資源？
如何才能高效地利用這些锂資源呢？
在自然界中
Li主要賦存于花崗偉晶岩、花崗岩和鹽湖鹵水中
從鹽湖鹵水的LiCl中提取的Li一般隻能生産
工業級碳酸锂
從鹽湖鹵水中提Li流程圖（H. Bae and Y. Kim，2021）
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從富锂(锂輝石和锂雲母)的礦石中提出的锂
先是粗制碳酸锂，再到工業碳酸锂
才能運用到電池級碳酸锂的生産中
富锂的礦石主要有
锂輝石、锂雲母、锂電氣石和锂磷鋁石
這些富锂的礦物主要存在于花崗偉晶岩中
锂輝石：LiAlSi2O6
鍊狀矽酸鹽礦物，理論上含Li2O 8.03%
晶體常為柱狀、粒狀或闆狀
天然锂輝石以α相存在
1050℃以上，逐漸變成β相
在高壓(1.5 GPa)下，能夠産生γ相
不同的晶體結構表現出不同的性質
α锂輝石
在酸性溶液中微溶，具耐酸腐蝕性
β锂輝石
與SiO2在較高溫度下形成固溶體
其熱膨脹系數随SiO2含量的增多而逐漸減小
由β锂輝石制備的陶瓷材料具抗熱震性
圖檔來源：尚玺等: 富锂礦物的锂提取與戰略性應用.2019.
锂輝石提锂工藝主要包括酸法、堿法、
高溫氯化以及鹽焙燒
其中硫酸法是最常用、最成熟的
锂雲母：KLi2Al(Si4O10)(F,OH)2～K(Li1.5Al1.5)(AlSi3O10)(F,OH)2
層狀矽酸鹽礦物，Li2O含量為~7.74%
一般為片狀或鱗片狀集合體
呈玫瑰色或淺紫色
锂電氣石-Na(Li1.5Al1.5)Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3(OH)
環狀矽酸鹽礦物
常見有紅色(含錳)、綠色(含鉻和釩)以及黃色、藍色、白色等
锂電氣石（圖檔來源：https://www.mindat.org/min-1364.html）
目前，锂需求激增
從锂雲母中提取锂鹽日益受到重視
锂礦公司逐年加大産能投入
江西省宜春市實作了锂雲母提锂産業化利用
當地企業（如江特電機、永興材料）
采用複合硫酸鹽焙燒工藝提锂
使得锂的産能大幅增長
此外，锂電産業的暴富效應
讓更多的企業加入到锂資源的投資開發中
贛鋒锂業、天齊锂業、盛新锂能、鹽湖股份、
西藏珠峰、融捷股份、永興材料、江特電機等
都是锂資源開發的佼佼者
锂是新能源戰略性礦種
锂資源的開發更是锂行業價值鍊的第一環
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”
（贛鋒锂業、天齊锂業、盛新锂能、中礦資源、甯德時代等）
作為全球領先的锂産品生産商
天齊锂業先後控股泰利森
參與西澳格林布什锂礦的開發
（全球在開采的最大的硬岩型锂礦）
同時入股智利礦業化工
（全球最大的鹽湖提锂公司）
能夠獲得穩定的海外锂原料供應
圖檔來源：天齊锂業官方網站
目前礦石提锂工藝不少
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于實驗室研究階段
不具有經濟性和可操作性
如何研發出綠色環保、高效利用的提锂技術
是亟需關注的重點問題
每開采一噸硬岩锂礦平均需要
15噸CO2、469 m3水
開采地下儲層生産锂
需要占據3124 m2的土地
開采锂礦造成的環境污染
（照片來源：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=锂礦環境污染）
04
探 索
湖“锂”硬“锂”，去哪找“锂”
全球6大洲都有分布
總儲量約1700萬噸
種類十分豐富
但世界各地锂資源量及儲量參差不齊
儲量名列前茅的國家主要有
智利、澳洲、阿根廷、中國、剛果金、
玻利維亞、美國、加拿大、辛巴維（威）、巴西
全球主要锂礦床分布圖（标示了近年來新發現的礦床）（據劉麗君等：國内外锂礦主要類型、分布特點及勘查開發現狀，2017）
按照不同的構造和賦存環境
锂礦的成因類型主要可以歸類為
鹽湖鹵水型、偉晶岩和花崗岩型（硬岩型）
和沉積岩型
主要的鹽湖鹵水型锂礦床
多産出于山間盆地、闆塊大陸邊緣火山弧後盆地等
以及新生代地質活動較活躍構造區域
世界已知重要的含锂鹽湖
有智利阿塔卡馬(Atacama)、
玻利維亞烏尤尼(Salar de Uyuni)、
阿根廷翁布雷穆埃爾托(Hombremuerto)、
美國“銀峰”（Silver Peak）、
美國西爾斯（Searles）、
美國大鹽湖(Great Salt Lake)、
中東死海(Dead Sea)
玻利維亞Salar de Uyuni（照片來源https://www.sohu.com/a/162935859_383632）
硬岩型锂礦床
多産出在花崗質偉晶岩礦脈中
常與花崗岩侵入體共生
這一類锂礦的開采，多以露天開采為主
世界上較知名的幾個大的露天開采的硬岩型锂礦
大部分在澳洲
中國锂礦資源---豐富多樣、分布廣泛
我國硬岩锂礦床，大多形成于中-新生代
主要分布于松潘甘孜、西昆侖、
阿爾泰、喜馬拉雅、華南
鹽湖鹵水型礦床主要形成于新生代
主要分布在西藏和青海
所探明的锂礦床分布于我國９個省（自治區）
主要集中在青海、西藏、四川、江西、
湖南、新疆等六省（自治區），
六省（自治區）合計查明資源儲量占全國锂查明資源儲量的98%以上
我國锂礦資源分布圖（據劉麗君等：國内外锂礦主要類型、分布特點及勘查開發現狀，2017）
我們一起來欣賞
锂礦原産地的風景
十分的靓麗
察爾汗鹽湖
地處柴達木盆地南部
面積大約5856平方公裡
中國最大、世界第二大的鹽湖
是我國典型鹽湖鹵水型锂礦床
中國新疆準格爾盆地典型偉晶岩硬岩型锂礦
可可托海三号脈
它是中外地質學者心中的“耶路撒冷”
它是舉世聞名的“地質聖坑”
它是共和國的“功勳之礦”
由于锂元素是連接配接宇宙大爆炸、星際物質和恒星的關鍵元素
是以，锂并不是隻在地球有分布
2018年，中國科學院發現了一顆奇特天體
它的锂元素含量約是同類天體的3000倍
是目前人類已知锂元素豐度最高的恒星
是新發現的富锂巨星
編号為TYC429-2097-1
不同類型的锂礦開采價值也有所不同
花崗偉晶岩型锂礦品位高、易于開采
碳酸鹽型鹽湖鹵水锂易于提取、成本低
05
未來：“锂”清家底，強國有“锂”
随着锂産業持續高速發展
中國建立了完整的锂産業鍊
（上遊、中遊、下遊）
是目前世界第一的锂消費大國
幾乎占用40%的原锂資源
為此要大量進口
锂的對外依存度高達74%
據翟明國等（2020）
我國礦石提锂技術相對成熟
但锂資源自給能力弱，對外依存度長年居高不下
易受國外資源供應制約
是中美關鍵金屬互相制衡的
重要博弈的金屬能源之一
锂資源的國際市場由少數幾個跨國公司控制
其中智利公司SQM（智利礦業化工）、美國公司Albemarle Corp（雅寶）、Livent 公司
近占有三分之二的産量
另外三家是進入國際市場的中國公司
天齊锂業、贛鋒锂業和盛新锂能
随着中華民族崛起的程序
他們也在持續發揮着影響力
中國也将在未來锂的貿易和定價權博弈中
發揮更重要的作用