全球锂的资源、应用及其再生利用
全球锂的资源、应用及其再生利用
殷德洪
【摘 要】锂,按其元素性质划分虽属于轻金属,但通常却并未被归类为轻金属。究其原因,不仅是由于它的金属形态不稳定,而且也是由于迄今为止在工业上的应用数量还很有限。目前,我们所熟知的锂应用领域为：锂盐在原铝生产中的应用,锂作为添加元素在航天铝合金生产中的应用,等等。随着上世纪70年代锂离子电池和80年代充电锂蓄电池技术的成功开发,锂的应用量增长极快,现在已被广泛用于便携式计算机、各种各样的电子设备（零部件）以及混合电动车等领域。另外,值得注意的是,随着电池用锂量的增加,锂的回收及其再生利用已成为当今世界重要的研究课题之一。
【期刊名称】《世界有金属》
【年(卷),期】2011(000)008
【总页数】5页(P25-29)
【关键词】再生利用;锂盐;应用;蓄电池技术;资源;便携式计算机;锂离子电池;混合电动车
【作 者】殷德洪
【作者单位】不详
【正文语种】中 文
【中图分类】X705
牛年大气简短的新年贺词锂，按其元素性质划分虽属于轻金属，但通常却并未被归类为轻金属。究其原因，不仅是由于它的金属形态不稳定，而且也是由于迄今为止在工业上的应用数量还很有限。目前，我们所熟知的锂应用领域为：锂盐在原铝生产中的应用，锂作为添加元素在航天铝合金生产中的应用，等等。随着上世纪70年代锂离子电池和80年代充电锂蓄电池技术的成功开发，锂的应用量增长极快，现在已被广泛用于便携式计算机、各种各样的电子设备（零部件）以及混合电动车等领域。另外，值得注意的是，随着电池用锂量的增加，锂的回收及其再生利用已成为当今世界重要的研究课题之一。
锂在所有金属中比重最小（ρ=0.534g/cm3）。200多年以前，锂在铁矿床中被发现；第一次世界大战后，锂在工业上首次应用。开始时，以一种含锂的铅合金、即所谓“轴承合金”
用于滑动轴承上。近50年来，锂的应用领域得到了进一步扩展，例如，在多用途含锂润滑油的合成剂中的应用，以及用于生产一次性电池和可充电电池。锂能从两种矿石（如锂辉石和透锂长石）和天然盐水中提取。玻璃工业直接以锂矿石及其精矿为原料加以利用，而其他工业则无例外地都要通过中间产品——碳酸锂盐为原料来加以利用。现在一次性电池和可充电电池行业是锂应用最重要的领域。随着新能源汽车工业（混合和纯电动车用蓄电池业）的蓬勃发展，锂的应用将得到进一步扩张。锂的其他应用领域还包括陶瓷制品、玻璃器皿、润滑剂、医药制品、塑料制品、空调器件、铝电解所用的熔盐、含锂铝镁合金和化学工业等。当今，废电池是回收锂的唯一再生原料。现有工厂处理含锂废电池的主要商业目的，主要是回收钴、镍以及铜，仅有少数企业能用有效工艺回收不同形态的锂化合物。目前，有关方面除了研究如何提高其他有价金属废料的回收效率以外，还在努力开发再生锂的新工艺。
锂的“前世”
锂是乔斯·博尼法希奥·安德拉德（Jose Bonifacio de Andrada）于1790年 和1800年之间，在铁矿床中的含锂透长石（LiAlSi4O10）和锂辉石[LiAl（SiO3）2]中发现的，并以希腊文“l
ithos”命名为锂，意指这是从石头中发现的。后来，1817年8月，瑞典化学家阿夫德逊（A.Arfvedson）检测乌托岛的含锂透长石，证实了这种新元素的存在。1818年英国人戴维（Davy）和白南德（Brande）用电解法制得了少量的金属锂。1854年德国人班生（Bunsen）和马梯生（Matthiessen）则采用电解熔融氯化锂的方法制得了以克计量的金属锂。然而，在第一次世界大战期间，锂金属在工业上仅被作为一种制造“轴承合金”的元素（即一种制造“滚动轴承”的含锂铅合金）使用。第二次世界大战期间，锂（氢化锂形态）作为氢的来源开始在军事上得到应用。近50年来，锂的应用开始扩展，例如，用锂制作供交通运输和其他工业用的多用途润滑剂，以及制作一次性电池和可充电蓄电池。锂的应用前景扩展迅速，不仅表现在电动车领域（供混合和电动车用的充电蓄电池），而且在原子能工业也是如此。后者，以锂的同位素状态，通过中子轰击，使其转变为氚（即超重氢H3，氢的同位素之一，符号为T，质量数为3，有放射性，应用于热核反应）来加以应用。
锂矿石储量及锂的提取回收
世界上已知的含锂矿物有150多种。但是，其中只有4种矿物最为重要，即磷铝石（含7%
～9% Li2O）、锂辉石（含6%～7% Li2O）、含锂透长石（含3.5%～4.5% Li2O）和锂云母（含3%～4%Li2O）。锂辉石和含锂透长石对生产玻璃来说非常有用，而锂辉石还是制造碳酸锂的重要原料。氯化锂含量高的天然盐湖卤水，则可用蒸发（汽化）法提取锂。然而，用现行工艺从含锂量仅为0.17ppm的海水中提取锂，经济上不划算。
目前，锂辉石仍然是生产锂化合物唯一有用的矿物。现阶段，世界上最大的锂辉石矿床位于刚果，估计其锂资源储量不低于200万吨。现已查明，其他重要的锂（锂辉石）矿石储量主要分布在澳大利亚、美国、加拿大、津巴布韦、俄罗斯和中国，欧洲的此类矿石储量目前则非常有限。最近几年，来自盐湖和咸海的含锂矿物正在成为生产锂化合物最重要的原料来源。此类资源的可采储量分布在南、北美洲和中国的西部。一般海水含锂量虽只有0.17ppm，然而也有一些特殊地方的海水含锂量较高。例如，以列死海的海水中锂含量高达20ppm；再比如，中国西藏的扎布耶盐湖，湖水中锂含量甚至高达1200 ppm。2003年，全球得到确认的来自死海和盐湖的可采锂资源储量合计为180万吨。
近年来，世界上几个重要国家（美国除外）含锂矿物和矿盐的提取回收情况见图1。
从图1可以清楚看出，2002～2006年期间，锂矿物和锂盐生产发展迅速，产量快速翻番，
这主要得益于澳大利亚锂辉石产量的大幅增长。目前，世界锂及其化合物市场的供给量主要来自美国、智利和德国，但有些锂碳酸盐、含锂氢氧化物以及少量的锂氯化物和锂金属则来自中国和俄罗斯。
在自然界，有些石油资源与盐水共存于地下，这些盐水也是一种潜在的含锂资源。通常开采石油时这些含锂盐水也会被开采出来；据检测，其含锂量高达100mg/L，美国得克萨斯州的石油开采情况就是一个实例。然而，由于此类盐水中镁含量过高，故直到现在仍无法用经济的方法从中回收锂。
锂矿石经露天采出后，第一阶段要做的就是进行矿石富集，即将含有Li2O大约为1%～1.5%的原矿富集为含Li2O约4%～4.5%的精矿。较高品位的锂精矿，需进一步采用选矿方法将其中的石英、长石和云母清除掉才能获得。用这种方法，可将精矿中Li2O品位提高到5.5%～7.5%。其后，就可以采用各种湿法冶金工艺来处理锂精矿，用以制取碳酸锂了。
关于春草的诗句图1 世界几个重要国家（美国除外）含锂矿物和盐类的生产情况我爱你 韩语
图2 锂的应用领域
图3 各种电池、蓄电池能量及功率系数（功率与密度比）的比较
如果要以盐水为制取碳酸锂的原料，则其中的锂含量应达到5000ppm。这些盐水中的大部分水必须用蒸发（汽化）法除掉。采用这种方法，只有在炎热和干燥的地区，具有充足的高比率太阳能才经济可行。浓缩溶液经过净（纯）化和适当加热后，再添加碳酸钠促使碳酸锂沉淀析出。锂含量低于100ppm的盐水，则需要采用其他工艺来处理。例如，先将溶液沉淀析出磷酸锂钠（Li2NaPO4）；接着将盐酸加入硫酸锂和硫酸钠的混合物中进行反应，从而使Li2O的浓度达到20%～21%；然后，再将其溶解后添加碳酸钠，以沉淀析出碳酸锂。这一工艺是否经济可行，主要取决于其伴生的副产品（如氯化钙、硫酸钠、四硼酸钠、磷酸和溴等）价值大小而定。几时立春
碳酸锂是制取金属锂和其他锂化合物的基础原料。就金属锂的还原工艺而言，首先要用盐酸与碳酸锂进行反应，生成一种极具腐蚀性的LiCl溶液；再通过结晶和干燥工序，获得一种可供电解冶炼、进而制取金属锂所用的原料，即极具吸湿性的LiCl粉末。
锂及其化合物的应用
在世界有金属市场上，锂与其他有金属相比，产量要少得多。尽管如此，锂的应用范围却非常宽广。锂及其化合物最主要的应用领域，可大致归纳为以下几方面：
上世纪80年代，由美铝（Alcoa）、加 铝（Alcan）和 法 国（Pechiney）铝业公司共同研发出来的Al-Li合金最为引人注目。这种新材料与传统的铝合金相比，不仅比重较小，而且强度也相对较高，可以制成不同型号的Al3Li合金。因此，其被列为航天、航空工业（军事、民航客机等）领域最具有应用优势与发展潜力的材料。
回族开斋节锂及其化合物虽然是生产陶瓷、玻璃、润滑剂和医药制品不可或缺的原料，然而，自2007年以来，电池和蓄电池已成为锂的重要应用领域。除此之外，锂及其化合物还是生产特种合金以及建材、结构件，染料、消毒剂、特殊无机化合物的重要原料，见图2。
电池和蓄电池行业的锂需求量之所以能够快速增长，主要取决于：锂电池及锂蓄电池与其他类型电池相比，具有良好的能量密度（energy density）和功率系数（power density，即单位物质密度与释放功率大小之比），见图3。
由于混合动力车市场不断增长，估计这一领域的锂需求量也将会日益增长。一项有关混合
动力车能否经济运行的研究表明，最为关键的问题是要获得重量最轻、能量和功率系数最大的蓄电池和电容器，满足在同样重量情况下尽可能低的输出电流，以便使这些机动车的运行里程达到更为理想的范畴。在可以预见的未来，锂离子电池（LIB）恰恰可以较好满足这些要求，故锂离子蓄电池被选中，成为为混合动力车系统提供能源的理想产品。
迄今为止，便携式计算机和移动通信工具也已成为应用锂离子电池（LIB）的主要领域。关于锂离子电池（LIB）应用领域的巨大增长潜力，可见表1。
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