Литий в металлургии: добыча и сфера применения

О чем речь? Литий в металлургии служит легирующей добавкой к сплавам для улучшения их качества и свойств. Так, этот легчайший металл повышает уровень пластичности, прочности и устойчивости к коррозии.

На что обратить внимание? Ценность лития возрастает с каждым днем, так как его использование на рынке довольно обширно: от электроники, металлургии и строительства до пищевой промышленности и медицины. К 2030 году Россия должна выйти на самостоятельную добычу металла, чтобы покрывать нужды страны и работать на экспорт. Это связано с прекращением поставок из Чили и Аргентины.

Краткое описание лития

Литий – это щелочной металл с атомным весом 6,94, занимающий третье место в таблице Менделеева. Он обладает высокой химической активностью, легко ионизируется, в природе в чистом виде встретить его практически невозможно. Быстро окисляется при взаимодействии с кислородом, тускнеет и теряет изначально присущий ему серебристо-матовый металлический блеск.

Литий – наиболее легкий металл, его плотность в два раза меньше, чем плотность воды и в пять раз ниже, чем у алюминия. Кроме того, этот химический элемент обладает наименьшей механической прочностью, при комнатной температуре его можно разрезать ножом. Для него характерна высокая удельная теплоемкость (выше только у эталонной воды, на 15 %). У данного вещества наивысшие в своей группе температуры плавления (+180,5 °C) и кипения (+1330 °C).

Литий добывают двумя способами:

• гидроминеральным – из минеральных озер, содержащих высококонцентрированный солевой раствор;
• рудным – из интрузивных магматических горных пород в карьерах и шахтах.

Основные месторождения добываемого лития для металлургии сосредоточены в Чили, Аргентине, Австралии и Китае.

Сферы применения лития

Сфера применения металла и его соединений весьма широка: от изготовления стекла и керамики до производства химических накопителей энергии; от строительной отрасли до медицинской сферы. Литий используется в лазерной технике, системах очистки и регенерации воздуха, атомной энергетике, создании смазочных материалов и пр.

Вещество используют как в форме металла, так и в виде различных соединений, чаще всего применяют карбонат (Li₂CO₃) и гидроксид (LiOH) лития.

Литий используется не только в металлургии, в настоящее время он широко применяется при создании аккумуляторов, в первую очередь, литий-ионных, которыми оснащаются электротранспорт, а также промышленные и бытовые стационарные накопители энергии и компактные источники тока для компьютерной и телекоммуникационной техники. Несмотря на повсеместное использование вещества в катодах литий-ионных аккумуляторов, оно в последнее время все чаще находит применение в электролите и в анодах некоторых новых перспективных видов химических источников тока.

В металлургии литий используют как легирующий компонент, повышающий качественные характеристики сплавов, а также как элемент, необходимый для создания ряда металлов. Например, при электромеханической технологии производства алюминия вещество выступает в роли присадки к электролиту. Кроме того, при добавлении в алюминиевые и другие сплавы оно улучшает их механические качества и коррозионную устойчивость. Также этот щелочной металл входит в состав припоя.

Помимо металлургии, литий используют для изготовления специальных стекол, термостойкой и прочной керамики, керамических глазурей. Для этих целей подходит либо сырьевое соединение лития (сподумен), либо карбонат щелочного элемента.

Соль лития и стеариновой кислоты является одним из основных компонентов высокотемпературной смазки. Кроме того, соли металла входят в состав лекарственных препаратов, применяемых для лечения больных, страдающих расстройствами психики, включая маниакальные состояния, суицидальные расстройства и пр.

У металла есть семь искусственно созданных радиоактивных изотопов с периодом полураспада, не превышающим одной секунды, которые не находят практического применения. Однако стабильные изотопы используются в сфере атомной энергетики.

Естественный литий включает в себя два нуклида: примерно 92,5 % составляет 7Li, около 7,5 % приходится на 6Li (в природном щелочном металле содержание этих элементов может различаться). Ядерно-физические свойства изотопов прямо противоположны: 7Li практически прозрачен для нейтронов, в то время как у 6Li сечение поглощения тепловых нейтронов очень велико и достигает 1000 барнов. Этими особенностями обусловлены различные сферы их применения.

Гидроксид обогащенного по изотопу 7Li лития является одним из реагентов, поддерживающих водно-химический режим легководных реакторов. Небольшое содержание металла снижает коррозионную активность борной кислоты, присутствующей в составе первого контура РУ для регулирования или аварийного гашения реактивности.

Соединения изотопа 7Li с фтором являются компонентом теплоносителя жидкосолевого ректора (ЖСР). Многие страны начинают активно внедрять этот тип установок, соответственно возрастет и спрос на названный изотоп.

Элемент 6Li способен делиться под воздействием тепловых нейтронов, при этом он выделяет энергию, хоть и меньшую, чем выделяют изотопы урана и плутония. С его помощью получают радиоактивный изотоп водорода – тритий, который находит применение в производстве стратегического ядерного оружия, а также в проектах освоения управляемого термоядерного синтеза.

Добыча лития в России

Россия занимает третье место в мире по запасам лития. Однако в течение 25 лет добыча этого щелочного металла практически не велась, и только сейчас предприятия начинают восстанавливать производственный цикл и разработку заброшенных литиевых месторождений.

В середине прошлого века в Мурманской области было открыто крупнейшее в нашей стране месторождение – Колмозерское. Больше 10 лет проводилась геологическая разведка местности, однако в 60-е годы ХХ века работы были приостановлены в связи с отсутствием спроса на этот металл. В настоящее время «Росатом» совместно с «Норильским никелем» вернулись к его разработке.

Вторые по величине залежи лития в России – Завитинское полиметаллическое месторождение – находятся в Забайкалье. Добыча металла здесь была прекращена в 1997 году, поскольку дешевле стало покупать его в Аргентине, Боливии и Чили. Удешевление сырья (карбоната лития) с $8000-9000 за тонну до $3000-3500 произошло благодаря применению новой технологии получения чистого металла путем выпаривания воды из соляных горных озер.

После того как поставки сырья из Аргентины и Чили прекратились, Россия решила возобновить добычу щелочного металла на своей территории. Несмотря на продолжение поставок металла из Китая и Боливии, перед страной поставлена стратегическая задача по обретению независимости в этой отрасли.

РФ тратит около 4 млрд рублей в год на производство карбоната лития, способного покрыть производственные нужды отечественных предприятий. Эксперты полагают, что успешная разработка Колмозерского месторождения даст возможность как удовлетворить спрос на металл внутри страны, так и экспортировать его в другие государства.

Рынок лития в ближайшем будущем

Увеличение спроса на литий в металлургии и не только вызвано ростом рынка аккумуляторов, в первую очередь батарей, которыми оснащаются электромобили и объекты энергетики. По прогнозам экспертов Международного энергетического агентства (IEA) к 2040 году 90 % добываемого металла будет приходиться на рынок аккумуляторов.

Все большее распространение получают электромобили и накопительные системы в энергетике. Они требуют значительного количества батарей, что, в свою очередь, обуславливает повышенный спрос на литий. Кроме того, аккумуляторный рынок переживает технологические изменения, которые также вызывают повышенный спрос на этот щелочной металл. А поскольку заменить его в батареях невозможно, снижения спроса на него не прогнозируется

К тому же в новаторских конструкциях аккумуляторов литию нашлось дополнительное применение. К примеру, в большинстве современных батарей этот щелочной металл используется в катоде и электролите, а в основе анода обычно лежит графит. Но наука и техника не стоят на месте, и сегодня начали в коммерческих масштабах использовать зарядки, в которых в качестве анода выступают самые легкие металлы, например, титанат лития. После того как на рынок выйдут твердотельные зарядные батареи (ASSB), наиболее безопасные и более емкие, потребность в литии не только в металлургии, но и в энергетической отрасли вырастет в разы.

Не так давно в производство были запущены литий-ионные батареи с твердым электролитом, в которых литий используется как в катоде, так и в концентрированной металлической форме – в аноде. 

Развитие подобных технологий обуславливает рост спроса на литий в металлургии и не только. При этом себестоимость литий-ионных аккумуляторов за последние 10 лет существенно уменьшилась. Это вызвано, в первую очередь, развитием массового производства и внедрением инновационных технологий, потому как цена самих материалов при этом, напротив, увеличилась. Таким образом, связь стоимости зарядных батарей и материалов стала более жесткой.

Для изготовления одной батареи для электромобиля необходимо от 5 до 15 кг лития, этот щелочной металл составляет 3–6 % от веса аккумулятора, но его доля в объемном выражении значительно выше. Если стоимость элемента возрастет в два раза, то батарея станет дороже на 5 % и выше. Поэтому производители аккумуляторов ищут различные способы экономии вещества.

Однако снижения спроса на аккумуляторы в ближайшие годы не ожидается, напротив, он продолжит расти, поскольку эксперты прогнозируют дальнейшее расширение рынка электромобилей и стационарных накопителей энергии.

По мере того как будет расти спрос на аккумуляторы с твердым электролитом, будет расширяться и сфера использования металлического лития. Рост спроса на определенные формы металла обуславливает необходимость переоснащения и адаптации производственной базы. В некоторых случаях это происходит естественным путем, к примеру, благодаря увеличению добычи руды в Австралии возросли поставки на рынок гидроксида лития. Такой рост объясняется более коротким производственным циклом получения этого соединения по сравнению с разработкой рассолов (в данном случае отсутствует производство карбоната).

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.