出品：科普中國(guó)

作者：周紅昌（東京大學(xué)）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

鋰，作為一種重要的電池資源，相信大家對(duì)它都不陌生。無(wú)論是治病救人的心臟起搏器，還是平時(shí)工作學(xué)習(xí)所使用的平板、手機(jī)及電腦，無(wú)一不需要鋰電池。鋰已經(jīng)是人們生活中不可或缺的一種重要物資，如何更好地開(kāi)發(fā)鋰資源也隨之成為了大家所關(guān)注的問(wèn)題。

現(xiàn)在我國(guó)主要從礦石和鹽湖中提取鋰，但其實(shí)我們正守著一個(gè)有待開(kāi)發(fā)的鋰庫(kù)——海洋。一直以來(lái)，從海水中提取鋰的相關(guān)研究都不缺熱度，但一直未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

近期，青島舉行全球首個(gè)海水淡化濃鹽水提鋰合作項(xiàng)目簽約儀式，正式啟動(dòng)全球首個(gè)海水提鋰項(xiàng)目建設(shè)，標(biāo)志著海水提鋰從工程化驗(yàn)證轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化的新階段。

從鋰資源開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀來(lái)看，這一項(xiàng)目的前景如何？對(duì)比現(xiàn)有的各種鋰資源利用方式，海水提鋰又有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)呢？這篇文章就為你回答“鋰的那些事兒”。

青島舉行全球首個(gè)海水淡化濃鹽水提鋰合作項(xiàng)目簽約儀式

（圖片來(lái)源：青島新聞網(wǎng)）

現(xiàn)有的鋰資源開(kāi)發(fā)方式仍是長(zhǎng)期主角

鋰是新能源產(chǎn)業(yè)中的核心元素，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池等高新技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有的鋰資源開(kāi)發(fā)主要集中在兩種類(lèi)型的礦產(chǎn)資源中：鋰輝石礦（硬巖礦）和鹽湖鹵水。

硬巖礦中的鋰主要以鋰輝石礦的形式存在。開(kāi)發(fā)過(guò)程通常包括礦石采掘、礦石破碎、磨礦、浮選以及冶煉等步驟。主要的鋰提取方法有酸浸提鋰和焙燒法。

三種鋰輝石晶體

（圖片來(lái)源：維基百科）

酸浸提鋰是將破碎、磨細(xì)的鋰輝石礦與硫酸進(jìn)行混合反應(yīng)，生成可溶性的鋰硫酸鹽，再經(jīng)過(guò)固液分離、濃縮、結(jié)晶等過(guò)程提取鋰。焙燒法是將鋰輝石礦與石堿或石膏等混合，經(jīng)過(guò)高溫焙燒生成水溶性的鋰鹽，然后通過(guò)水浸、過(guò)濾、結(jié)晶等過(guò)程提取鋰。

世界上一些主要的鋰礦床，如澳大利亞的格林布什礦和中國(guó)的鋰輝石礦，含鋰量可達(dá)1%~2%。這些礦床的開(kāi)發(fā)和提煉過(guò)程已經(jīng)相對(duì)成熟，產(chǎn)量可觀。

另一方面，鹽湖鹵水是一種富含鋰的地下水資源，在鹽湖鹵水中提取鋰的主要方法有太陽(yáng)能蒸發(fā)法和離子交換法。

烏尤尼鹽沼

（圖片來(lái)源：維基百科 作者：Dan Lundberg）

太陽(yáng)能蒸發(fā)法是將鹽湖鹵水泵入大型蒸發(fā)池，利用太陽(yáng)能蒸發(fā)其中的水分，使鋰濃度逐漸增加。經(jīng)過(guò)一系列蒸發(fā)池的蒸發(fā)作用，液體中的鋰濃度達(dá)到一定程度后，再進(jìn)行鋰的提取和精煉。離子交換法是通過(guò)離子交換樹(shù)脂或膜將鋰離子從鹽湖鹵水中分離出來(lái)，此方法的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的選擇性，但處理能力受到樹(shù)脂或膜的性能限制。

鹽湖鹵水中的鋰濃度通常在幾百到幾千毫克/升之間，雖然低于硬巖礦，但由于地表鹽湖資源易于開(kāi)采和處理，產(chǎn)量仍然較高。南美的鹽湖，如阿根廷、智利和玻利維亞交界處的大量鹽湖，是全球鋰資源的重要來(lái)源。

總的來(lái)說(shuō)，這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。硬巖礦開(kāi)發(fā)方式的優(yōu)勢(shì)是產(chǎn)能較高，但對(duì)環(huán)境的破壞較大；而鹽湖鹵水開(kāi)發(fā)方式則相對(duì)環(huán)保，但受氣候條件影響較大，且鋰回收率較低。

近年來(lái)，全球?qū)︿嚨男枨罅砍掷m(xù)增長(zhǎng)，鋰原料價(jià)格長(zhǎng)期維持高位，給產(chǎn)業(yè)鏈下游的電池廠(chǎng)商以及新能源車(chē)企等造成了不小的成本壓力。因此，人們將目光放在了從海水中提取鋰的相關(guān)研究上，畢竟海洋中的鋰資源總量豐富，完全可以用取之不盡用之不竭來(lái)形容。

海水中的鋰資源量約為2300億噸，是目前全球可開(kāi)采鋰資源總量的1.6萬(wàn)倍。然而，海水中的鋰濃度非常低，一般在0.1~0.2毫克/升之間，大約是礦石鋰含量的十萬(wàn)分之一。受困于低濃度、技術(shù)難度和成本問(wèn)題，目前從海水中提取鋰的生產(chǎn)效率，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的鋰資源開(kāi)發(fā)技術(shù)。因此，現(xiàn)有的鋰資源開(kāi)發(fā)方式仍是長(zhǎng)期主角。

海洋中的鋰儲(chǔ)量高達(dá)2300億噸（本圖為奄美大島）

（圖片來(lái)源：作者拍攝）

取之不盡是真，但生產(chǎn)效率是大問(wèn)題

從海水中提取鋰的技術(shù)尚處于研究和開(kāi)發(fā)階段。技術(shù)路線(xiàn)主要包括吸附法、離子交換法、電化學(xué)法和溶劑萃取法等。接下來(lái)我們來(lái)看看這些方法有什么不同：

吸附法：

利用特定的吸附劑，如鋰離子交換材料或鋰離子篩，將鋰離子從海水中吸附出來(lái)，然后通過(guò)適當(dāng)?shù)慕馕鼊囯x子從吸附劑中解吸，從而實(shí)現(xiàn)鋰的富集和回收。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好，但缺點(diǎn)是鋰回收率和選擇性受到吸附劑性能的限制。

離子交換法與鹽湖鹵水的離子交換法是相同的，也具有相同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。此外，離子交換樹(shù)脂在使用過(guò)程中需要定期再生，增加了操作的復(fù)雜性。

電化學(xué)法主要是利用電解或電泳原理從海水中提取鋰。電化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的選擇性，但缺點(diǎn)是耗能較大，且設(shè)備成本較高。此外，電解過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生一定的副產(chǎn)物，需要進(jìn)行處理。

溶劑萃取法是通過(guò)特定的有機(jī)溶劑或絡(luò)合劑與鋰離子形成絡(luò)合物，從而將鋰從海水中分離。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的選擇性，但缺點(diǎn)是使用有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境有一定影響。此外，溶劑回收和再生的過(guò)程較為復(fù)雜。

智能手機(jī)中所用的鋰電池

（圖片來(lái)源：維基百科 作者：MyXyloto）

技術(shù)有難題，產(chǎn)業(yè)化前景卻不黯淡

開(kāi)發(fā)海水鋰的產(chǎn)業(yè)化，其關(guān)鍵因素就是降低開(kāi)采成本。它是否能夠達(dá)到已有技術(shù)的水平，主要取決于以下幾點(diǎn)。

首先自然是技術(shù)的進(jìn)步，在未來(lái)幾年，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷研究與發(fā)展，提取效率可能會(huì)有所提高，降低成本。在此基礎(chǔ)上，隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源的關(guān)注不斷增加，各國(guó)政府可能會(huì)為這一領(lǐng)域提供政策支持和資金投入。

與此同時(shí)，市場(chǎng)需求也是一個(gè)重要的影響因素，隨著電動(dòng)汽車(chē)和可再生能源市場(chǎng)的快速發(fā)展，對(duì)鋰資源的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，這將為從海水中提取鋰的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供市場(chǎng)動(dòng)力。

不僅如此，與傳統(tǒng)的鋰資源開(kāi)采技術(shù)相比，從海水中提取鋰的環(huán)境影響有望變得更小。在強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的背景下，這一點(diǎn)同樣是產(chǎn)業(yè)化的重要驅(qū)動(dòng)力。

漂浮于煤油上的金屬鋰

（圖片來(lái)源：維基百科）

結(jié)語(yǔ)

總之，現(xiàn)有的鋰資源開(kāi)發(fā)技術(shù)在產(chǎn)率方面仍然明顯優(yōu)于從海水中提取鋰。隨著技術(shù)進(jìn)步和對(duì)可持續(xù)能源的需求增加，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)得到改進(jìn)和發(fā)展，從而提高產(chǎn)率和競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)青島新聞報(bào)道，新建成的項(xiàng)目利用青島百發(fā)海水淡化廠(chǎng)產(chǎn)出的濃鹽水，在排放之前把其中的鋰元素提取出來(lái)，每年可產(chǎn)出碳酸鋰約40噸。無(wú)論這一項(xiàng)目今后的發(fā)展進(jìn)程是否一帆風(fēng)順，作為全球鋰資源開(kāi)發(fā)業(yè)界的一次重要嘗試，它將被載入全球工業(yè)史。

依靠越來(lái)越多的科技創(chuàng)新，或許未來(lái)的某一天，我們可以底氣十足地說(shuō)：“鋰，自由了！”

編輯：孫晨宇

來(lái)源: 中國(guó)科普博覽

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