石油的貴重程度是不言而喻的,它是當今世界最重要的能源。而在四川發現豐富的“白色石油”資源,其重要程度不亞於黑色石油,甚至比稀土都要珍貴,讓“彈丸之地”的日本心切求購。
那麼,“白色石油”到底是什麼?它為什麼這麼珍貴?又為什麼被人們叫作“白色石油”呢?
“白色石油”是什麼?
這種“白色石油”其實就是鋰,21世紀的能源金屬。因為和石油有著同等程度的戰略意義,加上一眼看過去它白色的樣子,故此得名。
鋰是瑞典化學家阿爾菲特森於1817年發現的,單質是一種白色金屬,和鈉一樣,質地很軟,可以用刀切開。但與鈉不同的是,它的密度很小,僅為0.534g/c㎡。這使得它不能像鈉一樣放在煤油或液體石蠟等液體油類中儲存,因為鋰單質會漂浮起來。
同時,鋰是所有元素中金屬活動最強的(包括放射性元素)。等質量的情況下,能釋放的電子非常高,具有超強的電化學活性。它在空氣中就能與氮氣、氧氣反應,形成氮化物和氧化物把自己包裹起來。另外,它還能與水、乙醇、氨氣等常見物質發生較為劇烈的反應。
也是它的這些特性,讓它很容易和其他元素和物質結合在一起,活躍在世界的眾多角落。
日本為什麼對鋰那麼青睞?
鋰享有“白色石油”的美名,也被稱為新時代的原油,這都與它在新能源汽車領域的作用密不可分。而日本的電子產業非常發達,所以他們對鋰的依賴性強,這才急著要從中國購買鋰。
上文講到,鋰的密度小,反應的能量高,所以它便成為了做電池的好材料。20世紀70年代,鋰電池出現了。這種電池小巧便攜而重量輕,但有著一次性的缺點。後來科學家將電池正極中的二氧化錳換成了二硫化鈦。這種鋰金屬電池可以充電,使用週期長。但是,它存在著很大的安全問題,會起火爆炸。
直到古迪納夫發現,電池的正極,可以用鈷酸鋰。索尼正是利用這個技術,第一個製造出了商用鋰離子電池。這直接使整個日本的消費電子橫掃全球,所向披靡。而古迪納夫也被譽為“鋰離子電池之父”。
1977年,日本又是第一個造出了鋰電子電池提供動力的汽車,百年汽車工業史被顛覆,轟轟烈烈的新能源革命拉開了序幕。時至今日,很多國家出臺政策支援新能源汽車發展。
傳統汽車產業用的是汽油,汽油來源於石油。而新能源汽車用的是鋰電池。所以,電動汽車代替傳統汽車的新能源革命,其實就是鋰代替石油的過程。而新能源汽車的製造成本,動力電池佔比很大。在動力電池的成本當中,正極材料的佔比超過40%,碳酸鋰是製作電池正極的關鍵原料。
因此,在新能源汽車逐漸普及的今天,日本要大量生產汽車動力電池,必定離不開鋰。
鋰的其它作用
而鋰的用途遠遠不止於此。
一、在軍事、科技領域的使用。
鋰-6可以透過吸收中子轉化為氚,它的這個特性在軍事和科技領域得到了重用,比如核國家便利用鋰-6的這一特性製造氫彈。
鋰還被廣泛用於冶金工藝,與鋁(鋁鋰合金)、鎂、銅、鎘和錳等金屬的合金可以用於製造高效能飛機零件。
二、在日常領域的使用。
我們用的圓珠筆的筆芯內,墨水上方有一小段深黃色油性液體,那個叫隨動密封劑,正是由鋰基脂製成。除此之外,鋰基脂還可以製成鋰基潤滑脂,它耐高溫、抗水、抗磨。被廣泛用於各種機械的軸承、齒輪等部位,包括汽車。
各種玻璃的生產也離不開它的影子,世界上的鋰,有很大一部分都用在生產玻璃上了,據統計,這個比值甚至佔到了三分之一。比如許多烤箱的玻璃用的玻璃,會用到氧化鋰或碳酸鋰(Li₂CO₃),碳酸鋰在高溫加熱後會轉化為氧化鋰,鋰的加入能降低熱膨脹係數,防止玻璃熱爆。而碳酸鋰還是低火和高火陶瓷釉中的常見成分。
三、在醫學領域的使用。
除此之外,碳酸鋰還是一種治療精神疾病的主要藥物,它對抑鬱症、躁狂症等雙相情感障礙疾病有療效。鋰是很好的抗抑鬱藥物成份,並且是長期精神穩定劑的首選。
地球儲備有多少的鋰資源?有多少能開發?
鋰的用途如此廣泛,而文章一開始我們便又說了它很珍貴,是不是因為它非常稀少呢?
其實不然,地球上鋰資源的儲備還是很豐富的。根據美國地質勘探局釋出的報告,到2020年,全球鋰資源儲備有8000萬金屬噸。
另外,我們的海水裡更是有2300億金屬噸的鋰,但是濃度相對恆定僅為0.14~0.25ppm,實在是太低。
在儲存量這麼豐富的情況下,鋰還這麼珍貴的原因是,“不患寡而患不均”,鋰的分佈太過於不均衡。僅智利、澳大利亞、阿根廷、中國、美國、加拿大、辛巴威、巴西、葡萄牙這九個國家就佔了全球鋰資源的9成。
所以,鋰的珍貴在於“貴”和“難得”。
鋰的難得與它的集中性不無關係,因為這意味著絕大多數國家跟鋰相關的產業要依賴進口。另外,因為開採技術限制,導致了很多鋰資源不能開發出來,全球8000萬金屬噸的鋰資源,可是具有開發價值的卻僅僅有1700萬金屬噸。
我國鋰資源現狀。
我國中國鋰礦資源也很豐富,但是供應卻十分有限。
目前世界上可利用的鋰資源有兩種:滷水鋰和礦石鋰。其中,滷水鋰居多,佔比達到62.6%。
滷水鋰,是指鋰以滷水的形式存在於鹽湖中。因為鎂和鋰很相似,所以通常以鎂鋰比來界定鹽水湖質量的高低,鎂鋰比值越大,質量越低。鹽湖的滷水提鋰的方式,比如沉澱法,就是除去其它元素,過濾、沉澱出鋰。還有吸附法,就像磁石的磁場只能吸引鐵磁性物質一樣,用吸附劑將鋰吸附出來。
但是,滷水提鋰的技術還處於多種技術並存的探索階段,尤其是高鎂鋰比鹽湖的分離技術。
礦石鋰的開發程度卻遠遠高於滷水鋰,工藝比較成熟。比如澳大利亞在2020年用3%的鋰資源,貢獻了近50%的供應量,就是因為澳大利亞幾乎都是礦石鋰。
我國鋰礦資源中,便是以滷水型為主,所以供應能力弱。四川發現的鋰礦當然讓我們看到了很多希望,但是開採難度太大。除了海拔高、交通不便、基礎設施差外,更關鍵的是四川的鋰礦,有很多都需要洞採,開發受到很大限制。而對比下澳大利亞,他們全部都是採用露天開採。
我國鋰礦資源的分佈也主要就集中在四川西部地區,國內其他鹽湖鋰資源面臨鎂鋰比值偏高、分離難度大,提鋰技術通用性差等難題。因此中國自產鋰礦產量增長緩慢。
雖然現在中國是全球第一大鋰鹽生產國,2017年鋰鹽產量佔全球52%,但生產加工原料主要依賴進口鋰輝石精礦,2017年中國鋰鹽生產加工原料對外依存度為72%;中國又是全球第一大鋰消費國,從目前來看未來國內鋰礦資源供應不能滿足需求,資源缺口仍將存在,中國鋰資源對外依存度將在一定時期內保持在70%左右。
新能源汽車產業的發展是大趨勢,我國鋰資源的需求會越來越多,而國內面對鋰資源供應能力弱、供應缺口將長期存在的局面,可以從以下三個方面推進工作:
1.開源
即發現更多的鋰資源,這就需要加強國內的勘查工作,重心放在鋰資源潛力大的地方加緊勘探,加快硬鹽鋰開發進度,提高國內精礦供應量。
2.加大科技攻關
探索高鎂鋰比鹽湖提鋰技術難題的解決方法,降低鹽湖鋰資源的開發成本,並提高鹽湖鋰資源綜合利用水平。
3.回收再利用
廢舊鋰電池也是可用資源,研發對廢舊鋰電池回收處理技術,考慮對報廢汽車電池、報廢電子產品中鋰的回收、加工和再利用。甚至可以建立相關制度,使生產者承擔起起回收的責任,從而實現廢舊鋰電池處置的產業化和規模化發展。
總結
雖然一種能源肯定不會在短時間內就完全代替另一種能源,但是現在世界的發展日新月異,我們只有提前做好準備,才能在這場鋰資源爭奪戰中掌握更多的話語權。