Такой важный литий: зачем он нужен и как его добыть

Металлы, как известно, тяжелее воды. Но не все. Представьте себе металл, который легко держится на водной поверхности. Это литий, самый легкий из металлов. Но нам он интересен вовсе не легкостью. Почему литий так важен для российской промышленности и как бороться с его дефицитом, вы узнаете из нашей статьи.
Такой важный литий: зачем он нужен и как его добыть

Где он используется

Конечно, на ум сразу приходят литийионные аккумуляторы. Ведь самое известное применение лития – батарейки в смартфонах, ноутбуках и электромобилях. Однако он используется во многих других областях. Например, в 1950-е годы изотоп литий-6 применялся в термоядерной энергетике. Сейчас потребность в нем невелика, однако, ученые предлагают задействовать литий-7 в атомных реакторах нового поколения. Правда, такие реакторы еще не созданы, но работа над ними идет.

В металлургии литий используется для раскисления. Добавление лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью. Такая добавка снижает плотность сплава и повышает модуль упругости. Где требуются легкие, пластичные и прочные сплавы? Правильно, в авиастроении. А для изготовления емкостей для сжиженных газов они просто незаменимы.

В XX веке литий входил в состав эмали, созданной для захоронения ядерных отходов с плутонием. В оптике он применяется для изготовления стекол, которые защищают от ультрафиолетовых лучей. Литий широко используется в медицине – для лечения и профилактики нервных расстройств.

Но все же «потребители» львиной доли запасов лития – аккумуляторы. В прошлом году цены на литий взлетели на 400% из-за выросшего мирового спроса на электромобили. Сейчас на рынке этот металл в дефиците. Россия обладает крупными запасами лития, но уже более 20 лет не добывает его – импортировать металл оказалось дешевле. Теперь с импортом возникли проблемы. В Россию металл ввозился в виде карбоната лития из Аргентины, Чили, Китая и Боливии. Китай на сегодняшний день сам испытывает острую нехватку лития. Поставки из Чили и Аргентины приостановлены, и Россия может покупать сырье только в Боливии, что явно недостаточно для покрытия спроса. Естественно, что прекращение импорта нанесет ущерб всем российским изготовителям литиевой продукции – от компаний по производству аккумуляторов до металлургических заводов, выпускающих полуфабрикаты из алюминий-литиевых сплавов. Что же делать? На этот счет есть некоторые соображения.

Как его получить

Начнем с того, что сегодня есть несколько способов добычи лития. Можно получать литий из морской воды, геотермальных вод и солевых озер. Таких запасов много, и в этом их преимущество. Минерализованные воды закачиваются в специальные бассейны, где происходит выпаривание. Образуется концентрат, из которого затем получается карбонат лития – именно он нужен производителям аккумуляторов. Так, литий добывают в «литиевом треугольнике» в Андах на границах Аргентины, Боливии и Чили, где содержится более половины мировых запасов этого металла.

Рудный способ дороже гидротермального, но быстрее. Металл добывают в шахтах или карьерах из пегматитов — горных пород. Можно задействовать старые месторождения и добывать литий из отвалов отработанной руды (устаревшие технологии не позволяли извлекать его более качественно, и кое-где металл остался). Можно получать литий при утилизации аккумуляторов.

По прогнозам USGS (Американской геологической службы), по состоянию на прошлый год крупнейшими ресурсами лития в мире обладают Боливия (21 млн т) и Аргентина (19 млн т). В Чили предполагаются запасы 9,8 млн т, в США – 9,1 млн т, в Австралии – 7,3 млн т и Китае 5,1 млн т. Запасы лития в России оцениваются в 1 млн т. Больше всего лития добывалось в Австралии. Боливии в списке крупных производителей нет. По оценкам экспертов, в Боливии в 2021 году могли добыть только 600 т металла, что не покрывает потребностей даже одной нашей страны.

Проекты и находки

В России решением этой проблемы занимаются научные институты и металлургические предприятия. Специалисты Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина разработали новую технологию получения лития из водных рассолов. Возможно, она позволит стране стать независимой от зарубежных поставок. Ученые выбрали экстракционный метод: он показывает хорошие масштабируемость и производительность, а также обладает потенциальной возможностью автоматизации процесса. Единственной, но практически нерешаемой задачей оставалось отсутствие отечественных экстрагентов. Тут ученым помог опыт по разделению изотопов лития. Изотопы лития с выделением лития-6 разделили еще в 1980-е годы, а недавно разработали технологию для лития-7. В институте установлен каскад из центробежных экстракторов, который демонстрирует всю цепочку технологического процесса. Самое интересное, что, узнав о новой технологии, к институту обратились не горнодобытчики, а компании, перерабатывающие отработавшие литиевые аккумуляторы. 

Аслан Цивадзе, научный руководитель Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина:

«Я сразу сказал, что мы не будем пользоваться австрийской технологией, а сделаем свою, с переводом в раствор. Нам повезло: мы начали использовать наши реагенты, большое количество которых мы наработали за это время. Некоторые из них позволили нам быстро переводить батареи в раствор, легко отделяя медь, железо и полимерные составляющие. Это предварительный результат, однако он все же позволяет нам сказать, что мы можем производить литий в любых объемах и из любых источников».

Есть проекты и рудного способа добычи. Металлургический гигант «Норникель» еще весной объявил о намерении создать совместное предприятие с «Росатомом». Планируется освоение литиевого месторождения Колмозерское в Мурманской области и дальнейшая глубокая переработка литиевого сырья. Это наиболее перспективное российское месторождение литиевых руд. «Норникель» с «Росатом» намерены участвовать в аукционе на лицензию по его разработке.

В «Росатоме» говорили о Колмозерском месторождении еще в середине прошлого года. Первый металл планировалось получить только к 2030-му. Однако нынешняя ситуация, возникшая из-за проблем с импортом, требует более быстрых действий, поэтому к разработке был привлечен «Норникель». Огромные финансовые и экспертные ресурсы этой крупнейшей горнодобывающей компании позволят раньше означенного времени начать промышленную добычу. Однако следует понимать, что впереди большая работа, которую быстро не выполнить: нужно не только разрабатывать само месторождение, но и строить с нуля необходимую инфраструктуру, обогатительные фабрики и многое другое.

Владимир Потанин, президент «Норникеля»:

«Продукция "Норникеля" давно играет важную роль в создании накопителей энергии. Расширяя линейку металлов за счет такого важного и востребованного сырья, как литий, мы намерены укрепить свое положение в качестве ключевого поставщика для аккумуляторной отрасли. А сотрудничество Госкорпорации "Росатом" и "Норникеля" позволит российской промышленности сделать шаг вперед в развитии собственного производства эффективных современных батарей».

В проекте принимает участие дочернее предприятие «Росатома» «РЭНЕРА» – производитель литийионных батарей для использования в спецтехнике, энергетике и электротранспорте.