“掏鋰”滿(mǎn)天下：元素周期表“首位”金屬元素有何妙用？

2024年1月，媒體從自然資源部獲悉，在我國(guó)地勘工作者在四川雅江探獲了近百萬(wàn)噸鋰資源，這是亞洲迄今探明的最大規(guī)模偉晶巖型單體鋰礦。那么，啥是偉晶巖型單體鋰礦？其發(fā)現(xiàn)又有什么重大意義？讓我們從這“鋰”說(shuō)起。

01 這“鋰”有一份小檔案

鋰（Lithium）是一種金屬元素，位于元素周期表的第二周期IA族，也是化學(xué)元素周期表中排位第一的金屬元素，元素符號(hào)為L(zhǎng)i，它的原子序數(shù)為3，原子量為6.941。鋰單質(zhì)是一種銀白色的、軟質(zhì)的金屬，是密度最小的金屬。然而，單質(zhì)鋰在自然界中并不多見(jiàn)。它的熔點(diǎn)為181 ℃，沸點(diǎn)為1342 ℃，比熱容為3.58 kJ/kg·K，可與水反應(yīng)。

鋰元素（圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

通常，IA族的堿金屬具有非常明顯的金屬元素特征，如極易形成+1價(jià)陽(yáng)離子、極低的電負(fù)性和第一電離能等。此外，鋰原子容易極化其他的分子或離子，自身卻不容易受到極化，這一點(diǎn)就影響到它和它的化合物的穩(wěn)定性。

02 有“鋰”有據(jù)：鋰礦資源的分布

鋰元素在自然界分布比較廣泛，在地殼中的豐度為20 ppm，主要來(lái)源于巖漿巖和沉積巖中，其中，花崗巖中含量較高，平均含量達(dá)40 ppm。目前，在自然界中發(fā)現(xiàn)的鋰礦物和含鋰礦有150多種，其中比較常見(jiàn)的有鋰輝石、鋰云母、磷鋰鋁石、透鋰長(zhǎng)石及鐵鋰云母等。

鋰輝石在紫外光下呈現(xiàn)熒光（圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

在鋰礦的眾多類(lèi)型中，偉晶巖型鋰礦非常重要，特別是花崗偉晶巖型鋰礦，是當(dāng)前國(guó)際礦床學(xué)的研究熱點(diǎn)?；◢弬ゾr通常容易富集稀有元素如鋰、銣、銫、鈹、鎵、錫、鉭、鈮等。我國(guó)的偉晶巖型鋰礦空間分布相對(duì)集中，主要分布在西昆侖、松潘-甘孜、阿爾泰等區(qū)域。

一個(gè)鋰礦的鳥(niǎo)瞰圖（圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

數(shù)據(jù)顯示，全世界已探明的鋰礦資源中，智利、澳大利亞、阿根廷、中國(guó)、美國(guó)5個(gè)國(guó)家儲(chǔ)量占比達(dá)到85.73%，其中，中國(guó)鋰礦資源按基礎(chǔ)儲(chǔ)量計(jì)，占全世界的13.7%；按儲(chǔ)量計(jì)，占全世界的25.7%。目前，我國(guó)已探明鋰礦資源主要分布在四川、江西、湖南、貴州、河南和內(nèi)蒙古等地。其中，四川鋰礦儲(chǔ)量占全國(guó)鋰礦資源的60.56%，第二和第三分別為江西 (14.41%) 和湖南 (11.41%)。

03 “掏鋰”滿(mǎn)天下：鋰的重要性及其廣泛應(yīng)用

鋰廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷、玻璃、潤(rùn)滑劑、制冷液、核工業(yè)以及光電等行業(yè)。隨著電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、移動(dòng)電動(dòng)工具、移動(dòng)電源、新能源汽車(chē)、現(xiàn)代化工、核電、光伏等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品的不斷發(fā)展，鋰已經(jīng)上升為國(guó)家最重視的新時(shí)代戰(zhàn)略金屬之一。目前，電池行業(yè)是鋰最大的消費(fèi)領(lǐng)域，玻璃和陶瓷行業(yè)成為鋰的第二大消費(fèi)領(lǐng)域。

▼電池制造業(yè)

由于很高的能量密度，以及質(zhì)量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、性能好、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，鋰電池甚受青睞。近年來(lái)，鋰電池在電池領(lǐng)域的占比已經(jīng)從1997年的7%上升到2013年的35%，被廣泛應(yīng)用到筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、小型電子器材、航天、機(jī)電以及軍事通訊等領(lǐng)域。

（圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

▼玻璃制造業(yè)

鋰精礦或鋰化物主要在玻璃熔化過(guò)程中起到助熔作用，能夠降低玻璃熔化時(shí)的溫度和熔體的粘度，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低能耗，延長(zhǎng)爐齡，增加產(chǎn)量，改善操作條件，減少污染。在玻璃中添加鋰化合物，還能降低玻璃熱膨脹的系數(shù)，改善玻璃的光潔度，提高玻璃制品強(qiáng)度、延性、耐蝕性及耐熱急變性能。

▼陶瓷制造業(yè)

加入少量鋰輝石的陶瓷，其燒結(jié)溫度更低、燒結(jié)時(shí)間更短，制成的陶瓷制品具有更好的流動(dòng)性和粘著力，更加耐熱、耐酸、耐堿、耐磨。目前，含鋰輝石陶瓷廣泛應(yīng)用于微波爐托盤(pán)、電磁灶面板、汽輪機(jī)葉片、火花塞等制品中。

▼潤(rùn)滑脂制造業(yè)

鋰基潤(rùn)滑脂具有抗氧、耐壓、潤(rùn)滑性能好等優(yōu)點(diǎn)，在-60~300 ℃范圍內(nèi)潤(rùn)滑脂的粘性變化很小。因此，鋰基潤(rùn)滑脂被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、坦克、火車(chē)、汽車(chē)部件以及治金、石油化工行業(yè)中。

▼冶金產(chǎn)業(yè)

鋰合金是航空制造業(yè)中輕合金、超輕合金、耐磨合金以及其他有色合金的重要組成部分。在合金中加入鋰可以大大改善合金性能，例如，鋰鎂合金是高強(qiáng)度輕質(zhì)合金，不僅具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、延展性，還具有耐腐蝕、耐磨損、抗沖擊性能好、抗高速粒子穿透力等特點(diǎn)，被譽(yù)為“明天的宇航合金”，被廣泛應(yīng)用到航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。

國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919首次大范圍采用鋁鋰合金（來(lái)源：新華社）

鋰也是良好的的脫氣劑。將鋰加入熔融的金屬或合金中，鋰就會(huì)與金屬或合金中諸如氫、氧、硫、氮等氣體發(fā)生反應(yīng)，生成密度小、熔點(diǎn)低的化合物。這一過(guò)程不僅能除去氣體，使金屬變得更致密，還能消除金屬中的氣泡以及其他缺陷，從而改善金屬的晶粒結(jié)構(gòu)，提高金屬的機(jī)械性能。除此之外：

金屬鋰具有熱容大、液相溫度范圍寬、熱導(dǎo)率高、粘度低和密度小等性質(zhì)，在核聚變或核裂變反應(yīng)堆中用作冷卻劑；

溴化鋰是一種高效水蒸氣吸收劑和空氣濕度調(diào)節(jié)劑，被廣泛用于空調(diào)、除濕、制冷和空氣凈化系統(tǒng)；

鋰鹽肥料可以防治西紅柿腐爛和小麥銹穗病；在鋁電解槽中添加鋰鹽，能夠提高融鹽流動(dòng)性，降低電解度，節(jié)約電能效果顯著；

正丁基鋰還用作合成苯乙烯、丁二烯醇的引發(fā)劑，廣泛應(yīng)用于耐高溫和低溫的橡膠密封材料和橡膠輪胎，其中橡膠輪胎加入丁基鋰可使其壽命提高4倍以上。

鋰真可謂是“萬(wàn)金油”，這次發(fā)現(xiàn)的鋰礦無(wú)疑是對(duì)我國(guó)戰(zhàn)略金屬資源的重要補(bǔ)充，相信在未來(lái)合理地利用下，這筆資源定能促進(jìn)我國(guó)諸多行業(yè)更上一層樓。

作者：徐暢 中山大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)博士

審核：董漢文 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所副研究員

出品：科普中國(guó)

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