锂是21世纪的金属矿产资源能不能为此做出贡献？
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|▍1. 白色能源金属异军突起，逐步取代煤炭和石油
能源不仅是保障国家经济安全、持续繁荣、社会文明进步的重要基础，也是每个自然人维持基本生活不可或缺的物质支撑。 能源消费结构的变化与人类社会发展的历史阶段相一致。 目前，人类主要使用石油、天然气和煤炭。 国外非化石能源占比为11.8%，我国仅为7%（路甬祥，2014）。 大量消耗化石能源的后果是众所周知的。 党的十八大确定2020年转变经济发展方式取得重大进展，重点推进能源生产和消费革命，控制能源消费总量，加强节能降耗节能减排，支持节能低碳产业和新能源、可再生能源发展，保障国家能源安全。 那么，非化石能源，特别是铀、钍以外的金属矿产资源能否对此做出贡献呢？
据美国地质调查局等世界各地机构统计，锂应用增长最快的领域是锂电池行业。 由于经济全球化，国际市场碳酸锂的贸易价格可以作为中国市场碳酸锂价格的参考。 2015年初，国内工业级碳酸锂价格为40214元/吨。 截至2015年6月30日，工业级碳酸锂价格上涨至45071元/吨，涨幅12.08%； 2015年下半年，由于政策红利释放等因素，碳酸锂价格一路疯涨。 工业级碳酸锂价格从6月30日的每吨45071元飙升至2015年底的每吨123.5%。
在如此诱人的“利益”驱动下，一些与锂行业无关的国际大公司也涉足锂行业。 例如，韩国钢铁公司POSCO也将业务拓展至锂行业，并声称在盐湖提取锂方面取得了突破。 取得进展，其方法仅需8小时即可完成从卤水中提取锂的过程，回收率达到90%，而传统蒸发池法需要12至18个月，回收率不足50% 。
2016年，全球再次掀起矿产勘探热潮，股市中涉及锂的股票也大涨。 它被称为“全球锂矿年”或“全球锂矿勘探年”。 到2017年7月，金属锂价格维持在每吨80万元的高位，比铜金属贵17倍，比煤炭贵1700倍。
▲ 2013-2018年各国已探明锂矿资源统计图
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需要指出的是，锂作为一种能源金属，不仅仅是一个“概念”，而是像锂电池本身一样，“润物细无声”，渗透到普通人的日常生活中。 正是因为�**傩盏男枨蟛攀恰暗谝恍枨蟆保澳茉唇鹗簟辈⒉皇堑刂士蒲Я煊蜃ㄓ玫淖ㄒ凳跤铮抢**傩粘Ｓ玫拇省８嗟爻鱿衷诘刂士蒲Я煊颉Ｊ恰肮墒行星椤钡募虺疲蹲收叱Ｓ谩５谡降牡厍蚩蒲Т实渲胁⒚挥姓业礁么侍酰扇氪舜侍酢！鞍俣取薄ⅰ澳茉唇鹗簟钡人阉饕嬷胁⒚挥忻魅返慕馐汀Ｔ谖夜目蟛试捶掷嗵逑抵校纭犊蟛试葱幸敌枨笫植幔�2010年）》中，矿产资源一般分为能源矿产、金属矿产、非金属矿产、宝石矿产和水矿产等。而气体矿产、能源矿产和金属矿产是并列存在的，并没有单独的能源金属矿产或金属能源矿产，那么，什么是能源金属矿产呢？为什么要特别强调这一类矿产资源的重要性呢？
能源金属矿产是指在能源领域发挥重要作用的金属矿产资源，包括铀、钍等众所周知的金属矿产，但不包括煤炭、石油、天然气等常规非金属能源矿产，地热能。 显然，这个概念是根据矿产资源的最终用途来定义的，也就是说，能源金属矿产应满足以下两个基本条件：1.属于金属矿产；2.属于金属矿产。 2.在能源领域发挥重要作用。 具体来说，除了主要用于核能领域的铀矿、钍矿等金属矿产外，还可以涵盖其他能在能源领域发挥重要作用的金属矿产。 相应的概念是能源非金属矿产。 从这个概念出发，锂、钽、镓等稀有稀散金属和稀土金属也可以被归类为能源金属矿物，因为这些金属矿物在能源领域以及其他传统领域中变得越来越重要。如冶金、化工、军工）比重趋于下降。 需要指出的是，将某种金属归为能源金属并不排除其在非能源领域的应用或其非能源特性。 这也是社会经济和科学技术发展到一定阶段的必然趋势。 正如石墨本身是非金属但其金属特性在未来社会将变得越来越重要一样，锂等金属矿物在未来社会也将变得越来越重要。 在能源领域占据一席之地。 锂被广泛认为是“21世纪的能源金属”。 当然，对“在能源领域发挥重要作用”的理解是可以改变的。 重要与不重要本质上是相对的，并随着经济和技术的发展而变化。 因此，对能源金属的认识也会发生变化。
如果将能产生能量的金属归为能源金属，则相应的矿物就是能源金属矿物。 金属产生的能量也可称为金属能。 金属能源显然不属于化石能源，只占总能源的一小部分。 将各种金属按照其在能源领域的应用进行分类并不是一件容易的事，不仅因为“能源金属”的概念还没有达成共识，还因为随着科学技术的快速发展，存在着不确定性。关于哪些金属可以在能量场中发挥作用、发挥什么作用、如何发挥作用、何时发挥作用。
为此，本书仅初步提出能源金属的分类方案。 这种分类方案可以概括为五个字：“供给、生产、援助、储存、节日”（王登宏等，2016a、2017a、2018、2019）。 具体来说：
①直接提供能量支持的金属；
②间接或通过化学反应产生能量的金属；
③能源领域不可缺少的辅助金属；
④储存能量的金属；
⑤可显着节能的金属。
▍3. 锂作为能源金属的可行性——无与伦比
锂不仅是人类梦想的产生能源（受控核聚变）的有力工具，也是储存能源和引领新兴产业（如锂电池）快速发展的工具。 也是处处节约能源的好手（比如各种润滑油）。
产生能量。 在早期的氢弹中，氘化锂是聚变燃料。 此外，氟化锂还是液态氟化物核反应堆中使用的氟化物盐混合物（LiF-BeF2）的基本成分。 氟化锂的化学性质特别稳定，LiF/BeF2 混合物的熔点较低，并且是适合反应堆使用的氟化物盐组合中最好的中子性能。 自从原子弹、氢弹爆炸以来，人们就已经实现了原子能的民用，建立了完整的原子能工业。 不过，最主要的是把“原子弹”从战略军事用途扩大到民用。 “氢弹”民用化，仍然是科学家和�**傩盏氖隆� 之所以如此令人垂涎，是因为“氢弹威力太大”，无法控制。 为此，“可控核聚变”成为继国际空间站之后全球第二大国际合作项目。 试想，1g锂释放的有效能量可达8500~h，比235U裂变产生的能量大8倍，相当于3.7t标准煤（王乃银，1989）。 那么，如果用锂代替煤炭，中国的环保问题将会改善多少？
储存能量。 据美国科学界预测，实现可控核聚变还需要25至40年的时间。 然而，从2010年开始，几乎每个人都拥有一部突然出现在大街小巷的“手机”。 造福普通百姓。 无论是手机、相机还是笔记本电脑，都广泛使用不同类型的锂电池。 这就发挥了锂作为储能金属的重要性。 锂电池是使用锂金属或锂化合物作为阳极的一次性电池。 请勿将锂电池与锂离子电池混淆，锂离子电池是具有高能量密度的可充电电池。 铌酸锂广泛应用于无线电通信产品，如手机和光调制器。 目前，超过60%的手机使用锂产品。
节能。 锂在节能方面的作用虽然不像锂电池那样广为人知，但实际上是无孔不入的，至少体现在四大方面：①作为润滑剂，减少摩擦，降低能耗； ②作为结构材料，减少构件的应力，通过减轻重量来降低能耗； ③作为关键辅助材料，通过提高设备、材料等性能，降低能耗； ④通过改变冶金、化工、机械等工业领域的物理、化学反应过程，降低能源消耗。 例如，美国在20世纪70年代发现，在拜耳铝冶炼的工业生产过程中添加锂辉石或含锂原料，可以大大降低电力消耗。 这一过程一度占锂消费量的2/3。 还广泛用于陶瓷、搪瓷、玻璃工业。 氧化锂是一种重要的锂化合物，具有强碱性，与脂肪一起加热时会产生锂皂。 锂皂可增稠油脂，在商业上用于制造油脂等。 硬脂酸锂是一种常用的高温润滑剂。 锂用作焊剂，在焊接过程中促进金属熔化，还可以通过吸收杂质去除或防止氧化物的形成。 锂与铝、镉、铜和锰结合。 可用于制造高性能飞机、火箭等高端飞机部件。 它还可以减轻重量，让它们在相同功率条件下飞得更远、续航时间更长。 长的。 金属锂及其复合氢化物如Li[AlH4]被认为是火箭推进剂的高能添加剂。 锂及其化合物可用于生产硼氢化物和作为新型高能燃料的添加剂，并用作飞机、火箭、导弹、炮弹、潜艇和等离子火箭发动机的推进燃料。 此类推进剂具有燃烧温度高、火焰宽、热值高、排气速度快的特点。 使用溴化锂溶液（55%）作为热流体的吸收式空调与制冷或压缩式空调相比具有一系列优点。 已广泛应用于人造纤维、医药、纺织、高温工业企业以及住宅和公共建筑等领域。 设施、超高层建筑、潜艇等
▍4. 锂的独特性，一种比铀更强大、更安全的能源金属
最典型的能源金属是铀。 铀和钍都是典型的能源金属，核能也是典型的金属能源。 事实上，铀和钍并不是唯一直接用于核能领域的元素。 锂是核聚变反应堆的主角之一。 核聚变反应是氘（D）和氚（T）之间的反应。 氘在天然海水中含量丰富且易于提取，但氚在自然界中几乎不存在。 那么，如何获得氚呢？ 这需要用中子轰击 6Li。 也就是说，6LiD（六氘化锂）是核聚变反应堆的主要原材料。 1克氘聚变约等于100立方米汽油的能量。 每升海水中含有0.003克氘。 聚变后的能量相当于300L汽油的能量。 因此，一旦核聚变电站实现产业化，锂将作为典型的能源金属重返能源领域。 在核聚变中，锂电池和储能装置发挥着重要作用，锂产业的发展前景无疑是光明的。 国际核聚变反应堆预计在2040年之前建成一座2000～示范核聚变电站（尤庆智，2013）。 1967年6月17日，中国第一颗氢弹爆炸成功，使用的材料是氘化锂。 据测算，1g锂释放的有效能量可达8500~h，比235U裂变产生的能量大8倍，相当于3.7t标准煤（王乃银，1989） 。 生产一个100亿千瓦·小时的锂反应堆，只需要10吨金属锂（吴荣清，2009）。
早在20世纪50年代，许多国家就有原子反应堆投入运行，当时被称为原子锅炉。 出于多种原因，该型锅炉的设计者没有使用水作为传热介质。 人们开发了使用焙烧金属来传递多余热量的反应堆，首先使用钠和钾。 然而，与这两种金属相比，锂有很多优点：首先，锂轻； 第二，锂的热容量大； 第三，锂的粘度低； 第四，液态锂的温度范围（熔点和沸点）之间的温差很宽； 第五点，锂的腐蚀性比钠、钾弱很多。 上述一些优点使锂适合用作原子反应堆组件。 看来，锂“注定”将成为热核聚变反应中不可替代的参与者之一。
氢的重同位素氘和氚核聚合反应过程中释放的能量应该比铀核衰变时释放的能量大几倍。 以此为基础，于1951年7月研制出氢弹，学到的东西比以前更多。 但按照这个核嬗变来看金属锂，似乎存在着无法解决的矛盾。 为了使氘核和氚核聚变，需要约5000万摄氏度的高温。 但为了使反应进行，原子需要碰撞。 物质中的原子越密集，碰撞（以及随后的聚变）的可能性就越大。 计算表明，只有当物质处于液态时，这才有可能。 氢同位素只有在接近绝对零的温度下才会变成液体。
这样一来，一方面必须是超高温，另一方面又必须是超低温。 然而，这毕竟必须在同一个物质、同一个对象中实现。 氢弹只能使用氢化锂的变体，即六氢化锂。 6 氘化锂是氢的重同位素氘和质量数为 6 的锂同位素的化合物。6 氘化锂之所以重要有两个原因：首先，它是一种可以储存“凝聚态”的固体材料。温度高于零的氘； 其次，其成分6Li用于生产最稀缺的氢同位素氚。 原料。 特别是，6Li 是氚的唯一工业来源：
这种核反应所需的中子是引爆氢弹的原子“雷管”。 他们还创造了热核聚变的反应条件（温度约为5000万摄氏度）。 对于原子能技术来说，还有一种锂同位素化合物7LiF，也是非常重要的。 可用于在反应堆中直接溶解铀、钍化合物。
▍5. 努力从根本上解决能源问题——可控核聚变
世界许多国家都在积极进行新能源的研发，而锂就是其中最引人注目的方向之一，并可能成为未来新能源发展的中流砥柱。 与铀矿主要用于军事和原子发电不同，锂更多的是民用，但在军事和原子发电领域也能发挥更大的作用。 它的潜力就像氢弹比原子弹威力更大。
在民用领域，许多国家对锂有机电解质电池、锂无机电解质电池、锂熔盐电解质电池、锂固体电解质电池和锂水电池进行了大量的研究工作。 根据不同用途，试制并生产了许多独特的锂电池。 它已广泛应用于起搏器、台式或袖珍电脑、电子手表、助听器、照相录音机、录音机、手电筒、灯塔、浮标、电视和便携式无线电设备，甚至可以用作电动玩具的电源。 ETC。
然而，为了从根本上解决能源问题，国际核聚变反应堆技术正在追求日益“文明化”和“商业化”。 国际“核聚变电站”项目（ITER，俗称“人造太阳”）是世界上唯一的一个。 该项目是继国际空间站之后的第二大项目，其研究正在加速进行。 金属锂在受控热核聚变中的应用是不可替代的。 锂既是生产氚的原料，又是理想的冷凝剂。 除了参与聚变反应外，在液体孕育区也使用锂作为凝结材料的核聚变电站需要大量的锂。 一座核聚变电站，锂用量为500~1000t。 美国研究与发展管理局（ERDA）曾预测2030年核聚变用锂量。预计到2030年，美国核聚变用锂量至少为1.6万吨，高达7万吨。 虽然我国锂资源丰富，但金属锂产量仅为美国的1%（王秀莲等，2001）。 寻找优质锂矿资源，就等于开发低成本、高品质、无污染的锂生产方法。 迫在眉睫。
多年来，世界各国学者一直在研究稳定受控热核聚变问题，即如何人为控制威力强大的“核聚变”造福人类。 这个问题迟早会得到解决。 一方面，地质学家正在自然界中寻找天然富含不同类型锂同位素的自然资源。 四川荣须卡、麦吉卡、马尔康地区的锂辉石中 6Li 含量比盐湖中的锂含量更高。 如前所述，只有6氘化锂才能制成氢弹； 另一方面，原子能科学家在多方面进行了创新，中国的托卡马克装置无论是数量还是质量都已经跻身世界前列。 。 2017年7月，我国宣布超导托卡马克装置“东方超环”（EAST）再获突破，在国际上首次实现了100秒以上的稳态高约束运行模式，这是相当于稳定“燃烧”了数百秒。 “人造太阳”项目的这一进展，标志??着人类距离实现可控核聚变梦想又近了一步。
总之，锂作为战略性新兴产业矿产中的代表性矿产，越来越受到人们的关注。 不过，目前还只是从储能的角度来看，也就是�**傩账煜さ母髦诛绯亍� 然而，锂的高端利用——通过可控核聚变服务人类，仍然是一个期待已久的梦想。 这可能在不久的将来成为现实。
本文摘自《大型锂资源基地调查评价的理论、方法与实践——以川西吉吉卡超大型锂矿为例》一书第一章（王登红等，2015）。北京：科学出版社，2021.12）引言”，标题为编辑所加。