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“掏锂”满天下:元素周期表“首位”金属元素有何妙用
2024-04-03 23:46:25  出处:科普中国  作者:徐畅 编辑:若风     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

2024年1月,媒体从自然资源部获悉,在我国地勘工作者在四川雅江探获了近百万吨锂资源,这是亚洲迄今探明的最大规模伟晶岩型单体锂矿。那么,啥是伟晶岩型单体锂矿?其发现又有什么重大意义?让我们从这“锂”说起。

01 这“锂”有一份小档案

锂(Lithium)是一种金属元素,位于元素周期表的第二周期IA族,也是化学元素周期表中排位第一的金属元素,元素符号为Li,它的原子序数为3,原子量为6.941。锂单质是一种银白色的、软质的金属,是密度最小的金属。然而,单质锂在自然界中并不多见。它的熔点为181 ℃,沸点为1342 ℃,比热容为3.58 kJ/kg·K,可与水反应。

通常,IA族的碱金属具有非常明显的金属元素特征,如极易形成+1价阳离子、极低的电负性和第一电离能等。此外,锂原子容易极化其他的分子或离子,自身却不容易受到极化,这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。

02 有“锂”有据:锂矿资源的分布

锂元素在自然界分布比较广泛,在地壳中的丰度为20 ppm,主要来源于岩浆岩和沉积岩中,其中,花岗岩中含量较高,平均含量达40 ppm。目前,在自然界中发现的锂矿物和含锂矿有150多种,其中比较常见的有锂辉石、锂云母、磷锂铝石、透锂长石及铁锂云母等。

在锂矿的众多类型中,伟晶岩型锂矿非常重要,特别是花岗伟晶岩型锂矿,是当前国际矿床学的研究热点。花岗伟晶岩通常容易富集稀有元素如锂、铷、铯、铍、镓、锡、钽、铌等。我国的伟晶岩型锂矿空间分布相对集中,主要分布在西昆仑、松潘-甘孜、阿尔泰等区域。

数据显示,全世界已探明的锂矿资源中,智利、澳大利亚、阿根廷、中国、美国5个国家储量占比达到85.73%,其中,中国锂矿资源按基础储量计,占全世界的13.7%;按储量计,占全世界的25.7%。目前,我国已探明锂矿资源主要分布在四川、江西、湖南、贵州、河南和内蒙古等地。其中,四川锂矿储量占全国锂矿资源的60.56%,第二和第三分别为江西 (14.41%) 和湖南 (11.41%)。

03 “掏锂”满天下:锂的重要性及其广泛应用

锂广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具、移动电源、新能源汽车、现代化工、核电、光伏等产业产品的不断发展,锂已经上升为国家最重视的新时代战略金属之一。目前,电池行业是锂最大的消费领域,玻璃和陶瓷行业成为锂的第二大消费领域。

▼电池制造业

由于很高的能量密度,以及质量轻、体积小、寿命长、性能好、无污染等优点,锂电池甚受青睐。近年来,锂电池在电池领域的占比已经从1997年的7%上升到2013年的35%,被广泛应用到笔记本电脑、手机、数码相机、小型电子器材、航天、机电以及军事通讯等领域。

▼玻璃制造业

锂精矿或锂化物主要在玻璃熔化过程中起到助熔作用,能够降低玻璃熔化时的温度和熔体的粘度,简化生产流程,降低能耗,延长炉龄,增加产量,改善操作条件,减少污染。在玻璃中添加锂化合物,还能降低玻璃热膨胀的系数,改善玻璃的光洁度,提高玻璃制品强度、延性、耐蚀性及耐热急变性能。

▼陶瓷制造业

加入少量锂辉石的陶瓷,其烧结温度更低、烧结时间更短,制成的陶瓷制品具有更好的流动性和粘着力,更加耐热、耐酸、耐碱、耐磨。目前,含锂辉石陶瓷广泛应用于微波炉托盘、电磁灶面板、汽轮机叶片、火花塞等制品中。

▼润滑脂制造业

锂基润滑脂具有抗氧、耐压、润滑性能好等优点,在-60~300 ℃范围内润滑脂的粘性变化很小。因此,锂基润滑脂被广泛应用于飞机、坦克、火车、汽车部件以及治金、石油化工行业中。

▼冶金产业

锂合金是航空制造业中轻合金、超轻合金、耐磨合金以及其他有色合金的重要组成部分。在合金中加入锂可以大大改善合金性能,例如,锂镁合金是高强度轻质合金,不仅具有良好的导热、导电、延展性,还具有耐腐蚀、耐磨损、抗冲击性能好、抗高速粒子穿透力等特点,被誉为“明天的宇航合金”,被广泛应用到航空航天、国防军工等领域。

锂也是良好的的脱气剂。将锂加入熔融的金属或合金中,锂就会与金属或合金中诸如氢、氧、硫、氮等气体发生反应,生成密度小、熔点低的化合物。这一过程不仅能除去气体,使金属变得更致密,还能消除金属中的气泡以及其他缺陷,从而改善金属的晶粒结构,提高金属的机械性能。除此之外:

金属锂具有热容大、液相温度范围宽、热导率高、粘度低和密度小等性质,在核聚变或核裂变反应堆中用作冷却剂;

溴化锂是一种高效水蒸气吸收剂和空气湿度调节剂,被广泛用于空调、除湿、制冷和空气净化系统;

锂盐肥料可以防治西红柿腐烂和小麦锈穗病;在铝电解槽中添加锂盐,能够提高融盐流动性,降低电解度,节约电能效果显著;

正丁基锂还用作合成苯乙烯、丁二烯醇的引发剂,广泛应用于耐高温和低温的橡胶密封材料和橡胶轮胎,其中橡胶轮胎加入丁基锂可使其寿命提高4倍以上。

锂真可谓是“万金油”,这次发现的锂矿无疑是对我国战略金属资源的重要补充,相信在未来合理地利用下,这笔资源定能促进我国诸多行业更上一层楼。

责任编辑:若风

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