有“鋰”走遍天下?一文了解鋰的歷史、含量分布、制取方法以及應(yīng)用
發(fā)布時間:2022-03-02點擊:3068
鋰(Li)是一種銀白色的金屬元素,質(zhì)軟,是密度***小的金屬。用于原子反應(yīng)堆、制輕合金及電池等。鋰和它的化合物并不像其他的堿金屬那么典型,因為鋰的電荷密度很大并且有穩(wěn)定的氦型雙電子層,使得鋰容易極化其他的分子或離子,自己本身卻不容易受到極化。這一點就影響到它和它的化合物的穩(wěn)定性。
由于電極電勢***負,鋰是已知元素(包括放射性元素)中金屬活動性***強(注意不是金屬性,已知元素中金屬性***強的是銫)的。
2018年8月,中科院國家天文臺科研人員為首的團隊依托LAMOST發(fā)現(xiàn)一顆奇特天體,其鋰元素含量約是同類天體的3000倍,是人類已知鋰元素豐度***高的恒星 。
發(fā)現(xiàn)歷史
***塊鋰礦石,透鋰長石(LiAlSi?O??)是由巴西人(Jozé Bonifácio de Andralda e Silva)在名為Ut?的瑞典小島上發(fā)現(xiàn)的,于18世紀90年代。當把它扔到火里時會發(fā)出濃烈的深紅色火焰,斯德哥爾摩的Johan August Arfvedson分析了它并推斷它含有以前未知的金屬,他把它稱作lithium(鋰)。他意識到這是一種新的堿金屬元素。然而,不同于鈉的是,他沒能用電解法分離它。1821年William Brande電解出了微量的鋰,但這不足以做實驗用。直到1855年德國化學家 Robert Bunsen和英國化學家Augustus Matthiessen電解氯化鋰才獲得了大塊的鋰。鋰的英文為Lithium,來源于希臘文lithos,意為"石頭"。Lithos的***個音節(jié)發(fā)音"里"。因為是金屬,在左方加上部首"钅"。鋰在地殼中的含量比鉀和鈉少得多 ,它的化合物不多見,是它比鉀和鈉發(fā)現(xiàn)的晚的必然因素。鋰發(fā)現(xiàn)的第二年,得到法國化學家伏克蘭重新分析肯定。
含量分布
在自然界中,主要以鋰輝石、鋰云母及磷鋁石礦的形式存在。鋰在地殼中的自然儲量為1100萬噸,可開采儲量410萬噸。2004年,世界鋰開采量為20200噸, 其中,智利開采7990噸,澳大利亞3930噸,中國2630噸,俄羅斯2200噸,阿根廷1970噸。
鋰號稱"稀有金屬",其實它在地殼中的含量不算"稀有",地殼中約有0.0065%的鋰,其豐度居第二十七位。已知含鋰的礦物有150多種,其中主要有鋰輝石、鋰云母、透鋰長石等。海水中鋰的含量不算少,總儲量達2600億噸,可惜濃度太小,提煉實在困難。某些礦泉水和植物機體里,含有豐富的鋰。如有些紅色、黃色的海藻和煙草中,往往含有較多的鋰化合物,可供開發(fā)利用。中國的鋰礦資源豐富,以中國的鋰鹽產(chǎn)量計算,僅江西云母鋰礦就可供開采上百年。
制取方法
1855年,本生和馬奇森采用電解熔化氯化鋰的方法才制得它,工業(yè)化制鋰是在1893年由根莎提出的,鋰從被認定是一種元素到工業(yè)化制取前后歷時76年。電解氯化鋰制取鋰要消耗大量的電能,每煉一噸鋰就耗電高達六、七萬度。
工業(yè)上可以用如下的方法制備鋰單質(zhì):將氯化鋰在不超過其熔點(602℃)的溫度下灼燒干燥1h。使用經(jīng)過氫氧化鉀脫水干燥的、新蒸餾的吡啶溶解上述氯化鋰,制成11.81%的氯化鋰的吡啶溶液作為電解液。用石墨板作陽極,光潔的鉑片或鐵片作陰極,無隔膜。電解時采用的電壓為1.4V,電流密度為0.2~0.3A/100c㎡。
鋰資源主要分布
全球鋰礦資源主要集中在澳洲和南美,智利約占44%,澳大利亞約占22%,阿根廷約占9%,中國約占7%,美國約占4%。
根據(jù)光大的材料,如圖:澳大利亞和智利加起來鋰產(chǎn)量超過70%供應(yīng)到全球。
目前趨勢,中國對鋰的消費占全世界的50%以上,韓國鋰消費占比約20%,日本鋰消費占比約12%。但從碳達峰碳中和推動的電動車、儲能以及及3C(計算機類、通信類和消費類電子產(chǎn)品)對鋰的需求,中國目前就是對鋰的***大消費國。
但是鋰能的產(chǎn)量只占全球供應(yīng)量的17%,所以大部分鋰礦產(chǎn)資源需要從外部進口。根據(jù)光大的數(shù)據(jù),2020年鋰原料對外依存度近約占70.5%。
主要用途
將質(zhì)量數(shù)為6的同位素(6Li)放于原子反應(yīng)堆中,用中子照射,可以得到氚。氚能用來進行熱核反應(yīng),有著重要的用途。鋰主要以硬脂酸鋰的形式用作潤滑脂的增稠劑。這種潤滑劑兼有高抗水性、耐高溫和良好的低溫性能。鋰化物用于陶瓷制品中,以起到助溶劑的作用。在冶金工業(yè)中也用來作脫氧劑或脫氯劑,以及鉛基軸承合金。鋰也是鈹、鎂、鋁輕質(zhì)合金的重要成分。
鋰與生活日用息息相關(guān),個人攜帶的筆記本電腦、手機、藍牙耳機等數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)用的鋰離子電池中就含有豐富的鋰元素。鋰離子電池是高能儲存介質(zhì),由于鋰離子電池的高速發(fā)展,衍生帶動了鋰礦、碳酸鋰等公司業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展。金屬鋰電池在軍用領(lǐng)域也有應(yīng)用。
鋰在發(fā)現(xiàn)后一段相當長的時間里,一直受到冷落,僅僅在玻璃、陶瓷和潤滑劑等部門,使用了為數(shù)不多的鋰的化合物。
鋰早先的主要工業(yè)用途是以硬脂酸鋰的形式用作潤滑劑的增稠劑,鋰基潤滑脂兼有高抗水性,耐高溫和良好的低溫性能。如果在汽車的一些零件上加一次鋰潤滑劑,就足以用到汽車報廢為止。
在冶金工業(yè)上,利用鋰能強烈地和氧、氮、氯、硫等物質(zhì)反應(yīng)的性質(zhì),充當脫氧劑和脫硫劑。在銅的冶煉過程中,加入十萬分之一到萬分之一的鋰,能改善銅的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使之變得更加致密,從而提高銅的導電性。鋰在鑄造優(yōu)質(zhì)銅鑄件中能除去有害的雜質(zhì)和氣體。在現(xiàn)代需要的優(yōu)質(zhì)特殊合金鋼材中,鋰是清除雜質(zhì)***理想的材料。
1kg鋰燃燒后可釋放42998kJ的熱量,因此鋰是用來作為火箭燃料的***佳金屬之一。1kg鋰通過熱核反應(yīng)放出的能量相當于二萬多噸優(yōu)質(zhì)煤的燃燒。若用鋰或鋰的化合物制成固體燃料來代替固體推進劑,用作火箭、導彈、宇宙飛船的推動力,不僅能量高、燃速大,而且有極高的比沖量,火箭的有效載荷直接取決于比沖量的大小。
如果在玻璃制造中加入鋰,鋰玻璃的溶解性只是普通玻璃的1/100(每一普通玻璃杯熱茶中大約有萬分之一克玻璃),加入鋰后使玻璃成為"永不溶解",并可以抗酸腐蝕。
純鋁太軟,當在鋁中加入少量的鋰、鎂、鈹?shù)冉饘偃鄢珊辖?,既輕便,又特別堅硬,用這種合金來制造飛機,能使飛機減輕2/3的重量,一架鋰飛機兩個人就可以抬走。鋰-鉛合金是一種良好的減摩材料。
真正使鋰成為舉世矚目的金屬,還是在它的優(yōu)異的核性能被發(fā)現(xiàn)之后。由于它在原子能工業(yè)上的獨特性能,人稱它為"高能金屬"。
鋰電池是二十世紀三、四十年代才研制開發(fā)的優(yōu)質(zhì)能源,它以開路電壓高,比能量高,工作溫度范圍寬,放電平衡,自放電子等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,是很有前途的動力電池。用鋰電池發(fā)電來開動汽車,行車費只有普通汽油發(fā)動機車的1/3。由鋰制取氚,用來發(fā)動原子電池組,中間不需要充電,可連續(xù)工作20年。要解決汽車的用油危機和排氣污染,重要途徑之一就是發(fā)展向鋰電池這樣的新型電池。
鋰化合物早先的重要用途之一是用于陶瓷制品中,特別是用于搪瓷制品中,鋰化合物的主要作用是作助熔劑。
氟化鋰對紫外線有極高的透明度,用它制造的玻璃可以洞察隱蔽在銀河系***深處的奧秘。鋰玻璃可用來制造電視機顯像管。
二戰(zhàn)期間,美國飛行員備有輕便應(yīng)急的氫氣源-氫化鋰丸。當飛機失事墜落在水面時,只要一碰到水,氫化鋰就立即溶解釋放出大量的氫氣,使救生設(shè)備充氣膨脹.
用氘化鋰和氚化鋰來代替氘和氚裝在氫彈里充當炸藥,達到氫彈爆炸的目的。中國于1967年6月17日成功爆炸的***顆氫彈里就是利用氘化鋰。
硼氫化鋰和氫化鋁鋰,在有機化學反應(yīng)中被廣泛用做還原劑,硼氫化鋰能還原醛類、酮類和酯類等。氫化鋁鋰,是制備藥物、香料和精細有機化學藥品等中重要的還原劑。氫化鋁鋰,也可用作噴氣燃料。氫化鋁鋰是對復(fù)雜分子的特殊鍵合的強還原劑,這種試劑已成為許多有機合成的重要試劑。
有機鋰化合物與有機酸反應(yīng),得到能水解成酮的加成產(chǎn)物,這種反應(yīng)被用于維生素A合成的一步。有機鋰化物加成到醛和酮上,得到水解時能產(chǎn)生醇的加成產(chǎn)物。
由鋰和氨反應(yīng)制得的氨基鋰被用來引入氨基,也被用作脫鹵試劑和催化劑。
文章來源:碳中和新能源才經(jīng),我的金融圈
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