„Lithium graben“ auf der ganzen Welt: Welche magischen Anwendungen hat das „erste“ Metallelement im Periodensystem?

Im Januar 2024 erfuhren die Medien vom Ministerium für natürliche Ressourcen, dass Mitarbeiter geologischer Untersuchungen in China in Yajiang, Sichuan, fast eine Million Tonnen Lithiumvorkommen entdeckt hätten. Dies ist die größte einzelne Lithiummine vom Pegmatittyp, die bisher in Asien entdeckt wurde. Was also ist monomeres Lithiumerz vom Pegmatit-Typ? Welche Bedeutung hat diese Entdeckung? Beginnen wir mit Lithium.

01 Dieses "Lithium" hat eine kleine Datei

Lithium ist ein Metallelement der zweiten Periode IA des Periodensystems. Es ist auch das erste Metallelement im chemischen Periodensystem. Sein Elementsymbol ist Li, seine Ordnungszahl ist 3 und sein Atomgewicht beträgt 6,941. Lithium ist ein silberweißes, weiches Metall mit der geringsten Dichte aller Metalle . Elementares Lithium kommt in der Natur jedoch selten vor. Es hat einen Schmelzpunkt von 181 °C, einen Siedepunkt von 1342 °C, eine spezifische Wärmekapazität von 3,58 kJ/kg·K und kann mit Wasser reagieren.

Lithium (urheberrechtlich geschütztes Bild aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Im Allgemeinen weisen Alkalimetalle der Gruppe IA sehr offensichtliche Eigenschaften metallischer Elemente auf, z. B. dass sie sehr leicht +1-wertige Kationen bilden und eine extrem niedrige Elektronegativität und erste Ionisierungsenergie aufweisen . Darüber hinaus können Lithiumatome andere Moleküle oder Ionen leicht polarisieren, sie selbst sind jedoch nicht leicht polarisierbar, was die Stabilität des Lithiums und seiner Verbindungen beeinträchtigt.

02 Es gibt Hinweise auf Lithium: Die Verteilung der Lithium-Mineralressourcen

Lithium ist in der Natur weit verbreitet und kommt in der Erdkruste mit einer Häufigkeit von 20 ppm vor. Es kommt hauptsächlich in magmatischen Gesteinen und Sedimentgesteinen vor , wobei Granit mit einem durchschnittlichen Gehalt von 40 ppm einen höheren Gehalt aufweist . Derzeit kommen in der Natur mehr als 150 Arten von Lithiummineralien und lithiumhaltigen Mineralien vor. Zu den häufigsten zählen Spodumen, Lepidolith, Pyroxenit, Petalit und Ferrolithiumglimmer .

Spodumen fluoresziert unter ultraviolettem Licht (Copyright-Bild aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Unter den vielen Arten von Lithiumminen sind Lithiumminen vom Pegmatit-Typ sehr wichtig, insbesondere Lithiumminen vom Granit-Pegmatit-Typ , die derzeit ein heißes Thema in der internationalen Lagerstättenforschung sind. Granitpegmatite sind normalerweise leicht mit seltenen Elementen wie Lithium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Gallium, Zinn, Tantal, Niob usw. angereichert. Die räumliche Verteilung der Lithiumminen vom Pegmatittyp in China ist relativ konzentriert, hauptsächlich in West-Kunlun, Songpan-Ganzi, Altai und anderen Regionen.

Luftaufnahme einer Lithiummine (Copyright-Bild aus der Bibliothek, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Daten zeigen, dass 85,73 % der weltweit nachgewiesenen Lithiumressourcen auf die Reserven von fünf Ländern entfallen , nämlich Chile, Australien, Argentinien, China und den Vereinigten Staaten. Davon machen Chinas Lithiumressourcen 13,7 % der weltweiten Gesamtreserven und 25,7 % der weltweiten Gesamtreserven aus. Derzeit sind Chinas nachgewiesene Lithiummineralressourcen hauptsächlich in Sichuan, Jiangxi, Hunan, Guizhou, Henan und der Inneren Mongolei verteilt. Unter ihnen machen die Lithiumerzreserven von Sichuan 60,56 % der Lithiumerzressourcen des Landes aus , gefolgt von Jiangxi (14,41 %) und Hunan (11,41 %) .

03 „Lithiumabbau“ weltweit: Die Bedeutung von Lithium und seine breite Anwendung

Lithium wird häufig in Branchen wie der Batterie-, Keramik-, Glas-, Schmier- und Kühlmittelindustrie, der Nuklearindustrie und der Optoelektronik verwendet. Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Industrieprodukten wie Computern, Digitalkameras, Mobiltelefonen, mobilen Elektrowerkzeugen, mobilen Stromversorgungen, Fahrzeugen mit neuer Energie, der modernen chemischen Industrie, der Kernenergie, der Photovoltaik usw. ist Lithium zu einem der strategischen Metalle der neuen Ära geworden, denen das Land die größte Bedeutung beimisst . Derzeit ist die Batterieindustrie der größte Lithiumverbraucher, und die Glas- und Keramikindustrie ist zum zweitgrößten Lithiumverbraucher geworden .

▼Batterieherstellungsindustrie

Lithiumbatterien erfreuen sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte, ihres geringen Gewichts, ihrer geringen Größe, ihrer langen Lebensdauer, ihrer guten Leistung und ihrer Umweltfreundlichkeit großer Beliebtheit. In den letzten Jahren ist der Anteil von Lithiumbatterien im Batteriebereich von 7 % im Jahr 1997 auf 35 % im Jahr 2013 gestiegen. Sie werden häufig in Laptops, Mobiltelefonen, Digitalkameras, kleinen elektronischen Geräten, in der Luft- und Raumfahrt, in der Elektromechanik und in der militärischen Kommunikation verwendet.

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▼Glasherstellungsindustrie

Lithiumkonzentrat oder Lithiumverbindungen spielen beim Glasschmelzprozess hauptsächlich eine Flussmittelrolle , da sie die Temperatur des Glasschmelzens und die Viskosität der Schmelze senken, den Produktionsprozess vereinfachen, den Energieverbrauch senken, die Lebensdauer des Ofens verlängern, die Leistung steigern, die Betriebsbedingungen verbessern und die Umweltverschmutzung verringern können. Durch die Zugabe von Lithiumverbindungen zu Glas kann außerdem der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glases verringert, die Glätte des Glases verbessert und die Festigkeit, Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit von Glasprodukten gesteigert werden.

▼Keramikindustrie

Keramiken mit einer geringen Menge an zugesetztem Spodumen haben eine niedrigere Sintertemperatur und eine kürzere Sinterzeit . Die daraus hergestellten Keramikprodukte weisen eine bessere Fließfähigkeit und Haftung auf und sind hitzebeständiger, säurebeständiger, alkalibeständiger und verschleißfester. Derzeit werden spodumenhaltige Keramiken häufig in Produkten wie Mikrowellenherdplatten, Induktionsherdplatten, Turbinenschaufeln, Zündkerzen usw. verwendet.

▼ Fettherstellungsindustrie

Lithiumbasiertes Fett hat die Vorteile der Antioxidation, Druckbeständigkeit und guten Schmierleistung . Die Viskosität des Fettes ändert sich im Bereich von -60 bis 300 °C nur sehr wenig. Daher wird lithiumbasiertes Fett häufig in Flugzeugen, Panzern, Zügen, Autoteilen sowie in der Metallurgie- und Petrochemieindustrie verwendet.

▼Metallurgische Industrie

Lithiumlegierungen sind wichtige Bestandteile von Leichtmetallen, ultraleichten Legierungen, verschleißfesten Legierungen und anderen Nichteisenlegierungen in der Luftfahrtindustrie. Durch die Zugabe von Lithium zu einer Legierung können die Eigenschaften der Legierung erheblich verbessert werden. Beispielsweise ist eine Lithium-Magnesium-Legierung eine hochfeste und leichte Legierung, die nicht nur eine gute Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Duktilität aufweist , sondern auch korrosionsbeständig, verschleißfest, stoßfest und beständig gegen das Eindringen von Partikeln mit hoher Geschwindigkeit ist. Es ist als „Luftfahrtlegierung von morgen“ bekannt und wird in der Luft- und Raumfahrt, der Landesverteidigung und der Militärindustrie häufig verwendet.

Das im Inland produzierte große Passagierflugzeug C919 verwendet erstmals in großem Maßstab eine Aluminium-Lithium-Legierung (Quelle: Nachrichtenagentur Xinhua).

Lithium ist auch ein gutes Entgasungsmittel . Wenn Lithium zu einem geschmolzenen Metall oder einer Legierung hinzugefügt wird, reagiert es mit Gasen wie Wasserstoff, Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff im Metall oder der Legierung und bildet Verbindungen mit geringer Dichte und niedrigem Schmelzpunkt. Dieser Prozess entfernt nicht nur Gase und macht das Metall dichter, sondern beseitigt auch Blasen und andere Defekte im Metall und verbessert dadurch die Kornstruktur des Metalls und verbessert die mechanischen Eigenschaften des Metalls. außerdem:

Lithiummetall hat die Eigenschaften einer großen Wärmekapazität, eines weiten Temperaturbereichs der flüssigen Phase, einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer niedrigen Viskosität und einer geringen Dichte und wird als Kühlmittel in Kernfusions- oder Kernspaltungsreaktoren verwendet.

Lithiumbromid ist ein hocheffizientes Wasserdampfabsorptionsmittel und Luftfeuchtigkeitsregulator und wird häufig in Klimaanlagen, Entfeuchtungs-, Kühl- und Luftreinigungssystemen verwendet.

Lithiumsalzdünger kann Tomatenfäule und Weizenrost vorbeugen. Durch die Zugabe von Lithiumsalz zu Aluminium-Elektrolysezellen kann die Fließfähigkeit des geschmolzenen Salzes verbessert, der Elektrolysegrad verringert und erheblich Strom gespart werden.

n-Butyllithium wird auch als Initiator für die Synthese von Styrol und Butadienalkohol verwendet und findet breite Anwendung in hoch- und niedrigtemperaturbeständigen Gummidichtungsmaterialien und Gummireifen. Durch die Zugabe von Butyllithium zu Gummireifen kann deren Lebensdauer um mehr als das Vierfache erhöht werden.

Lithium ist ein wahres „Allheilmittel“. Die diesmal entdeckte Lithiummine ist zweifellos eine wichtige Ergänzung der strategischen Metallressourcen meines Landes. Ich bin davon überzeugt, dass diese Ressource bei rationeller Nutzung in der Zukunft sicherlich viele Industriezweige in meinem Land auf ein höheres Niveau bringen wird.

Autor: Xu Chang, PhD in Strukturgeologie, Sun Yat-sen University

Gutachter: Dong Hanwen, Assoziierter Forscher, Institut für Geologie, Chinesische Akademie der Geologischen Wissenschaften

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