"XXI 세기의 새로운 기름". 리튬은 미래를위한 전략적 자원입니다
볼리비아의 리튬 채굴. 출처 : nat-geo.ru
전략적 리튬
군사 산업의 리튬 소비 증가는 여러 가지 이유로 불가피합니다.
첫째, 현재 리튬 이온 배터리 만이 상대적으로 적은 양으로 많은 전기를 저장할 수 있습니다.
둘째, 군대는 에너지를 필요로하는 기기의 수를 지속적으로 늘리고 있으며, 현장에서는 종종 충전식 배터리로만 제공 할 수 있습니다. 일반적으로 군대에 오는 외골격은 전력 공급 시스템의 소형화로 인해 가능해졌습니다.
셋째, 중장비는 점차 하이브리드 드라이브로 전환되고있어 발전기 및 회생 제동에서 에너지를 저장할 곳이 필요합니다. 하이브리드는 현재 유행하는 탈탄 소화 (탄화수소 연료 연소 거부) 때문이 아니라 그러한 결정의 높은 기밀성 때문에 군대에 왔습니다.
전장에서 하이브리드 탱크 또는 보병 전투 차량은 모터 발전기를 끄고 배터리에 저장된 전기로 만 이동할 수 있습니다. 즉, 장갑차는 담배를 피우지 않고 소음을 내지 않으며 적외선 범위에서 명확하게 조명되지 않습니다. 그리고 물론 하이브리드 장갑차는 연료와 엔진 자원을 절약합니다.
출처 : army.mil
유사한 개발이 이미 해외에서 사전 제작 형태로 존재합니다.
예를 들어, 미국에서는 모듈 식 EX-Drive 전기 변속기와 리튬 이온 배터리 팩이 장착 된 하이브리드 BMP Bredley-HED를 개발하고 있습니다. 몇 년 전에 Krymsk 하이브리드 장갑차가 러시아에서 테스트되었으며 현재 전기 변속기가있는 특수 바퀴가 달린 플랫폼 O 섀시에 대한 작업이 진행 중입니다. 리튬의 높은 화재 위험에도 불구하고이 금속은 가까운 미래에 군사 기술 산업에서 중요한 자리를 차지할 것입니다. 이것은 리튬 예금이 전략적 대상이 될 것임을 의미합니다.
염에서 리튬
본질적으로 리튬은 높은 활성으로 인해 자유 형태로 발견되지 않으며 용해 된 염과 고체 미네랄의 구성에서만 발견됩니다.
리튬의 주요 공급원은 열수 리튬 원료 인 건조한 국가의 염호입니다. 이와 관련하여 칠레는 큰 리튬 매장지 인 Salar de Atacama 소금 습지가있는 영토에서 가장 운이 좋았습니다. 이 마른 호수의 표면적은 3 평방 미터에 이릅니다. km. 그리고 소금 껍질에 숨겨진 리튬 금속의 추정 매장량은 거의 000 만 톤으로 추정됩니다.
실제로 칠레가 "사우디 아라비아 리튬"이라고 불리는 것은 아무 이유가 없습니다. 최근 수십 년 동안이 남미 국가는 세계에서 가장 가벼운 금속 소비량의 43 %를 제공했습니다.
거대한 소금 습지뿐만 아니라 타오르는 태양과 사막 건조 기후가 칠레 리튬 기적의 중요한 연결 고리가되었습니다. 이 지역의 강수량은 세계 어느 곳보다 가장 낮습니다. 단 10mm / 년입니다. 이로 인해 집중적 인 수분 증발이 발생합니다 (최대 3mm / 년). 그렇기 때문에 극도로 농축 된 염수 인 염수 만 호수에 남아 있습니다.
염 습지의 전체 표면은 소금물이 함침 된 석고와 암염의 다공성 암석 인 "kalich"로 덮여 있습니다. 그러한 "Kalich"의 깊이는 수십 미터에 달할 수 있습니다.
염수의 주요 화합물은 염화 리튬과 황산염입니다. 그리고 그러한 칵테일 7 리터의 총 금속 비율은 리터당 XNUMX 그램에 이릅니다. 이 매개 변수에 따르면 칠레 소금 습지 (Salar de Atacama)는 세계에서 타의 추종을 불허합니다.
리튬 염 외에도 나트륨, 칼륨, 브롬 및 칼슘의 화합물이 염수에 용해됩니다. 마그네슘 화합물은 거의 항상 염수에서 리튬에 인접 해 있습니다. 마그네슘과 리튬의 비율이 11/1보다 크면 채굴이 경제적으로 불가능할 수 있습니다.
볼리비아의 리튬 매장지. 출처 : dw.com
이제 미국의 리튬 프로그램에 대해 조금.
금속은 네바다 주에서 소금물에서 채굴됩니다. 다행히도 기후는 미국인에게 유리합니다. 미국 지질 조사국은 생산량에 대한 공개 데이터를 게시하지 않습니다. 그러나 간접적 인 소식통에 따르면 대부분의 리튬 원료 (최대 84 %)는 라틴 아메리카에서 수입됩니다. 리튬의 국내 생산량과 수입량의 35 % 이상이 배터리 생산에 사용됩니다. 그리고 매년이 비율은 증가 할뿐입니다.
리튬의 러시아 역사 지도자 중에는 분명히 아닙니다. 기후는 태양의 소금 호수에서 미네랄의 증발을 허용하지 않습니다. 그리고 국내 소비는 특별히 개발되지 않았습니다. 그리고 리튬을 해외 시장에 판매하는 것은 수익성이 없습니다. 라틴 아메리카 광업 거인들은 전략적 금속에 대해 훨씬 덜 요구하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 러시아에서 리튬 매장량은 900 만 톤으로 추정되며 대부분은 지하수에 집중되어 있습니다.
"리튬 삼각형"
"물에 용해 된"리튬의 훨씬 더 큰 광상은 볼리비아의 고지대 소금 습지 인 Salar de Uyuni이며, 다양한 추정에 따르면 최대 100 억 톤의 금속을 보존하고 있습니다.
이러한 인상적인 매장량에도 불구하고 Mg 대 Li의 비율이 18,6에 도달하기 때문에 Salar de Uyuni 염 습지에서 리튬을 추출하는 데 비용이 많이 듭니다. 비교를 위해 : Salar de Atacama 소금 습지에서는 동일한 지표가 6,4에 가깝습니다.
아르헨티나와 함께 볼리비아와 칠레는 라틴 아메리카의 소위 "리튬 삼각형"을 구성하며, 이는 세계에서 가장 가벼운 금속 시장의 최대 70 %를 장악합니다.
퇴적물에서 다음 그림을 자주 볼 수 있습니다. 강력한 펌프가 소금물을 지구 깊이에서 소금 습지 표면으로 펌핑하여 태양 아래서 XNUMX 년 반만에 소금물로 변합니다. 풍경은 매혹적입니다. 각각 여러 축구장 크기의 기하학적으로 올바른 인공 저수지가 수평선을 훨씬 넘어갑니다. 이러한 탱크를 채우려면 많은 에너지가 필요합니다.
예를 들어, Salar de Atacama 소금 습지에서 광산 회사는 이러한 방식으로 분당 최대 2 리터의 깊은 소금물을 표면에 올립니다. 이것은 리튬 염 채굴 과정을 심각하게 가속화하지만 주변 지역의 생태 상태에 부정적인 영향을 미칩니다. 지하수의 지속적인 펌핑과 강렬한 증발로 인해 주변 지역의 담수 공급이 감소하고 있습니다. 결과적으로 주민들은 담수가 부족하고 배수 된 수역에서 물고기가 크게 죽었다고 불평합니다.
라틴 아메리카에서 리튬이 채굴 된 곳은 심지어 "백 인사"라는 독특한 이름을 받았습니다. 리튬에 대한 세계 산업의 계속 증가하는 수요와 채광과 관련된 환경 피해는 민간 리튬 이온 배터리의 "친환경"상태의 현실에 대해 궁금해합니다.
돌에서 리튬
태양과 건조한 기후가 일부 작업을 수행 할 때 농축 된 염수에서 리튬 염을 추출하는 것은 비교적 쉽습니다. 그러나 자연이 리튬 염 습지 지역을 빼앗 았다면 어떨까요?
색다른 출처에서 검색 할 수 있습니다. 예를 들어, 관련 유수 또는 지열 염수에서. 그러나 리튬 화합물의 농도는 낮습니다. 유수에서 염화 리튬 LiCl의 비율은 1g / l 이하입니다.
따라서 암석 구성에서 금속을 찾는 것이 훨씬 더 수익성이 있습니다.
현재 고체 광물은 전 세계 리튬 매장량의 최대 23 %를 숨 깁니다. 물론 이러한 원료에서 귀금속을 추출하는 것은 어렵고 비용이 많이 듭니다. 그러나 배터리에 대한 높은 수요는 모든 비용을 충당합니다. 산업적으로 중요한 주요 미네랄은 스포 듀민, 레피도 라이트, 암 블리 고 나이트 및 페탈 라이트와 같은 다양한 화강암입니다.
입증 된 리튬 광물의 주요 매장지는 미국, 중국, 호주 및 캐나다에 있습니다. 최근 포르투갈에서는 산화 리튬의 비율이 5 %에이를 수있는 스포 듀민 침전물이 발견되었습니다.
러시아, 핀란드, 포르투갈 및 일부 아프리카 국가에서 비교적 적은 양의 리튬 광물 매장지가 발견되었습니다.
미국과 중국은이 점에서 독특합니다. 화강암 매장지와 식염수 리튬 호수가있는 유일한 국가입니다.
깨진 리튬 이온 배터리의 재활용을 잊지 마십시오. 1992 년 캐나다의 미국 회사 Rockwood Lithium 공장에서 복잡한 재활용 절차를 사용한 최초의 기업 중 하나입니다. 이 회사는 이제 리튬 이온 배터리 재활용 분야의 세계적인 리더입니다. 그리고 개발 가능성을 통해 미래에는 대부분의 배터리를 재활용 할 수 있습니다.
그러나 현재 세계의 리튬 매장량은 매우 크고 널리 사용 가능하므로 오래된 배터리에서 힘들게 추출하는 데 돈을 쓰는 것보다 자연에서 금속을 제거하는 것이 훨씬 쉽습니다. 분석가들에 따르면, 2030 년까지 리튬 수요가 연간 계획된 28 톤에 도달하면 배터리를 재활용하는 효과적인 방법의 개발이 앞장서 게 될 것입니다.
원자재에서 반제품까지
리튬이 축전지의 일부가되기 전에 추출 및 농축 절차를 거쳐야합니다.
우선, 염수 호수에서 나온 염화 리튬은 어떤 식 으로든 불용성 형태로 침전되어야합니다. 이를 위해 중탄산 암모늄이 우수하여 탄산염 형태의 염수에서 리튬을 99,8 %까지 분리 할 수 있습니다.
그리고 리튬 화합물의 농도가 너무 낮고 염분의 화학적 침전이 수익성이 없다면?
이를 위해 기술자들은 물에 용해 된 화합물을 고체에 의해 선택적으로 흡수하는 방법을 개발했습니다. 리튬 이온 만 흡수하도록 "교육 된"특수 이온 교환 수지+용액에 Na 이온 남기기+ 및 기타 활성 금속.
리튬 원료의 550 차 가공 후 다시 난 용성 탄산 리튬으로부터 염화물을 얻습니다. 다음 단계는 순수 금속의 전해 분리입니다. 전기 분해는 용융 염에서 수행되며, 전기 분해 혼합물의 융점을 낮추기 위해 염화칼륨 및 염화 바륨을 미리 첨가합니다. 리튬의 최종 정제는 활성 금속과 공기 성분의 접촉을 배제하기 위해 진공 조건에서 약 XNUMXºС의 온도에서 증류하여 수행됩니다.
탄산 리튬은 세계에서 가장 가벼운 금속의 수출입을위한 주요 형태입니다. 출처 : dw.com
경질 화강암 리튬 함유 광물은 농축 및 처리가 훨씬 더 어렵습니다. 암석을 기계적으로 분쇄 한 후 암석의 부유 농축이 발생합니다. 이것은 고체 리튬 광물을 XNUMX 차 처리하는 가장 널리 퍼진 방법입니다. 이를 위해 암석 입자는 특수 오일로 적셔 져 거품의 일부로 부양 조에서 방출됩니다. Spodumene 미네랄은 고온으로 풍부합니다. 이 소결 과정에서 미네랄 입자가 갈라지고 가루로 부서지며 스크리닝 또는 공기 분리를 통해 맥석 미네랄과 분리됩니다.
또한 리튬 농축액은 공정 화학자에게 전달됩니다. 처리는 석회, 황산염 또는 황산 방법을 사용하여 수행됩니다. 이를 위해 탄산 칼슘, 황산 칼륨 및 황산이 사용됩니다. 산출물은 황산 리튬과 탄산염으로, 화합물을 염화 리튬으로 전환하기 위해 처리됩니다.
리튬은 다양한 화합물로 소비자에게 제공됩니다. 대부분 (세계 매출의 40 %까지)은 탄산 리튬에 속하고, 22 위는 액체 리튬 농축액 (16 %), 수산화 리튬 (4 %), 염화 리튬 (4 %)이 차지합니다. 순수 리튬 금속은 세계 매출의 12 %를 차지하고 나머지 XNUMX %는 다 성분 리튬 화합물이 차지합니다.
배터리뿐만 아니라
70 세기의 리튬은 현대 축전지의 원료가 아닙니다. 세계에서 가장 가벼운 금속 생산량의 최대 XNUMX %가 전력 산업의 요구 사항에 속한다는 사실에도 불구하고 리튬은 다른 산업에서 널리 사용됩니다.
리튬 화합물이 유리에 첨가되면 이로 만든 제품은 내 화학성이되고 자외선과 적외선을 투과 시키는데 이는 군사 업무에서 중요한 속성입니다. 세라믹 제조법에 리튬 염이 포함되어 있으면 고전압 및 고온 도자기를 얻을 수 있습니다.
지방산의 리튬 염은 석유 오일을 농축하기위한 윤활제에 적용됩니다. 예를 들어, 리튬 스테아 레이트는 잘 알려진 리톨에 사용됩니다.
리튬 화합물이 없었다면 사람은 심해와 우주 공간을 거의 다룰 수 없었을 것입니다. 잠수함과 유인 우주선의 이산화탄소에서 공기 정화 시스템에 사용되는 과산화 리튬에 관한 것입니다. 반응은 산소의 방출과 이산화탄소의 흡수와 함께 일어납니다.
원자력에서 리튬은 원자로 냉각 용 냉각제로 사용되며 리튬 수 소화물 LiH는 수소 저장 물질로 매우 유망합니다.
전기 자동차 용 견인 배터리의 핵심 부품 인 리튬은 이미 4 세기의 "신 휘발유"로 자리 매김했습니다. 그러나 과학자들은 리튬을 로켓 연료로 심각하게 고려하고 있습니다. 수소화 리튬, 붕화 리튬 LiB 및 순수 금속을 태우면 최대 000 kcal의 에너지가 방출되는 반면 일반 등유는 2 kcal에 불과합니다. 높은 산소 비율 (최대 300 %)로 인해 과염소산 리튬과 질산염은 로켓 연료의 우수한 산화제가 될 수 있습니다. 비교를 위해 기존의 산화제 과염소산 암모늄에는 69,5 %의 산소 만 포함되어 있습니다.
전력 산업에서 리튬에 대한 전망은 다소 예측할 수 없습니다. 한편으로 염수에 용해 된 리튬 화합물의 매장량은 인류에게 50 년 이하 (단단한 암석에서-25 년) 동안 충분할 것이며, 다른 한편으로 귀중한 광물은 거의 모든 지하수.
지금은 그러한 물에서 리튬을 추출하는 것이 완전히 수익성이 없습니다.
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