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重要礦產資源調查計劃——最輕的金屬:鋰

編著:天津地質調查中心 李效廣 李志丹    

有種金屬,它的密度和普通木頭差不多,能浮在油中,是所有金屬中最輕的;

這種金屬,和白銀一樣白,在暴露的空氣中,比白銀更容易被氧化而變黑;

這種金屬,第二次世界大戰期間,美國飛行員要配備上它的氫化物2公斤。一旦飛機失事墜落在水面時,該氫化物碰到水,就立即與水發生反應,釋放出大量的氫氣,使救生設備充氣膨脹,它被譽為“制造氫氣的工廠”;

這種金屬元素,對中樞神經活動有調節作用,能鎮靜、安神,控制神經紊亂作用,一度添加于碳酸飲料中;

這種金屬元素,曾被澳大利亞農場主用于添加劑加于羊肉中,喂食草原狼,狠吃了以后會惡心,不再吃羊;

這種金屬元素,首次引起舉世矚目,是它優異的核性能被發現后,用作核聚變殺人武器的生產;

這種金屬元素,再次引起舉世矚目,是其開始廣泛應用于人類的進步與和平,應用于移動電源,和新能源汽車領域。

這種金屬就是鋰!

鋰元素基本信息 

1、身份信息 

化學符號:Li。

英文名稱:Lithium。

中文名稱:鋰。

原子序數:3。1869年,化學家門捷列夫將鋰定位于元素周期表中第三的位置,金屬中的第一位。

密度:0.5.34 kg/m3,為最輕的金屬,大約是水密度的一半。它在液體石蠟中會漂浮起來。

顏色:銀白色,質地柔軟。

熔點:180.54℃;沸點:1317℃。

鋰的氫氧化物易溶于水,在溶劑中能向其它物質提供未共用電子對的能力,常溫時,其pH>7,溶液呈堿性,故將其和鈉、鉀等元素一起歸類為堿金屬元素。


漂浮在油中的鋰金屬

2、性格活潑

金屬鋰很活潑,可與大量無機試劑和有機試劑發生反應,與水的反應非常劇烈。鋰需要隔絕空氣儲存,一般將其存放在液體石蠟、固體石蠟或者白凡士林中。在暴露的空氣中,鋰很容易與氧氣接觸而被氧化變黑。

覆蓋一層黑色氧化層的鋰

正因為鋰性格如此活潑,鋰電池或鋰離子電池才得到廣泛應用,但同時它也容易引起自燃。鋰電池在摩擦或者碰撞中容易產生火花。一旦出現燃燒情況,只有在它消耗完后,燃燒才能夠被完全熄滅。如果將鋰電池直接放入行李中托運,行李在狹小的貨艙空間中容易受到擠壓或碰撞等,鋰電池容易發生自燃,增加了危險性。這也就是鋰電池或鋰離子電池不允許托運于飛機的原因。

3、無處不在  

鋰雖然號稱“稀有金屬”,但它在地球中無所不在。它們安家在巖石、鹽湖、海水、地下鹵水、火山和植物中,前三者中的鋰一般被人們分別稱為硬巖鋰、鹽湖鋰和海水鋰。

                                                                                      巖石中

自然界中,含鋰礦物常富集于偉晶巖、白云母花崗巖或熱液石英脈中。鋰輝石是一種富含鋰的礦物,主要賦存于一種礦物顆粒粗大、質地堅硬的花崗偉晶巖中。圖為電話桿大小的鋰輝石晶體,產于美國南達科他州艾塔偉晶巖中,注意紅圈中者為一名礦工(圖片轉引自1916年USGS BULLITIN 610)。

中國新疆可可托海3號礦坑,是全球地質界公認的“天然地質博物館”,坑內有76種礦共生,鋰為其富含礦產之一。

                                                                                鹽湖中

地球上最干旱的地區之一是橫跨智利和秘魯的阿塔卡瑪沙漠,沙漠主要由鹽湖、沙丘和長英熔巖構成,而其中有個叫阿塔卡瑪的鹽湖。該鹽湖年最高蒸發量為3500mm,而年極端最低降水量不到30毫米。這個鹽湖的鹵水中富含鋰,其鋰金屬資源儲量高達630萬噸,約占全球份額的24%。圖為阿塔卡瑪鹽湖,水面為鹵水,凸起固狀物為結晶礦物質。

                                                                     深層鹵水中

深層鹵水,深埋于地下深處,有多處已發現含有較豐富的鋰,但目前尚未利用。四川自貢市燊海井井口,是世界第一口超千米深井,井深1001.42米,采地下深層鹵水制鹽,經分析,也含有一定品位的鋰,但未達工業指標。該井開鉆于清代道光十五年(公元1835年),現仍可采,但主要用于觀光。 

                                                                                 大海中

蔚藍大海中賦存有巨量的鋰,約為2600億t,是目前全球已查明鋰資源量的6500余倍。但其含量極低,鋰在海水中的濃度為0.16mg/L。天津海晶集團海鹽化工廠的曬鹽池,提取鈉鉀鎂等元素后,鋰得到一定富集。

                                                                                        超級火山遺跡中

2017年8月,美國斯坦福大學和美國地質調查局(US Geological Survey)的研究人員在《自然通訊》(NatureCommunications)雜志上發表研究宣稱,北美超級火山遺跡可能蘊藏大量鋰礦。超級火山是規模極大的火山,能噴發出幾百甚至幾千立方千米的巖漿,比普通火山多出上萬倍。它們會形成較大的塌陷型火山口,這些區域容易形成火山湖,是理想的鋰元素沉積區。熔融包裹體里封存著原始巖漿的殘留物,從中可以得知火山爆發時巖漿中的鋰含量。分析表明,不同類型的巖漿中鋰含量差異很大,北美洲西部等地的長英質地殼產生的巖漿是較好的鋰來源。 

植物機體中

此外,某些植物機體里,比如紅色、黃色的海藻和煙草,也含有部分鋰。

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