出品：科普中國

作者：周紅昌（東京大學）

監(jiān)制：中國科普博覽

鋰，作為一種重要的電池資源，相信大家對它都不陌生。無論是治病救人的心臟起搏器，還是平時工作學習所使用的平板、手機及電腦，無一不需要鋰電池。鋰已經(jīng)是人們生活中不可或缺的一種重要物資，如何更好地開發(fā)鋰資源也隨之成為了大家所關注的問題。

現(xiàn)在我國主要從礦石和鹽湖中提取鋰，但其實我們正守著一個有待開發(fā)的鋰庫——海洋。一直以來，從海水中提取鋰的相關研究都不缺熱度，但一直未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

近期，青島舉行全球首個海水淡化濃鹽水提鋰合作項目簽約儀式，正式啟動全球首個海水提鋰項目建設，標志著海水提鋰從工程化驗證轉向產(chǎn)業(yè)化的新階段。

從鋰資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀來看，這一項目的前景如何？對比現(xiàn)有的各種鋰資源利用方式，海水提鋰又有哪些優(yōu)勢和劣勢呢？這篇文章就為你回答“鋰的那些事兒”。

青島舉行全球首個海水淡化濃鹽水提鋰合作項目簽約儀式

（圖片來源：青島新聞網(wǎng)）

現(xiàn)有的鋰資源開發(fā)方式仍是長期主角

鋰是新能源產(chǎn)業(yè)中的核心元素，廣泛應用于鋰離子電池等高新技術領域?，F(xiàn)有的鋰資源開發(fā)主要集中在兩種類型的礦產(chǎn)資源中：鋰輝石礦（硬巖礦）和鹽湖鹵水。

硬巖礦中的鋰主要以鋰輝石礦的形式存在。開發(fā)過程通常包括礦石采掘、礦石破碎、磨礦、浮選以及冶煉等步驟。主要的鋰提取方法有酸浸提鋰和焙燒法。

三種鋰輝石晶體

（圖片來源：維基百科）

酸浸提鋰是將破碎、磨細的鋰輝石礦與硫酸進行混合反應，生成可溶性的鋰硫酸鹽，再經(jīng)過固液分離、濃縮、結晶等過程提取鋰。焙燒法是將鋰輝石礦與石堿或石膏等混合，經(jīng)過高溫焙燒生成水溶性的鋰鹽，然后通過水浸、過濾、結晶等過程提取鋰。

世界上一些主要的鋰礦床，如澳大利亞的格林布什礦和中國的鋰輝石礦，含鋰量可達1%~2%。這些礦床的開發(fā)和提煉過程已經(jīng)相對成熟，產(chǎn)量可觀。

另一方面，鹽湖鹵水是一種富含鋰的地下水資源，在鹽湖鹵水中提取鋰的主要方法有太陽能蒸發(fā)法和離子交換法。

烏尤尼鹽沼

（圖片來源：維基百科 作者：Dan Lundberg）

太陽能蒸發(fā)法是將鹽湖鹵水泵入大型蒸發(fā)池，利用太陽能蒸發(fā)其中的水分，使鋰濃度逐漸增加。經(jīng)過一系列蒸發(fā)池的蒸發(fā)作用，液體中的鋰濃度達到一定程度后，再進行鋰的提取和精煉。離子交換法是通過離子交換樹脂或膜將鋰離子從鹽湖鹵水中分離出來，此方法的優(yōu)點是具有較高的選擇性，但處理能力受到樹脂或膜的性能限制。

鹽湖鹵水中的鋰濃度通常在幾百到幾千毫克/升之間，雖然低于硬巖礦，但由于地表鹽湖資源易于開采和處理，產(chǎn)量仍然較高。南美的鹽湖，如阿根廷、智利和玻利維亞交界處的大量鹽湖，是全球鋰資源的重要來源。

總的來說，這兩種方法各有優(yōu)缺點。硬巖礦開發(fā)方式的優(yōu)勢是產(chǎn)能較高，但對環(huán)境的破壞較大；而鹽湖鹵水開發(fā)方式則相對環(huán)保，但受氣候條件影響較大，且鋰回收率較低。

近年來，全球對鋰的需求量持續(xù)增長，鋰原料價格長期維持高位，給產(chǎn)業(yè)鏈下游的電池廠商以及新能源車企等造成了不小的成本壓力。因此，人們將目光放在了從海水中提取鋰的相關研究上，畢竟海洋中的鋰資源總量豐富，完全可以用取之不盡用之不竭來形容。

海水中的鋰資源量約為2300億噸，是目前全球可開采鋰資源總量的1.6萬倍。然而，海水中的鋰濃度非常低，一般在0.1~0.2毫克/升之間，大約是礦石鋰含量的十萬分之一。受困于低濃度、技術難度和成本問題，目前從海水中提取鋰的生產(chǎn)效率，遠低于現(xiàn)有的鋰資源開發(fā)技術。因此，現(xiàn)有的鋰資源開發(fā)方式仍是長期主角。

海洋中的鋰儲量高達2300億噸（本圖為奄美大島）

（圖片來源：作者拍攝）

取之不盡是真，但生產(chǎn)效率是大問題

從海水中提取鋰的技術尚處于研究和開發(fā)階段。技術路線主要包括吸附法、離子交換法、電化學法和溶劑萃取法等。接下來我們來看看這些方法有什么不同：

吸附法：

利用特定的吸附劑，如鋰離子交換材料或鋰離子篩，將鋰離子從海水中吸附出來，然后通過適當?shù)慕馕鼊囯x子從吸附劑中解吸，從而實現(xiàn)鋰的富集和回收。這種方法的優(yōu)點是操作簡單、環(huán)境友好，但缺點是鋰回收率和選擇性受到吸附劑性能的限制。

離子交換法與鹽湖鹵水的離子交換法是相同的，也具有相同的優(yōu)勢和劣勢。此外，離子交換樹脂在使用過程中需要定期再生，增加了操作的復雜性。

電化學法主要是利用電解或電泳原理從海水中提取鋰。電化學法的優(yōu)點是具有較高的選擇性，但缺點是耗能較大，且設備成本較高。此外，電解過程中可能會產(chǎn)生一定的副產(chǎn)物，需要進行處理。

溶劑萃取法是通過特定的有機溶劑或絡合劑與鋰離子形成絡合物，從而將鋰從海水中分離。這種方法的優(yōu)點是具有較高的選擇性，但缺點是使用有機溶劑，對環(huán)境有一定影響。此外，溶劑回收和再生的過程較為復雜。

智能手機中所用的鋰電池

（圖片來源：維基百科 作者：MyXyloto）

技術有難題，產(chǎn)業(yè)化前景卻不黯淡

開發(fā)海水鋰的產(chǎn)業(yè)化，其關鍵因素就是降低開采成本。它是否能夠達到已有技術的水平，主要取決于以下幾點。

首先自然是技術的進步，在未來幾年，隨著相關技術的不斷研究與發(fā)展，提取效率可能會有所提高，降低成本。在此基礎上，隨著全球對可持續(xù)能源的關注不斷增加，各國政府可能會為這一領域提供政策支持和資金投入。

與此同時，市場需求也是一個重要的影響因素，隨著電動汽車和可再生能源市場的快速發(fā)展，對鋰資源的需求將持續(xù)增長，這將為從海水中提取鋰的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供市場動力。

不僅如此，與傳統(tǒng)的鋰資源開采技術相比，從海水中提取鋰的環(huán)境影響有望變得更小。在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的背景下，這一點同樣是產(chǎn)業(yè)化的重要驅動力。

漂浮于煤油上的金屬鋰

（圖片來源：維基百科）

結語

總之，現(xiàn)有的鋰資源開發(fā)技術在產(chǎn)率方面仍然明顯優(yōu)于從海水中提取鋰。隨著技術進步和對可持續(xù)能源的需求增加，這項技術可能會得到改進和發(fā)展，從而提高產(chǎn)率和競爭力。

據(jù)青島新聞報道，新建成的項目利用青島百發(fā)海水淡化廠產(chǎn)出的濃鹽水，在排放之前把其中的鋰元素提取出來，每年可產(chǎn)出碳酸鋰約40噸。無論這一項目今后的發(fā)展進程是否一帆風順，作為全球鋰資源開發(fā)業(yè)界的一次重要嘗試，它將被載入全球工業(yè)史。

依靠越來越多的科技創(chuàng)新，或許未來的某一天，我們可以底氣十足地說：“鋰，自由了！”

編輯：孫晨宇

來源: 中國科普博覽

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