Как древний металл Вселенной стал незаменимым элементом наших гаджетов
Почти 14 миллиардов лет назад, через секунду после Большого взрыва образовались первые элементарные частицы. Сталкиваясь в течение нескольких минут, они породили ядра первых химических элементов: двух газов (водорода и гелия) и одного металла — лития. Последующие 100 миллионов лет литий был единственным металлом в огромном темном космосе, прежде чем зажглись первые звезды, чтобы выковать остальную материю. Почему его запасов на Земле так мало, чем он полезен нашим гаджетам и как еще его можно добыть?
«Рассеянный» литий
Литий — третий по простоте химический элемент периодической таблицы Менделеева. Простота в ней обычно ассоциируется с изобилием, ведь почти 99% массы Вселенной составляют два самых легких элемента — те самые водород и гелий. Литий же встречается не так часто. В земной коре его содержится 20 частей на миллион, то есть этот металл более редкий, чем титан, никель или кобальт.
Конечно, лития на Земле в тысячи раз больше, чем золота или платины, но найти его не менее сложно. В отличие от этих драгоценных металлов, он не встречается в концентрированном виде, его атомы «рассеяны» по планете. Причина в том, что литий — металл щелочной, а значит, очень активный. Он легко вступает в химические реакции. Если опустить кусочек лития в воду, он будет себя вести, как таблетка-шипучка: пузыриться и таять на глазах.
Похожие процессы происходили и в природе. Поэтому, в отличие от золота, меди или железа, литий не образует самородков. Вместо этого он чаще всего растворен в воде или некоторых минералах.
«Энергичный» литий
Сегодня литий незаменим во многих высокотехнологичных отраслях: он делает авиационные сплавы пластичными и легкими, его соединения применяются при сварке алюминиевых деталей, в производстве небьющихся стекол и оптических линз с особыми свойствами.
В энергетике литий используют в ядерных реакторах как высокоэффективный теплоноситель. Превращение лития в гелий стало первой лабораторной демонстрацией термоядерного синтеза в истории человечества — реакцию провел австралийский физик, первооткрыватель трития Марк Олифант в 1932 году.
Сейчас больше половины добываемого лития идет на производство литий-ионных батарей — самых популярных аккумуляторов для электромобилей, смартфонов и прочих гаджетов. Благодаря низкой плотности и способности высвобождать много электронов при окислении этот металл отлично подходит для катодов батарей, что делает их легкими, мощными и компактными.
Добываемый литий
Литий добывают из соленых озер и подземных вод или из минеральной руды. Этот металл содержится в более чем ста различных минералах, но только пять из них активно добывают для его извлечения. Самые распространенные — сподумен и лепидолит. Месторождения полезных ископаемых часто богаче литием, чем жидкие рассолы озер, но добывать металл из руды сложнее.
Большую часть лития добывают из подземных вод, расположенных под солончаками в Южной Америке. Солончаки — это почва с большим содержанием легкорастворимых минеральных солей. Рассол выкачивают из-под земли и распределяют по огромным бассейнам. В них рассол держат в течение нескольких месяцев или даже лет, пока большая часть воды не испарится. Как только рассол достигает высокой концентрации, его перекачивают в специальную установку для извлечения лития.
Так как спрос на литий растет, ученые ищут альтернативные источники и способы его получения. Например, подземные воды — постоянный спутник углеводородов: их содержит флюид, который поднимают с глубины через нефтедобывающие скважины. После очистки нефти от примесей остается жидкость, богатая различными минералами, включая литий. Есть технологии по извлечению лития из таких вод заодно с добычей и подготовкой нефти к переработке. Их внедрение может превратить нефтяные скважины в бюджетный лифт, который поднимет литий из глубин на поверхность.
Мировой океан содержит миллиарды тонн этого металла. Он растворен в воде настолько, что при современных технологиях добыча не окупится. Тем не менее, уже существуют фильтры, способные «забрать» литий из морской воды.
