Бесшумные электробусы, всеми (не)любимые электросамокаты и смартфоны работают за счет аккумуляторов на основе лития. Этот серебристый металл обладает массой интересных свойств: он легко режется обычным кухонным ножом, плавает на поверхности воды и керосина. Выясним, почему самый «невесомый» металл в периодической таблице стал главным сырьем для производства аккумуляторов и как можно добыть больше лития с помощью технологий нефтяников.
Литий «энергичный»
В аккумуляторах в электричество превращается химическая энергия вещества. При окислении (химическом процессе присоединения атома кислорода) катод аккумулятора отдает электроны. Их принимает анод. Из-за передвижения электронов и возникает электрический ток. Чем больше электронов высвобождается при окислении катода, тем эффективнее в аккумуляторе генерируется ток.
Лучшим материалом для катода является литий, и «конкурентов» у него нет. При окислении этого металла выделяется наибольшее среди всех металлов число электронов, а плотность лития при этом мала. Это значит, что аккумуляторы с литиевыми катодами самые мощные, легкие и компактные.
Литий также используют для изготовления смазочных материалов, керамики, высокопрочных стекол, сверхлегких сплавов. Металл также может стать сырьем для производства топлива для управляемого термоядерного синтеза.
Литий рассеянный
Только за последние 10 лет мировое потребление лития выросло с 40 до 100 тысяч тонн в год. Этого металла в земной коре не так уж мало — 20 частей на миллион по массе: в несколько тысяч раз больше, чем золота, и всего втрое меньше, чем меди. При этом литий относится к рассеянным химическим элементам: он не образует самородков и почти не встречается в рудах, из которых его было бы легко добывать. Металл хорошо растворяется в воде, и она вымывает его из горных пород. К редким рудным минералам, в которых все-таки встречается литий, относят сподумен и лепидолит.
Большую часть лития сейчас добывают из почв-солончаков и смеси солей, полученных выпариванием подземных вод и соленых озер.
Спрос на литий растет: нужны аккумуляторы для электротранспорта, альтернативных электростанций, гаджетов, поэтому ученые постоянно ищут новые источники «энергичного» металла. Например, его можно добывать вместе с нефтью. Спутники углеводородов в месторождениях — подземные воды, в составе которых иногда присутствует и литий. Его содержание в пластовых водах зависит от региона, но в любом из них попутная вода достается почти даром — ее извлекают из-под земли вместе с нефтью.
Александра Бандалетова
сотрудник Научно-Технического Центра «Газпром нефти»
Сегодня в нашей компании оценивается возможность добычи лития из попутных вод и проведения испытаний технологии на месторождениях.
«По технологии, воду очищают от примесей и отправляют на установку для сорбции. Это процесс избирательного извлечения хлорида лития (LiCl) из рассола», — поясняет Александра. Самая востребованная форма лития — карбонат (Li2CO3), в него нужно перевести хлорид после сорбции. Затем карбонат лития необходимо сконцентрировать и высушить — полученный продукт может стать сырьем для производства аккумуляторов.
Сегодня на действующих промышленных установках литий извлекают только из поверхностных вод: озер, морей, солончаков. Вода из нефтяного пласта отличается по количеству минералов в составе, кислотности, также в ней есть остатки нефтепродуктов. Поэтому попутные воды нужно обязательно очищать от механических примесей и нефтепродуктов. По словам Александры, это сложная задача, требующая совместной работы нефтяных компаний, поставщиков оборудования, компаний-потребителей литиевого сырья, геологов, ученых минералогических и химико-технологических институтов. Когда ее удастся решить, получение металла «заодно» с добычей нефти может окупиться и помочь снизить надвигающийся дефицит самого «энергичного» металла на планете.