出品：科普中国
作者：周红昌（东京大学）
(资料图片仅供参考)
监制：中国科普博览
锂，作为一种重要的电池资源，相信大家对它都不陌生。无论是治病救人的心脏起搏器，还是平时工作学习所使用的平板、手机及电脑，无一不需要锂电池。锂已经是人们生活中不可或缺的一种重要物资，如何更好地开发锂资源也随之成为了大家所关注的问题。
现在我国主要从矿石和盐湖中提取锂，但其实我们正守着一个有待开发的锂库——海洋。一直以来，从海水中提取锂的相关研究都不缺热度，但一直未能实现产业化。
近期，青岛举行全球首个海水淡化浓盐水提锂合作项目签约仪式，正式启动全球首个海水提锂项目建设，标志着海水提锂从工程化验证转向产业化的新阶段。
从锂资源开发产业的现状来看，这一项目的前景如何？对比现有的各种锂资源利用方式，海水提锂又有哪些优势和劣势呢？这篇文章就为你回答“锂的那些事儿”。
青岛举行全球首个海水淡化浓盐水提锂合作项目签约仪式
（图片来源：青岛新闻网）
现有的锂资源开发方式仍是长期主角
锂是新能源产业中的核心元素，广泛应用于锂离子电池等高新技术领域。现有的锂资源开发主要集中在两种类型的矿产资源中：锂辉石矿（硬岩矿）和盐湖卤水。
硬岩矿中的锂主要以锂辉石矿的形式存在。开发过程通常包括矿石采掘、矿石破碎、磨矿、浮选以及冶炼等步骤。主要的锂提取方法有酸浸提锂和焙烧法。
三种锂辉石晶体
（图片来源：维基百科）
酸浸提锂是将破碎、磨细的锂辉石矿与硫酸进行混合反应，生成可溶性的锂硫酸盐，再经过固液分离、浓缩、结晶等过程提取锂。焙烧法是将锂辉石矿与石碱或石膏等混合，经过高温焙烧生成水溶性的锂盐，然后通过水浸、过滤、结晶等过程提取锂。
世界上一些主要的锂矿床，如澳大利亚的格林布什矿和中国的锂辉石矿，含锂量可达1%~2%。这些矿床的开发和提炼过程已经相对成熟，产量可观。
另一方面，盐湖卤水是一种富含锂的地下水资源，在盐湖卤水中提取锂的主要方法有太阳能蒸发法和离子交换法。
乌尤尼盐沼
（图片来源：维基百科 作者：Dan Lundberg）
太阳能蒸发法是将盐湖卤水泵入大型蒸发池，利用太阳能蒸发其中的水分，使锂浓度逐渐增加。经过一系列蒸发池的蒸发作用，液体中的锂浓度达到一定程度后，再进行锂的提取和精炼。离子交换法是通过离子交换树脂或膜将锂离子从盐湖卤水中分离出来，此方法的优点是具有较高的选择性，但处理能力受到树脂或膜的性能限制。
盐湖卤水中的锂浓度通常在几百到几千毫克/升之间，虽然低于硬岩矿，但由于地表盐湖资源易于开采和处理，产量仍然较高。南美的盐湖，如阿根廷、智利和玻利维亚交界处的大量盐湖，是全球锂资源的重要来源。
总的来说，这两种方法各有优缺点。硬岩矿开发方式的优势是产能较高，但对环境的破坏较大；而盐湖卤水开发方式则相对环保，但受气候条件影响较大，且锂回收率较低。
近年来，全球对锂的需求量持续增长，锂原料价格长期维持高位，给产业链下游的电池厂商以及新能源车企等造成了不小的成本压力。因此，人们将目光放在了从海水中提取锂的相关研究上，毕竟海洋中的锂资源总量丰富，完全可以用取之不尽用之不竭来形容。
海水中的锂资源量约为2300亿吨，是目前全球可开采锂资源总量的1.6万倍。然而，海水中的锂浓度非常低，一般在0.1~0.2毫克/升之间，大约是矿石锂含量的十万分之一。受困于低浓度、技术难度和成本问题，目前从海水中提取锂的生产效率，远低于现有的锂资源开发技术。因此，现有的锂资源开发方式仍是长期主角。
海洋中的锂储量高达2300亿吨（本图为奄美大岛）
（图片来源：作者拍摄）
取之不尽是真，但生产效率是大问题
从海水中提取锂的技术尚处于研究和开发阶段。技术路线主要包括吸附法、离子交换法、电化学法和溶剂萃取法等。接下来我们来看看这些方法有什么不同：
吸附法：
利用特定的吸附剂，如锂离子交换材料或锂离子筛，将锂离子从海水中吸附出来，然后通过适当的解吸剂将锂离子从吸附剂中解吸，从而实现锂的富集和回收。这种方法的优点是操作简单、环境友好，但缺点是锂回收率和选择性受到吸附剂性能的限制。
离子交换法与盐湖卤水的离子交换法是相同的，也具有相同的优势和劣势。此外，离子交换树脂在使用过程中需要定期再生，增加了操作的复杂性。
电化学法主要是利用电解或电泳原理从海水中提取锂。电化学法的优点是具有较高的选择性，但缺点是耗能较大，且设备成本较高。此外，电解过程中可能会产生一定的副产物，需要进行处理。
溶剂萃取法是通过特定的有机溶剂或络合剂与锂离子形成络合物，从而将锂从海水中分离。这种方法的优点是具有较高的选择性，但缺点是使用有机溶剂，对环境有一定影响。此外，溶剂回收和再生的过程较为复杂。
智能手机中所用的锂电池
（图片来源：维基百科 作者：MyXyloto）
技术有难题，产业化前景却不黯淡
开发海水锂的产业化，其关键因素就是降低开采成本。它是否能够达到已有技术的水平，主要取决于以下几点。
首先自然是技术的进步，在未来几年，随着相关技术的不断研究与发展，提取效率可能会有所提高，降低成本。在此基础上，随着全球对可持续能源的关注不断增加，各国政府可能会为这一领域提供政策支持和资金投入。
与此同时，市场需求也是一个重要的影响因素，随着电动汽车和可再生能源市场的快速发展，对锂资源的需求将持续增长，这将为从海水中提取锂的产业化发展提供市场动力。
不仅如此，与传统的锂资源开采技术相比，从海水中提取锂的环境影响有望变得更小。在强调可持续发展的背景下，这一点同样是产业化的重要驱动力。
漂浮于煤油上的金属锂
（图片来源：维基百科）
结语
总之，现有的锂资源开发技术在产率方面仍然明显优于从海水中提取锂。随着技术进步和对可持续能源的需求增加，这项技术可能会得到改进和发展，从而提高产率和竞争力。
据青岛新闻报道，新建成的项目利用青岛百发海水淡化厂产出的浓盐水，在排放之前把其中的锂元素提取出来，每年可产出碳酸锂约40吨。无论这一项目今后的发展进程是否一帆风顺，作为全球锂资源开发业界的一次重要尝试，它将被载入全球工业史。
依靠越来越多的科技创新，或许未来的某一天，我们可以底气十足地说：“锂，自由了！”
编辑：孙晨宇
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