电池用量越来越大，新锂矿前来救场！

2022-11-09 17:58:31 来源：科普中国

近年来，随着各种电子设备，尤其是电动车的大力推广，全球对锂的需求量像坐火箭一样攀升。以中国为例，2011年中国新能源汽车年销售量仅有0.82万辆，但到了2016年，销量暴涨6082.9%，到50.7万辆，2021年则增加到352万辆。

这造成的后果就是，2007年，中国碳酸锂消费量仅为2.28万吨，其中电池消费仅占不到20%。但到了2019年，中国碳酸锂消费已达18.59万吨，其中电池用锂占比则超过了65%。

(资料图片仅供参考)

全球锂资源消费情况

（图片来源：参考文献[1]）

与锂矿需求量一起节节攀升的，还有锂矿的价格。从2010年到2020年，每吨碳酸锂的价格从不到1万美元，飙升到了超过5万美元。但与此同时，2020年，中国的锂矿（折合碳酸锂）产量仅有7.4万吨，对外依存度高达60%。而根据预测，到2025年，中国锂需求量将会达到43万吨，需要进口25.38万吨。这不禁让人担忧，如此重要的战略资源，我们的缺口却这么巨大，这可如何是好？

锂矿价格在这十多年中的涨幅惊人

（数据来源：USGS）

中国其实不缺锂

好消息是，从元素的角度来看，在地球中锂元素的含量是比较丰富的。若以所有元素的丰度排序，锂元素排第33位，以质量计，其在地壳中占0.0065%。

根据美国地质调查局的数据，目前全球的锂矿储量约为11178万吨，其中中国的储量约占全球比例的6%。不过地壳中的含量相比于海洋来说只是极小一部分，据估计，整个海洋中的锂约有2300亿吨。

2019年全球锂储量占比

（图片来源：参考文献[2]）

因此，如果从数量上来看，其实无论是全世界，还是单以中国而言，是并不缺乏锂的。

中国的锂矿是从哪儿来的？

锂矿的问题不在于矿物的稀缺，而在于矿物提纯的难度。其实所有矿物的来源，都能大致分为两大类：一类来自“火”，一类来自水（或者说得专业一点，就是内生矿床和外生矿床）。

具体来说就是，地下的岩浆是所有矿物的最初来源，在某些情况下，某些区域的岩浆中富集某种元素，当岩浆冷却，这些元素以矿物的形式赋存于岩浆岩或是与岩浆接触的围岩中，我们直接开采这些富含矿物的岩石即可，这就是内生矿床。

在另一些情况下，各种岩石因为被风化、侵蚀等原因，其中的矿物被水溶液、生物等带走，迁移并富集到其他的岩石层或是土壤中，更多的则被带入地下水、湖泊或是大海中，让它们的水体变“咸”，这就是外生矿床。我们最常见的外生矿床的例子就是从盐井、盐湖或是海水中提取食盐。

盐湖就是一种典型的外生矿床，本图为智利阿塔卡马沙漠中的盐湖

（图片来源：wikipedia）

锂矿也是如此，一般也是根据其成因分为这两大类。一般将其称为内生硬岩型锂矿和外生型卤水锂矿。

在早期，锂主要从内生硬岩中提取，富含锂的矿物包括锂辉石、锂云母、透锂长石等，但后来随着研究的深入，人们发现外生卤水型锂矿占全球锂储量的78%，因此卤水目前已经逐渐成了主要的锂资源来源。（全球前三的锂矿出口国阿根廷、智利、澳大利亚，只有澳大利亚是硬岩型锂矿，前二者均为卤水型。）

锂辉石，这是一种最主要的提取锂的矿物

（图片来源：wikipedia）

其中锂资源最丰富的要数南美洲的“锂三角地区”了，锂集中在沿着阿塔卡马沙漠附近的各种盐湖、盐沼中，估计锂储量占据了全球的54%。

锂三角示意图

（图片来源：wikipedia）

位于盐三角的乌尤尼盐沼，这也是著名的“天空之镜”景点之一

（图片来源：wikipedia）

这种富含锂的盐湖，形成特点一般如下：

（1）形成于有火山或地热活动的区域，来自地下的岩浆以及含矿热液能大量提供锂元素，地热活动导致的蒸馏也会起到富集、浓缩锂元素的作用；

（2）这里随后因构造运动形成了地势低洼且封闭的盆地，盆地内形成大面积的湖泊，溶解在雨水、河流等的各种矿物离子也都很容易富集于湖盆中；

（3）气候干旱，能蒸发盆地中的湖泊，有利于盐湖的形成；

（4）盐湖卤水有长期的浓缩和富集——也就是时间要足够，不断有流水带来锂元素，然后又蒸发掉，这样盐湖中的锂元素才能一步步富集浓缩起来。

其实对比一下这几个特点，在中国境内很容易就能找到符合条件的地方——柴达木盆地。

柴达木盆地的大致范围

（图片来源：Google earth）

这里的形成与青藏高原密切相关，而众所周知的是，青藏高原形成于印度板块向欧亚板块的碰撞，因此在这个过程中，青藏高原及周边区域的岩浆活动和地热活动都是比较活跃的。这些火山和岩浆活动源源不断地提供着钾、锂等元素。

由于构造作用，柴达木盆地形成了一个向下凹陷的巨大盆地，这个盆地在2300~500万年前的中新世时期是一个巨大的古代湖泊，是当时世界上最大的湖泊之一。而由于其地势低洼，水流将其周围富锂岩石的风化产物通通带入湖泊沉淀下来。

同时，也是由于构造作用，柴达木盆地周边断裂众多，这些断裂成了来自昆仑山高温热泉群（与岩浆和地热活动有关）的热泉汇入河流，并最终经过河流汇入柴达木盆地的良好通道。这些热泉，经过科学家研究，就富含锂元素。

十字星指示水热场位于布喀大阪山麓昆仑大断裂（Kunlun Fault）活动断层交汇地带，含锂热水经由150个热泉口喷涌地表形成湖泊并注入洪水河（H-river）

（图片来源：参考文献[3]）

随着青藏高原隆起得越来越高，柴达木盆地最终与湿润的印度洋分隔开来，成了一个干旱少雨的地方。这里年均降雨量仅有26毫米，但年均蒸发量却高达3000~3200毫米，是地球上最干旱的非极地地区之一。

这些条件让柴达木盆地中形成了大大小小20多个盐湖，这些盐湖中原本就富含食盐、芒硝、钾盐、硼酸盐等多种矿物，素来被称为中国的聚宝盆。而在很早以前，科学家也注意到了从这里开采锂的潜力。

从卫星影像上可以看到柴达木盆地中发白的巨大干盐滩，以及蓝色的盐湖，图中绿色小方格就是晒盐的盐池

（图片来源：wikipedia）

当然，不止柴达木，在青藏高原的独特条件下，整个青藏高原上还有许多其他大大小小的盐湖，比如位于西藏日喀则的扎布耶盐湖就是世界罕见的硼锂钾铯等综合性盐湖矿床，还有尼玛县的当穹错盐湖等。据估计，中国卤水锂矿占锂矿总储量的85%，而青海和西藏两个省区的锂矿资源占比就高达78%（折算成氧化锂的储量，约为740万吨）。

中国为什么缺锂矿？

除了卤水型锂矿外，中国还有不少硬岩型锂矿，这些锂矿中，最富的都位于四川（康定、金川）、新疆（可可托海、西昆仑）、江西宜春等地。

位于这些地方的硬岩型锂矿，一方面品位低，四川、新疆的还稍高一点，约为1.2%左右，宜春的只有0.4%左右（且还包含各种其他元素，分离提纯不易）；另一方面矿区人烟稀少，交通极为不便。这就导致这种来源的锂矿原料供应比例不到10%。

而中国的卤水型锂矿的问题则在于，好开采的不好提纯，不好开采的纯度高。比如位于青海的察尔汗盐湖，储量260万吨，但其中镁锂比高达1825：1，需要经过复杂的吸附、电渗析和沉淀等方法后才能提取，目前其年规划产能也只有1.1万吨碳酸锂。而国外的盐湖中锂含量高，且镁锂比低，仅需要简单的沉淀法即可获得。这就造成了与国外盐湖相比，中国的盐湖锂开采成本很高，平均为4万元/吨，是国外的2倍左右。

图片来源：Veer察尔汗盐湖

而位于西藏的扎布耶盐湖，其储量高达153万吨，锂平均浓度0.12%，镁锂比仅有0.008：1，是仅次于南美“盐三角”的世界级优质盐湖，然而其位置偏僻，交通不便，目前产能仅有0.5万吨碳酸锂。

扎布耶盐湖的位置

（图片来源：Google earth）

扎布耶盐湖近观，可以看到其周围全是高耸的群山，从山顶的冰川就能看出这些山脉之高耸险峻

（图片来源： Google earth）

而且最头痛的问题是，各个盐湖的地理条件、矿物成分和比例均不一样，所以在开采不同盐湖的锂矿时，其分离提纯的方法各不一样，甚至供能方式都不一样（比如交通好的，可以直接拉电线，交通差的要么建配套电场，要么想其他方法）。

除此之外，由于外生卤水型锂矿所在地生态环境脆弱，在开采过程中还要小心翼翼，不能破坏环境（比如西藏的一系列高储量盐湖）。总之，在这种复杂的条件下，中国的锂矿开采比较困难。

新发现的黏土型锂矿会是我们的答案吗？

除了内生硬岩型和外生卤水型锂矿外，有另外一种锂矿也开始逐渐进入人们的视野，这就是黏土型锂矿。

我们在前文中提到过，锂矿分为内生硬岩型、外生卤水型两大类，有人认为黏土型锂矿就属于外生型锂矿的大类中，因为这两种成因相似。都是原本含有锂元素的岩石被风化后，锂元素溶解在水中，然后被带入湖泊、地下水中。而微观上看黏土矿物有点类似海绵，有很强大的吸附性，能将溶液中的锂粒子吸附起来。在无黏土的地方，含锂溶液变成了盐湖卤水的一部分，在有黏土层的地方，一部分锂离子则被吸附进黏土中，成为了黏土型锂矿。

蒙脱石（一种黏土矿物）的显微照片，可以看到这是一种疏松多孔的矿物，能够像海绵一样吸附水分，矿物就因此而被捕获

（图片来源：参考文献[4]）

根据最近的估算，黏土型锂矿可能占锂矿资源量的7%左右，这就让这种矿床成了开采的热点之一。最近在柴达木盆地就新发现了一个规模比较大的黏土型锂矿，据前期估算其锂储量可能在百万吨级。

新闻截图

（图片来源：见水印）

其实前几年在中国也发现过其他的黏土型锂矿，发现地在贵州和云南，不过这两地的黏土型锂矿属于碳酸盐黏土型锂矿，其中锂来源于深层的碳酸盐岩风化——最常见的碳酸盐岩就是灰岩和白云岩，它们都形成于浅海地带，由海水蒸发后其中的钙离子沉淀而成，而这些海水其实也就是一些卤水，与盐湖的卤水并无本质区别。海水中的锂元素因成岩作用被固定在碳酸盐岩中，而后因风化又被富集到了黏土中。这就是贵州、云南黏土型锂矿的成因。

贵州、云南碳酸盐黏土型锂矿的分布图

（图片来源：参考文献[5]）

而新发现的锂矿则位于柴达木盆地中，其黏土层是湖泊沉积形成的——简单来讲，就是湖底的淤泥。这些湖泊本身就是盐湖，因此富含锂，锂被淤泥中的黏土矿物吸附，从而形成了这个新发现的黏土型锂矿。

不过，虽然发现新的黏土型锂矿算是对中国锂矿采矿业的一个重大利好，但我们依然要清晰认识到，新锂矿的发现就意味着要研发新的开采提取技术。同时，既然柴达木盆地的各大盐湖中镁锂比这么高，这个新黏土锂矿中的比例如何？锂含量富集程度高吗？这也都是我们需要关心的问题。

新发现的黏土型锂矿会是解决我国锂矿短缺问题的答案吗？我们目前还不能得出结论。不过毕竟多了一个新的锂矿来源，开采技术慢慢研发就行了，因此总体而言，中国的锂矿开采未来可期。

参考文献

[1] 茹存一. 中国锂矿资源供需形势评价[D].中国地质大学(北京),2021.DOI:10.27493/d.cnki.gzdzy.2021.000586.

[2]王芳. 锂矿资源研究[D].中国地质大学(北京),2020.DOI:10.27493/d.cnki.gzdzy.2020.000989.

[3] 余俊清,洪荣昌,高春亮,成艾颖,张丽莎.柴达木盆地盐湖锂矿床成矿过程及分布规律[J].盐湖研究,2018,26(01):7-14.

[4] Ece I , Oban F , N. Güngr, et al. Clay Mineralogy and Occurrence of Ferrian Smectites between Serpentinite Saprolites and Basalts in Biga Peninsula, Northwest Turkey[J]. Clays and Clay Minerals, 1999, 47(3):241-251.

[5]温汉捷, 罗重光, 杜胜江,等. 碳酸盐黏土型锂资源的发现及意义[J]. 科学通报, 2020, 65(1):7.

出品：科普中国

作者：地星引力

监制：中国科普博览

关键词：柴达木盆地青藏高原参考文献