Что такое литий и как его применяют Добыча и производство металла, запасы в России и мире

Общественный строй, государственные границы, колонизация и деколонизация, мир и война – все это на протяжении истории человечества в значительной мере определялось ключевым энергоносителем эпохи. Эпоха древесины, век угля и пара, век нефти и газа, наступающий (хочется верить) век электричества.

Литий называют «белой нефтью», в первую очередь, потому, что в геополитике XXI века он занимает то же место, что углеводороды в геополитике века XX. По мере совершения предполагаемого «энергоперехода» эта роль будет возрастать. Поэтому интриги в поставках, выкуп, аренда и просто захват месторождений, санкции и контрсанкции – все это в полной мере присутствует в литиевой теме.

Но почему литий так важен?

Что делают из лития

Про литиевые аккумуляторы слышали все. Львиная доля добываемого лития уходит на нужды производителей батарей – на сегодня из практически применимых технологий компактного и емкого хранения электроэнергии именно литиевые элементы остаются наиболее востребованными. Научные исследования в этой области кипят, каждый год ученые обещают одну – две «безлитиевых» технологии, но все они либо требуют еще более редких и дорогих редкоземов, либо имеют недостатки, препятствующие их массовому использованию. Может быть, однажды в этой области произойдет научный прорыв, но пока что без лития никуда.

Менее известны, но не менее важны другие применения лития. В черной и цветной металлургии он применяется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Он добавляется в расплав стекла, чтобы оно не пропускало ультрафиолет. Крайне важен литий в атомной энергетике – его используют для получения трития. Потенциально литий может использоваться в перспективных термоядерных энергетических установках.

Примерное распределение в использовании: 40% металла идет на аккумуляторы, 26% – на производство керамических изделий и стекла, 13% – на выпуск смазочных материалов, 7% – в металлургию, 4% — в системы кондиционирования, 3% требуют медицина и полимеры.

И откуда взять столько лития?

Добыча лития

Удивительно, но при такой востребованности лития в промышленности, унифицированного способа рентабельного промышленного освоения литиевых месторождений нет. Они настолько немногочисленны и разнообразны, что каждое требует собственного метода разработки.

Два основных технологических направления выделения лития из содержащих его основ – рудное и гидроминеральное.

По первой схеме металл добывают из пегматитовых минералов, которые состоят из кварца, полевого шпата, слюды и так далее. В Австралии, например, его добывают из сподумена (руды лития, минерала, который относится к пироксенам). Изначально это был основной источник лития в мире, но сейчас все большее распространение получает другая технология.

Гидроминеральным способом литий добывают из глин солончаков. Из них вымывают соль, содержащую гидроксид лития, затем этот рассол выпаривают на солнце и осаждают, добавляя карбонат натрия и гидроксид кальция. Это относительно дешевый способ, открывающий путь к неучтенным запасам лития (солончаки не входят в списки разведанных месторождений), но очень долгий (выпаривание занимает от 18 до 24 месяцев). Также полученный по такой технологии литий имеет примеси: железо или магний. Тем не менее, именно этот способ собирается использовать Илон Маск – компания Tesla, один из крупнейших потребителей лития, получила право на самостоятельную добычу металла в штате Невада, США. Это 10 тысяч акров богатых литием залежей глины.

Еще один источник лития – переработка литиевых батарей. Однако это достаточно сложный и дорогой процесс. Сегодня металлический литий получают вторичной переработкой в ничтожных объемах.

Хватит ли нам лития?

Одна из основных страшилок противников «энгергоперехода» – если все автомобили заменить электрокарами, то на их батареи не хватит лития. Так ли это?

Существует множество расчетов, как подтверждающих, так и опровергающих этот постулат. На самом деле, вопрос в исходных данных. На сегодня для построения точной прогнозной картины их недостаточно, поэтому однозначного ответа: «Да, хватит», – или: «Нет, не хватит», – дать невозможно.

На производство одной батареи для Tesla Model S требуется 63 кг лития, но это самая крупная автомобильная батарея, средний показатель – 20 кг на машину. Автомобилей в мире около полутора миллиардов, их число растет, но и количество лития на одну батарею снижается за счет оптимизации технологий. Приблизительная оценка – до 50 миллионов тонн лития будет кататься в машинах после полного энергоперехода. Но это не так страшно, потому что замена будет не одномоментная.

По итогам прошлого года во всем мире было продано всего 4,2 млн электромобилей, а годом ранее — чуть больше 2 млн. По прогнозам LMC, в следующем году мировой рынок электромобилей вырастет до 9 млн штук, а в 2025 году достигнет 14,2 млн штук. Ожидается, что в 2025 году добытых природных ресурсов будет достаточно, чтобы выпустить 21 млн электромобилей. На текущий момент в мире производится около 100 млн автомобилей ежегодно, и если все они будут на батарейках, на это потребуется 2 млн тонн в год.

В 2021 году в общей сложности в мире произведено 100 000 метрических тонн лития, это значительное увеличение по сравнению с 2010 годом, когда производство составляло всего 28 100 метрических тонн. Учитывая иные применения лития, его общемировое потребление к 2025 году оценочно составит не менее 200 000 тонн. В ближайшее время в мире будет запущено большое количество новых проектов для добычи нужного сырья и заводов по производству батарей, поэтому ответ на вопрос: «Хватит ли лития?» – лежит в точке пересечения графиков роста производства и потребления.

Пока очевидно, что существенного дефицита лития, препятствующего энергопереходу, нет. Для тех же автомобильных аккумуляторов более значимым может оказаться дефицит никеля и кобальта.

Так почему же вопрос лития стал геополитическим? Дело в цене и запасах.

Стоимость и запасы лития

Цены на карбонат лития стремительно растут: с $13 тыс. за тонну в июле прошлого года до $75 тыс. в апреле 2022 года. Это вызывает ажиотаж и дефицит – по данным Benchmark Mineral Intelligence запасы карбоната лития у производителей аккумуляторов находятся на низком или нулевом уровне из-за высокого спроса на производство аккумуляторов для электромобилей, при этом текущие темпы добычи недостаточны. По оценке GlobalData к 2024 году спрос увеличится в 2,5 раза, а прогноз МЭА говорит о том, что к 2040 году востребованность лития на рынке вырастет аж в 40 раз.

Экстренная необходимость в развитии литиевой промышленности вылилась в так называемую скоростную добычу. Крупнейшие добывающие компании развернули масштабные «кампании» по поиску новых месторождений, а также по разработке технологий извлечения лития.

Запасы лития в мире по странам

По данным Геологической службы США (USGS) на 2021 год выявленные ресурсы лития во всем мире значительно выросли и составляют около 86 млн тонн. Боливия обладает самыми большими запасами в мире — 21 млн тонн, за ней следуют Аргентина (19,3 млн тонн), Чили (9,6 млн тонн), Австралия (6,4 млн тонн), Китай (5,1 млн тонн), Демократическая Республика Конго (3 млн тонн), Канада (2,9 млн тонн) и Германия (2,7 млн тонн). Однако всем очевидно, что это лишь малая часть мировых запасов.

Основные поставки лития ведутся из Австралии (18,3 тыс. тонн в год), затем идут Чили (14,1 тыс. тонн в год) и Аргентина (5,5 тыс. тонн в год). Главенствующие позиции на мировой арене занимают компании Talison Lithium Ltd (Австралия), SQM (Чили), Jiangxi Ganfeng Tianqi (Китай), FMC (Аргентина).

Месторождения лития были обнаружены в Австрии, Сербии и Финляндии. В Европе также большие надежды на крупнейшие литиевые запасы Португалии. Военные интриги Франции, России и Китая в Мали также связаны с контролем над крупными месторождениями лития. Еще есть месторождения, расположенные в Кировоградской, Донецкой, Днепропетровской и Житомирской областях, – многие эксперты не исключают влияния этого факта на геополитический кризис на Украине.

Запасы лития в России

По оценке АКРА, в России залегает около 900 тысяч тонн лития, при этом официальные данные о ресурсах и запасах редкого металла весьма туманны. В стратегии развития отрасли редких и редкоземельных металлов РФ говорится лишь о том, что на госбаланс поставлено 17 литиевых месторождений, и 13 из них числятся в нераспределенном фонде.

Крупные месторождения металла недавно обнаружены в Дагестане. На Северном Кавказе изучены 92 месторождения с промышленным содержанием данного металла. К примеру, Берикейское, Южно-Сухокумское и Тарумовское месторождения позволяют не только полностью обеспечить потребности России в карбонате лития, но и экспортировать его в другие страны.

Одно известно точно – несмотря на имеющиеся разведанные запасы, в России добыча лития в настоящее время не ведется. Во времена СССР на базе Забайкальского ГОКа извлекали и перерабатывали литиевые руды, но это производство было утеряно в 90-х.

На сегодняшний день по данным «Смарт Консалт» в нашей стране действуют лишь три производителя, способные выпускать литий и его соединения в промышленных масштабах. Среди них:

· ПАО «Химико-металлургический завод», г. Красноярск;

· ПАО «Новосибирский завод химконцентратов», г. Новосибирск;

· ООО ТД «Халмек», Тульская область.

Причин такого печального состояния отечественного лития две. Первая – в России литий содержится преимущественно в сподуменовых месторождениях, а значит, литий получается дорогой. До недавнего времени страна полностью импортировала литийсодержащие концентраты либо готовые соединения лития, потому что это было дешевле, чем добывать его самим.

Вторая причина – из-за слабо развитой электронной промышленности и отсутствующего производства электротранспорта потребление нашего внутреннего рынка – всего тысяча тонн в год. При таких объемах собственное производство категорически нерентабельно.

Санкции, которые повлекли за собой ограничения импорта и необходимость развития промышленности, потенциально могут изменить ситуацию. После решения аргентинских и чилийских производителей прекратить поставки в РФ, корпорации «Росатом» и «Норникель» заявили о разработке литиевых месторождений в Мурманской и Иркутской областях. По предварительной оценке на перспективных участках можно будет ежегодно извлекать до 50 тысяч тонн литиевых соединений. «Иркутская нефтяная компания» может начать в 2022 году реализацию проекта по добыче литийсодержащих продуктов из углеводородного сырья.

Выводы и перспективы

Сейчас крайне сложно строить прогнозы востребованности лития на сколько-нибудь длительный период. Возможно, «выстрелит» новая технология производства аккумуляторов, а может быть, специалисты смогут изменить конструкцию имеющихся батарей, значительно сократив количество требующегося для них лития.

При этом, скорее всего, будет и впредь наращивать обороты добыча лития из рассолов, из углеводородного сырья, из вторичных источников – так что общие объемы металла возрастут, и весьма значительно.

На сегодняшний день представляется, что развитие технологий энергоперехода вряд ли упрется именно в литий. Других проблем хватает.