Нам нужен свой литий

Global X Lithium & Battery Tech ETF

Global X Lithium & Battery Tech ETF (NYSE:LIT) — литиевый ETF фонд, который инвестирует в компании сектора производителей лития. Но не только этим ограничивается. В составе можно будет найти также производителей литий-ионных аккумуляторов. Следует за индексом Solactive Global Lithium. По странам более 50% фонда приходится на Китай, еще 20% — на США. Что странно, всего 7% приходится на Австралию. Диверсификация явно слабая, перекос в сторону того же Albemarle с 12%, а на Livent приходится всего 1% фонда. Зато LG и Samsung (KS:), как производители аккумуляторов, в топе.Паи фонда торгуются на бирже NYSE и доступны лишь квалифицированным инвесторам

TGRNTCSq

Но и в покупках отдельных историй тоже большого смысла нет. Компании настолько переплетены в своих бизнесах и месторасположениях, что иногда трудно понять, что кому принадлежит. Австралия работает в Аргентине, а соседи из Чили покупают активы в Австралии. Китай вообще распространил свое влияние и вышел на второе место по добыче, хотя своих месторождений крайне мало.Для инвесторов из России большую проблему составляет отсутствие акций на бирже. Даже на внебиржевом рынке представлена лишь малая часть компаний. Нам предлагается сходу купить Albemarle, которая и в секторе-то представлена лишь малой частью бизнеса, а акции уже находятся в космическом пространстве рядом с Virgin Galactic (NYSE:SPCE).Если взять навскидку, то свое предпочтение я бы отдал Lithium Americas, которая имеет производственные мощности, но запуск основных будет производить в ближайшие годы. Однозначно, при инвестировании в компании сектора придется рисковать. И рисковать значительно. В ценах многих компаний уже заложены ожидания кратного роста цен на сырье. А проверить эффективность компаний — задача не из легких. Большинство малоэффективны и имеют высокую стоимость добычи.Долгосрочно

Рост производства электромобилей, цен на сырье, поддержка государства и низкая база прошлых лет дадут драйверы роста для всех без исключения компаний отрасли. По некоторым акциям мы увидим ваши любимые иксы.Среднесрочно

Продолжится стагнация всей отрасли. Компании модернизируют производства и нарастят мощности. Но производители электромобилей не будут успевать поддерживать спрос. Да и производители батарей также не спешат врываться в этот бизнес. Стоимость аккумуляторов снизилась за 10 лет на 87% и продолжит сокращаться.

Краткосрочно

Возможны манипуляции со стороны соцсетей и любителей разогнать акции. Рынок сейчас тонкий, и на любом хайпе частные инвесторы начинают скупать все, что плохо лежит.Делать ставку на всю отрасль через ETF, либо искать точечно подходящий актив — дело индивидуальное. Я склоняюсь скорее ко второму и буду дальше продолжать изучать рынок лития.Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией

Как добыча влияет на природу

Для выпаривания литиевых рассолов требуется огромное количество воды. Например, чтобы добыть одну тонну металла, нужно израсходовать почти 2 млн литров!

Проблема в том, что большинство известных месторождений богатого литием рассола находятся в засушливых высокогорьях на границе Боливии, Чили и Аргентины. Здесь же расположено самое сухое место на планете — пустыня Атакама, где с 2000 по 2015 годы было выбрано на 21% больше воды, чем поступило сюда естественным путем — в виде дождевых или талых вод.

На резервуары с рассолом воды хватает, а пастбища и поля зерновых остаются обезвоженными. При этом чилийские фермеры рассказывают, что до прихода добывающих компаний в регионе не было перебоев с водоснабжением.

Салар-де-Уюни. Боливия. Фото: Sifan Liu, unsplash.com

Недовольны добычей лития и португальцы, хотя запасов металла там немного – около 60 тыс. тонн. Зимой 2020 года жители района Ботикас, который имеет статус объекта всемирного сельскохозяйственного наследия, вышли на митинг против добычи лития. В результате правительство начало подготовку законопроекта о добыче полезных ископаемых, который ужесточит правила получения лицензий на добычу лития. При этом министр экономики Португалии Педро Сиза Виейра заверил, что при добыче металла «будут соблюдаться самые высокие экологические стандарты и применяться ответственные социальные методы».

Еще одна проблема – возможная утечка химических веществ в систему водоснабжения. Такое несколько раз происходило на юго-западе Китая. В 2013 году жители города Тагонга обнаружили в реке Лици мертвую рыбу, обвинив производителя лития в загрязнении воды. Власти приостановили работу шахты, но весной 2016 добыча продолжилась.

Свойства лития

Характеристики:

  • относится к пластичным и мягким металлам (легко режется ножом);
  • его легко отличить от других металлов — он самый легкий на Земле, не тонет даже в керосине (плотность почти в 2 раза меньше плотности воды);
  • структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая;
  • в ряду щелочных металлов у лития самые высокие температуры плавления и кипения.

Интересно: если сделать из лития самолет, его легко поднимут два человека.

Химические свойства:

  1. В условиях повышенной влажности реагирует с газами воздуха. Образуются соединения с литием — нитриды, карбонаты, гидроксиды.
  2. Постоянная валентность лития 1+.
  3. С водой реагирует по формуле 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑.
  4. Охотно реагирует с галогенами (кроме йода), образует галогениды.
  5. При температуре от 100 до 300 градусов образует на поверхности оксидную пленку.
Свойства атома
Название, символ, номер Ли́тий / Lithium (Li), 3
Атомная масса
(молярная масса)
 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 2s1, 1s22s1
Радиус атома 145 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона 76 (+1e) пм
Электроотрицательность 0,98 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -3,06 В
Степени окисления +1
Энергия ионизации
(первый электрон)
 519,9 (5,39) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 0,534 г/см³
Температура плавления 453,69 K (180,54 °C, 356,97 °F)
Температура кипения 1613 K (1339,85 °C, 2443,73 °F)
Уд. теплота плавления 2,89 кДж/моль
Уд. теплота испарения 148 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,86 Дж/(K·моль)
Молярный объём 13,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,490 Å
Температура Дебая 400 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 84,8 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-93-2

Интересно: летящим через океан давали спас-жилет. В нем были порошок от акул, а в подкладку зашивали таблетки гидрида лития (LiH). При попадании в воду таблетки выделяли водород, он наполнял спасательный жилет и не давал утонуть пассажиру.

[править] Геохимия

По геохимическими свойствами литий относится к литофильным элементам, среди которых есть также калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г / т.

Основные минералы лития — слюда лепидолит и пироксен сподумена. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в распространенных породообразующих минералах.

Месторождения лития относятся к ридкометальних гранитных интрузий, в связи с которыми развиваются литиеносни пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в частности лития.

Другой тип месторождений лития — рапа некоторых сильносоленых озер.

Месторождения и применение лития в современном мире

Что касается месторождений лития, то его промышленные запасы можно найти на всех континентах нашей планеты. Важнейшие из них находятся в Австралии, Бразилии, Испании, Канаде, России, США, Швеции, а также в странах Южной Африки. Стоит выделить 3 главенствующие компании, которые контролируют почти всю добычу минералов лития в мире – Sons of Gwalia (Австралия), Tanco (Канада) и Bikita Minerals (Зимбабве).

Минералы лития востребованы в самых различных отраслях производства. Примерно их потребление можно распределить так:
– производство огнеупорных изделий – 25%
– производство стекла – 20%
– производство керамических изделий и глазурей – 20%
– химическая промышленность – 12%
– металлургическая промышленность – 10%
– производство стекловолокна – 5%
– другие отрасли – 8%

Принято считать, что основательный толчок промышленному освоению лития дала Первая Мировая война. В те годы Германии катастрофически не хватало олова, которое является важным компонентом антифрикционных сплавов – сплавов, которые предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Поскольку собственных источников олова у страны нет, немецкие ученые долго ломали голову, чем его можно заменить. Выход был найден при помощи так называемого «бан-металла» — сплава свинца с литием, который оказался прекрасным антифрикционным материалом. С тех пор литий занял свое твердое место в металлургии в качестве элемента многих промышленных сплавов. Было также установлено, что литий улучшает и свойства сталей — уменьшает размеры «зерен», повышает прочность. Но поскольку литий практически не растворяется в железе и, к тому же, закипает при температуре 1317°C, его широкое применение в производстве сталей не представляется возможным.

В настоящее время известно немало сплавов лития с различными металлами. Но приоритетным направлением является разработка перспективного сплава лития с другим легковесным металлом — магнием. В чем ценность и перспектива данного сплава? В его уникальных конструкционных свойствах: если в таком сплаве будет содержаться не более 50% магния, то он будет легче воды! Также учеными давно рассматривается вариант использования лития в качестве компонента твердого ракетного топлива.

Одна из самых важных областей применения лития – это производство химических источников тока. Литиевые батарейки и аккумуляторы имеют одни из самых высоких энергетических показателей (например электрическую емкость на единицу массы) и в настоящее время используются в большистве портативных электронных приборов.

А что мы имеем в перспективе потребления металлического лития? Аналитики подтверждают рост спроса на первичные литиевые элементы (и на литий металлический в целом), но, в то же время, отмечают снижение общего потребления металла относительно литиевых солей.

Лаконично и емко определяет значимость лития в современной промышленности фраза из «Краткой химической энциклопедии»: «По значимости в современной технике литий является одним из важнейших редких элементов».

[править] Химические свойства

Карминово-красное окрашивание пламени солями лития

Литий — щелочной металл, неустойчивый на воздухе. Он является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует.

Во влажном воздухе медленно окисляется, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксид LiOH и карбонат Li2CO3. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O.

Литий и его соли окрашивают пламя в карминово—красный цвет, что является качественным признаком для определения лития.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и водород. Реагирует также с этиловым спиртом, с аммиаком и с галогенами (с йодом — только при нагревании).

Литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза.

Места и способы добычи

Кладезь литиевого сырья – обе Америки (США, Чили, Перу, Аргентина, Боливия).

Рудой богаты месторождения Австралии и России. Половина российских запасов сосредоточена в Мурманской области.

Добыча ведется не всегда обычными способами.

Источника сырья два:

  1. Пегматитовые минералы со слюдой, кварцем, полевым шпатом, другими минералами в составе. Особенно щедр на литий сподумен – руда лития из группы пироксенов. Используется добыча традиционным карьерным способом.
  2. Глины солончаков. Из них раствор выкачивают.

Потенциальным лидером может стать Боливия, на территории которой обнаружены богатейшие запасы в солончаковой пустыне.

Сферы применения

Используется при изготовлении:

  1. Термоэлектропреобразователей.
  2. Высокоэффективных лазеров.
  3. Пиротехники. С его помощью окрашивают пламя фейерверков в красный цвет.
  4. Припоев.
  5. Металлогалогеновых ламп, щелочных аккумуляторов.
  6. Смазочных материалов.
  7. Стекла, покрытий для фарфоровых изделий.

Основные сферы применения:

  • ядерная энергетика;
  • металлургия;
  • медицина.

Плюсы и минусы литиевых батарей

Эти аккумуляторы и батареи просты в эксплуатации, они постоянно готовы к эксплуатации.

Литиевые источники тока

Достоинства Недостатки
Хороший ресурс эксплуатации (до 10 лет) Взрывоопасны при нарушении герметичности корпуса
Запас циклов зарядки-разрядки более 1000 Срок службы зависит от времени работы (не от количества циклов зарядка-разрядка)
Нет «эффекта памяти» (батареи можно регулярно подзаряжать) Работает в ограниченном температурном диапазоне (от -20 до +50оС)
Легкий вес Высокая цена

К сведению: Нобелевская премия по химии присуждена за литийионные батареи.

[править] Применение

Как это работает. Аккумуляторы, из чего именно их делают и как появился Литий

  • Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов), работающих на основе твердых электролитов.
  • Благодаря очень высокой удельной теплоемкости, жидкий литий (часто в виде сплава с натрием или цезием-133) может служить эффективным теплоносителем. В ядерных реакторах с этой целью применяют изотоп 7 Li, который, в отличие от 6 Li, имеет низкий сечение захвата тепловых нейтронов.
  • Облучая нуклид 6 Li тепловыми нейтронами, получают радиоактивный тритий.
  • Дейтерид лития-6 применяется как термоядерное горючее в водородных бомбах.
  • Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфора, в черной и цветной металлургии (для раскисления, повышения пластичности и прочности сплавов), для получения пластичных смазок.
  • Соединения лития применяются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической промышленности (изготовление косметики).
  • Соли лития применяют в медицине как антидепрессанты.
  • Карбонат лития Li2CO3 применяется в производстве алюминия.
  • Високогигроскопичный бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяют для осушения воздуха и других газов.
  • Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов.
  • Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике. На основе алюмината и силиката лития создан керамику твердеет при комнатной температуре и применяется в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромную прочность имеет стекло на основе литий-алюминий-силиката, усиленное волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно укрепляет сплавы свинца и придает им пластичности и стойкости против коррозии.
  • Алюминат лития — эффективный твердый электролит (вместе с цезий-бета-глиноземом).
  • Стеарат лития («литиевое мыло») применяется как высокотемпературная смазка.
  • Кристаллические ниобат лития LiNbO3 и танталат лития LiTaO3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике и оптоэлектронике.
  • Гидроксид лития LIOH, пероксид Li2O2 и супероксид LiO2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + 3O2), благодаря чему они используются в противогазах, в патронах для очистки воздуха на подводных лодках т.д. Кроме того, добавление гидроксида лития в электролита тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в три раза и емкость на 21 % (за счет образования никелатив лития).
  • Литий и его соединения широко применяются в ракетной технике. Смесь паров лития с молекулярным водородом является эффективным рабочим телом для газофазных ядерных ракетных двигателей. Жидкий литий используется в качестве рабочего тела в электроракетных двигателях, в частности — в мощных ЭРД. Литий используется как собственно ракетное топливо или как добавка к нему. Перхлорат и нитрат лития применяются как окислители ракетного топлива.

Нахождение в природе

Геохимия лития

Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т, в морской воде 0,17 мг/л.

Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi1,5Al1,5[Si3AlO10](F, OH)2 и пироксен сподумен — LiAl[Si2O6]. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространённых породообразующих минералах.

Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.

Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносолёных озёр.

Месторождения

Месторождения лития известны в Чили, Боливии (Солончак Уюни — крупнейшее в мире), США, Аргентине, Конго, Китае (озеро Чабьер-Цака), Бразилии, Сербии, Австралии.

В России более 50 % запасов сосредоточено в редкометалльных месторождениях Мурманской области.

Изотопы лития

Основная статья: Изотопы лития

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6Li (7,5 %) и 7Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие природного или искусственного фракционирования изотопов. Это следует иметь в виду при точных химических опытах с использованием лития или его соединений. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов (4Li − 12Li) и два ядерных изомера (10m1Li и 10m2Li). Наиболее устойчивый из них, 8Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3Li (трипротон), по-видимому, не существует как связанная система.

7Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть в период от 1 секунды до 3 минут после Большого Взрыва) в количестве не более 10−9 от всех элементов. Некоторое количество изотопа 6Li, как минимум в десять тысяч раз меньшее, чем 7Li, также образовано в первичном нуклеосинтезе.

Примерно в десять раз больше 7Li образовались в звёздном нуклеосинтезе. Литий является промежуточным продуктом реакции ppII, но при высоких температурах активно преобразуется в два ядра гелия-4 (через 8Be).

В космосе

Аномально высокое содержание лития наблюдается в звёздных образованиях, состоящих из красного гиганта (или сверхгиганта), внутри которого находится нейтронная звезда — объектах Ландау — Торна — Житкова.

Также имеется большое количество звёзд-гигантов с необычно высоким содержанием лития, что объясняется попаданием лития в атмосферу звёзд при поглощении ими экзопланет-гигантов.

Где и как добывают редкий металл

Существует два способа добычи лития: рудный и гидроминеральный. В первом случае металл добывают в шахтах или карьерах, во втором — из подземных рассолов.

Рудный способ дороже, зато позволяет добыть литий быстрее, чем за месяц. Его использовали до 1990-х годов XX века — пока в Чили не научились извлекать литий из рассолов.

Выглядит это так: концентрат, в котором содержится литий, с помощью мощных насосов выкачивают из-под земли и пропускают через несколько «очистительных» бассейнов, чтобы повысить содержание металла в рассоле. На этом этапе требуется много воды и яркого солнечного света. С высоты бассейны выглядят как гигантские шахматные доски, рассеченные дорогами для рабочих и транспорта. Таким способом добывают литий в одном из самых странных и красивых мест Боливии — солончаковой пустыне Салар-де-Уюни.

Соляные озера и выпаренный литий в Салар-де-Уюни. Боливия. Фото: Georg Ismar/dpa, ТАСС

«Рассольный» способ добычи дешевле: как правило, концентрат залегает на небольшой – не более двух метров — глубине. Но сам процесс выпаривания небыстрый, он может занимать до 18 месяцев. После этого рассол нужно обогатить — отделить хлориды натрия, калия и магния. В результате получается сырье, из которого изготавливают аккумуляторы — в том числе для московских электробусов.

Сейчас среди стран-лидеров по добыче редкого металла — Боливия, Аргентина, Чили, Австралия, Китай. По данным геологической службы США, подтвержденные мировые запасы лития на 2019 год составляют 17 млн тонн. В России хранится около 1 млн тонн запасов – литиевый потенциал страны сопоставим с Мали и Сербией.

Свойства

Свойства элемента известны ученым давно. По сравнению с другими щелочными металлами он имеют ряд уникальных особенностей, по которым определяются основные сферы применения этого вещества.

Химические

Свойства:

  • молярная масса — 6,941;
  • валентность — 1;
  • электроотрицательность — 1;
  • атомный номер — 3;
  • ковалентный радиус — 1,23 А;
  • теплоемкость — 3,307 кДж/(кг·°С).

Литий проявляет стабильность находясь на воздухе. Из группы щелочных металлов он наименее активный. Про взаимодействии с сухим воздухом и кислородом практические не реагирует (при условии соблюдения комнатной температуры).

Взаимодействие лития с водой проходит относительно спокойно. При контакте с водой он начинает образовывать щелочь, выделять кислород. Металл плавает на поверхности жидкости, быстро растворяясь и издавая характерное шипение.

При влажном воздухе металл вступает в реакции с газами, которые содержатся в нем (особенно с азотом). Оксидная пленка покрывает поверхности лития при нагревании до 100–300°C. Пленка защищает металл от окислительных процессов.

При реакции с серой образуется сульфид (при условии нагревания до 130°C). С кремнием вступает в реакцию при нагревании до 700°C. Растворяется в жидком аммиаке, образуя раствор синего цвета.

Сера (Фото: Instagram / mineral.kirka.shop)

Физические

Свойства:

  1. Плотность — 539 кг/м3 (при условии, что температура окружающей среды не превышает 20°C).
  2. Теплопроводность — 70,8 Вт/(м•К).
  3. Электрическое сопротивление — 9,29•10-8.
  4. Линейное расширение — 5,6•10-5 К-1.
  5. Температура плавления — 180,5°C.
  6. Предел прочности на растяжение — 116 Мпа.
  7. Температура кипения — 1340°C.

Показатель относительного удлинения — 70%.

Мировая добыча лития

Запасы Лития для Аргентины, Австралии, Бразилии, Чили, Соединенных Штатов и Зимбабве были пересмотрены на основе новой информации из правительственных и отраслевых источников.

Добыча лития
2018 2019 резервы
Соединенные Штаты нет данных нет данных 630 000
Аргентина 6400 6400 1 700      000
Австралия 58 800 4200 62 800 000
Бразилия 300 300 95 000
Канада 2400 200 370 000
Чили 17 000 18 000 8 600 000
Китай 7100 7500 1 000 000
Намибия 500 нет данных нет данных
Португалия 800 1200 60 000
Зимбабве 800 1200 60 000
остальные 1 100 000
В мире (округленно)*                                           95 000*                                          77 000* 17 000 000
* без учета производства в США

Мировые запасы лития на 2019

Благодаря продолжающейся разведке, выявленные ресурсы лития значительно увеличились во всем мире и составляют около 80 миллионов тонн.
Запасы лития в Соединенных Штатах — 6,8 миллиона тонн.
Запасы лития в других странах были пересмотрены до 73 миллионов тонн.

Ресурсы лития в порядке убывания:Боливия — 21 млн тоннАргентина — 17 млн тоннЧили — 9 млн тоннАвстралия — 6,3 млн тоннКитай — 4,5 млн тоннКонго (Киншаса) — 3 млн тоннГермания — 2,5 млн тоннКанада — 1,7 млн тоннМексика — 1,7 млн тоннЧехия — 1,3 млн тонн;Мали — 1 млн тоннРоссия — 1 млн тоннСербия — 1 млн тоннЗимбабве — 540 000 тоннБразилия — 400 000 тоннИспания — 300 000 тоннПортугалия — 250 000 тоннПеру — 130 000 тоннАвстрия, Финляндия и Казахстан — по 50 000 тонн;Намибия — 9  000 тонн.

Перевод выполнен для сайта basemine.ru