Кіріспе

Литий – химиялық элемент, символы Li, атомдық нөмірі 3. Ол жұмсақ, күміс түсті ақ сілтілі металл. Стандартты жағдайларда ол ең төмен тығыздықтағы металл және ең төмен тығыздықтағы қатты элемент болып табылады. Барлық сілтілі металдар сияқты, литий де өте реактивті және тұтанатын, сондықтан оны вакуумда, инертті атмосферада немесе тазартылған керосин немесе минералды май сияқты инертті сұйықтықта сақтау қажет. Ол металдық жылтырлыққа ие. Ауада тез тотығып, алғаш күміс түсті сұр түске, содан кейін қара түске өзгереді. Табиғатта бос күйінде кездеспейді, көбінесе литийдің негізгі көзі болған пегматиттік минералдар түрінде кездеседі. Ион ретінде ерігіштігіне байланысты мұхит суында кездеседі және көбінесе тұзды сулардан алынады. Литий металлы литий хлориді мен калий хлориді қоспасынан электролиз арқылы бөліп алынады. Литий атомының ядросы тұрақсыздыққа бейім, себебі табиғатта кездесетін литийдің екі тұрақты изотопы барлық тұрақты нуклидтердің арасындағы ең төмен байланыс энергиясына ие. Ядролық тұрақсыздығының салдарынан, литий Күн жүйесінде алғашқы 32 химиялық элементтің 25-інен сирек кездеседі, тіпті оның ядролары өте жеңіл болса да: бұл ауыр ядролардың сирек кездесу тенденциясына ерекшелік. Осы себептерге байланысты литий ядролық физикада маңызды қолданысқа ие. 1932 жылы литий атомдарының гелийге трансмутациясы адам жасаған алғашқы ядролық реакция болды, ал литий деутериді термоядролық қаруларда синтездік отын ретінде қолданылады. Литий және оның қосылыстары өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, оның ішінде жылуға төзімді шыны мен керамика, литий майы майлау материалдары, темір, болат және алюминий өндірісіне арналған флюс қоспалары, литий металл батареялары және литий-ионды батареялары. Бұл мақсаттар литий өндірісінің үштен екі бөлігінен астамын құрайды. Литий биологиялық жүйелерде аздаған мөлшерде кездеседі. Оның белгілі метаболикалық функциясы жоқ. Литийге негізделген препараттар көңіл күйін тұрақтандырушы және биполярлық бұзылыс сияқты психикалық ауруларды емдеуде антидепрессант ретінде пайдалы.

Атомдық және физикалық

Көштік металдар литий отбасының атымен де аталады. Басқа сілтілі металдар сияқты (натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs) және франций (Fr)), литийде бір валентті электрон бар, ол еріткіштердің қатысуымен Li+ ионын түзетіндей оңай босатылады. Литий металл пышақпен кесуге жеткілікті жұмсақ, күміс түсті ақ болып келеді. Ауада литий оксидіне тотығады. Бөлме температурасында қатты күйдегі барлық элементтердің ішінде ең төмен тығыздыққа ие; келесі ең жеңіл қатты элемент (калий, 0,862 г/см3) 60%-дан астам тығыз. Гелий мен сутектен басқа, қатты күйде сұйық азоттан (0,808 г/см3) екі еседей аз тығыздыққа ие. Литий ең жеңіл көмірсутекті майларда жүзіп жүреді және су бетінде жүзетін үш металдың бірі (қалғандары – натрий мен калий). Литийдің жылулық кеңею коэффициенті алюминийге қарағанда екі есе, ал темірге қарағанда төрт есе жоғары. Стандартты қысымда 400 мкК-ден төмен температурада, ал жоғары қысымда (>20 ГПа) 9 К-ден жоғары температурада суперөткізгіштік қасиет көрсетеді. 70 К-тан төмен температурада литий, натрий сияқты, диффузиялық өзгерістерсіз фазалық түрленулерге ұшырайды. 4,2 К-те ромбоэдрлі кристалл құрылымына (тоғыз қабатты қайталану арақашықтығымен) ие, ал температура жоғарылағанда бетке орталаған кубикалық және содан кейін денеге орталаған кубикалық құрылымға айналады. Сұйық гелий температурасында (4 К) ромбоэдрлі құрылым басым. Литийдің жоғары қысымдағы бірнеше аллотроптық түрлері анықталды. Литийдің массалық жылу сыйымдылығы килограмм-кельвинге 3,58 килоджоульге тең, бұл барлық қатты денелердің ішіндегі ең жоғары көрсеткіш. Осы себепті литий металл жылу алмасуға арналған салқындатқыштарда жиі қолданылады. Екі табиғи изотопының да ядролық байланысу энергиясы бір нуклоны үшін ерекше төмен (периодтық жүйедегі гелий мен бериллий сияқты көрші элементтерге қарағанда); литий – ядролық бөліну арқылы энергия өндіре алатын ең төмен атомдық санды элемент. Литийдің екі ядросының нуклонына шаққандағы байланысу энергиясы сутек-1, дейтерий және гелий-3 сияқты басқа тұрақты нуклидтерге қарағанда төмен. Осыған байланысты, атомдық салмағы өте төмен болса да, литий Күн жүйесінде алғашқы 32 химиялық элементтің 25-інен сирек кездеседі. 6Li изотопы – протон мен нейтронның саны тақ болатын бес тұрақты нуклидтің бірі (қалған төрт – сутек-2, бор-10, азот-14 және тантал-180m). 7Li – Үлкен жарылыс нуклеосинтезінде пайда болған бастапқы элементтердің (немесе, дәлірек айтқанда, бастапқы нуклидтердің) бірі. 6Li және 7Li аз мөлшерде жұлдыздардың ядролық синтезі кезінде пайда болады, бірақ олар пайда болғаннан кейін тез "жанып" кетеді. 7Li көміртекті жұлдыздарда да пайда болуы мүмкін. 6Li және 7Li-дің қосымша аз мөлшері күн желдерінен, ауыр атомдарға түскен ғарыш сәулелерінен және ерте Күн жүйесіндегі 7Be радиоактивті ыдырауынан пайда болуы мүмкін. Литий изотоптары минералдардың түзілуі (химиялық жауын-шашын), метаболизм және ион алмасу сияқты әртүрлі табиғи процестер кезінде айтарлықтай бөлінеді. Литий иондары қыш минералдарындағы октаэдрлі орындарда магний мен темірдің орнын басады, онда 6Li 7Li-ге қарағанда артық болады, нәтижесінде гиперфильтрация және тау жыныстарының өзгеруі процестерінде жеңіл изотоп байиды. Экзотикалық 11Li нейтрон галосын көрсетеді, оның ядросы 3 протоннан және 6 нейтроннан тұрады. Литий изотоптарын, әсіресе 7Li-ді 6Li-ден бөлу үшін лазерлік изотоптарды бөлу процесі қолданылады. Ядролық қару жасау және басқа да ядролық физика қолданбалары литийдің жасанды фракциялануының негізгі көзі болып табылады, сондықтан жеңіл изотоп 6Li өнеркәсіп пен әскери қорларда сақталады, бұл өзендер сияқты табиғи көздерде 6Li және 7Li арақатынасындағы шағын, бірақ өлшенетін өзгеріске әкеледі. Бұл литийдің стандартталған атомдық салмағындағы белгісіздікті күшейтеді, өйткені бұл шама коммерциялық литий минералды көздерінде бар литийдің табиғи тұрақты изотоптарының табиғи молдығына байланысты. Литийдің екі тұрақты изотопын да лазерлік салқындатуға болады және олар бірінші кванттық дегенеративті Бозе-Ферми қоспасын жасау үшін қолданылды.

Астрономиялық

Ол Үлкен жарылыста синтезделгенімен, литий (бериллий және бормен бірге) ғаламда басқа элементтерге қарағанда айтарлықтай аз. Бұл литийді жою үшін қажетті салыстырмалы түрде төмен жұлдыздық температураның және оны өндірудің жалпы процестерінің жетіспеуінің нәтижесі. Қазіргі заманғы космологиялық теорияға сәйкес, литийдің тұрақты изотоптары (литий-6 және литий-7) Үлкен жарылыста синтезделген үш элементтің бірі болды. Үлкен жарылыс нуклеосинтезінде пайда болған литий мөлшері баронға шаққандағы фотондардың санына байланысты болса да, литийдің мол болуын есептеуге болады және ғаламда "космологиялық литийдің қарама-қайшылығы" бар: ескі жұлдыздарда литийдің мөлшері күтілгеннен аз, ал кейбір жас жұлдыздарда әлдеқайда көп. Ескі жұлдыздарда литийдің жетіспеуі, оның жұлдыздардың ішкі қабаттарына "араласуынан" туындайды, онда ол жойылады, ал литий жас жұлдыздарда пайда болады. Литийдің екі атомы 2,4 миллион градус Цельсийден жоғары температурада протонмен соқтығысу нәтижесінде гелийге айналғанына қарамастан (көптеген жұлдыздар өздерінің ішкі бөлігінде осы температураға жетеді), литий кейінгі ұрпақ жұлдыздарында есептеулерден күтілгенінен көп кездеседі. Литий қоңыр ергежейлі жұлдыздарда және кейбір аномальды қызғылт жұлдыздарда да табылады. Литий салқын, аз массалы қоңыр ергежейлі жұлдыздарда кездеседі, бірақ ыстық қызыл ергежейлі жұлдыздарда жойылады, сондықтан оның жұлдыздар спектрінде болуы екеуін ажырату үшін "литий сынағында" қолданылады, себебі екеуі де Күннен кішідірек. Кейбір қызғылт жұлдыздарда литийдің жоғары концентрациясы болуы мүмкін. Литийдің қалыптыдан жоғары концентрациясы бар қызғылт жұлдыздар (мысалы, Centaurus X 4) массивті нысандар – нейтрон жұлдыздары немесе қара тесіктердің орбитасында айналады, олардың гравитациясы литийді сутегі-гелий жұлдызының бетіне тартады, нәтижесінде литийдің көп болуы байқалады.

Жер бетіндегі

Литий Жер бетінде кеңінен таралғанмен, жоғары реактивтілігіне байланысты табиғи түрде элементтік күйде кездеспейді. Теңіз суындағы литийдің жалпы мөлшері өте зор, шамамен 230 миллиард тоннаға бағаланады, онда элемент 0,14-тен 0,25 миллионнан бір бөлікке (ppm) дейінгі тұрақты концентрацияда болады. Гидротермальдық жерлерге жақын жерлерде 7 ppm-ге жуық жоғары концентрациялар табылған. Атымен сәйкес, литий магмалық тау жыныстарының шағын бөлігін құрайды, ең көп шоғырлануы граниттерде байқалады. Граниттік пегматиттер литий құрамындағы минералдардың ең көп мөлшерін қамтамасыз етеді, сподумен мен петалит ең коммерциялық тұрғысынан тиімді көздер болып табылады. Литийдің тағы бір көзі – гекторит сазы, оны АҚШ-тағы Western Lithium Corporation ғана белсенді түрде игереді. Жер қыртысының 1 кг-на 20 мг литий шаққанда, литий – 25-ші орындағы ең көп таралған элемент. «Литий және табиғи кальций туралы анықтамалыққа» сәйкес, «Литий салыстырмалы түрде сирек элемент, бірақ ол көптеген тау жыныстарында және кейбір тұздықтарда кездеседі, бірақ әрқашан өте төмен концентрацияда. Литий минералы және тұздық кен орындары жеткілікті, бірақ олардың аз ғана бөлігі нақты немесе әлеуетті коммерциялық құндылыққа ие. Көптеген орындар өте кішкентай, ал кейбіреулерінің сапасы төмен». 2020 жылғы мәліметтер бойынша, Чилидегі литий қоры ең ірі (9,2 миллион тонна), ал Боливияның Салар-де-Уюни аймағында 5,4 миллион тонна литий бар. Басқа ірі жеткізушілерге Австралия, Аргентина және Қытай жатады. 2015 жылы Чехия геологиялық қызметі Чехиядағы кен тауларының барлығын литий провинциясы деп қарастырды. Бес кен орны тіркелген, олардың бірі Cínovec (Дуби) маңында орналасқан, онда 160 000 тонна литий бар және ол әлеуетті экономикалық кен орны ретінде қарастырылуда. 2019 жылдың желтоқсанында фин тау-кен компаниясы Keliber Oy өзінің Rapasaari литий кен орнындағы дәлелденген және болжамды кен қорының 5,280 миллион тоннаға жететінін хабарлады. 2010 жылдың маусым айында The New York Times газеті американ геологтары Афғанстанның батысындағы құрғақ тұзды көлдердегі жерді зерттеп жатқанын жариялады, олардың пікірінше, онда литийтің ірі қоры бар. Бұл бағалаулар «негізінен 1979-1989 жылдар аралығында Ауғанстанды басып алған кезде кеңес әскері жинаған ескі деректерге негізделген». Қорғаныс министрлігі Ауғанстандағы литий қорының Боливиядағыдай екенін бағалап, оны «литийдің Сауд Арабиясы» деп атады. Англияның Корнуолл аймағында литийге бай тұздықтардың болуы тарихи тау-кен өнеркәсібіне байланысты жақсы мәлім болды, ал жеке инвесторлар осы аймақта литийді өндірудің мүмкіндіктерін зерттеу үшін сынақтар жүргізіп жатыр.

Тарих

Петалит (LiAlSi4O10) 1800 жылы бразилиялық химик және мемлекет қайраткері Хосе Бонифасио де Андрада э Сильва Швецияның Уто аралындағы шахтада тапқан. Алайда, 1817 жылға дейін химияшы Йонс Якоб Берзелиустың зертханасында жұмыс істеген Йохан Август Арфведсон петалит кенін талдағанда жаңа элементтің бар екенін анықтамады. Бұл элемент натрий мен калийге ұқсас қосылыстар құрады, бірақ оның карбонаты мен гидроксиді суда нашар еритін және сілтілігі төмен болды. Берзелиус сілтілік материалға грек сөзі λιθoς (литос, "тас" деген мағынаны білдіреді) негізінде "литион/литина" деген ат қойды. Бұл оның өсімдік күлінен алынған калийге және жануарлар қанында көп мөлшерде кездесетін натрийге қарағанда қатты минералдан табылуын көрсетеді. Ол жаңа элементті "литий" деп атады. Дегенмен, Арфведсон мен Гмелиннің екеуі де таза элементті тұздарынан бөліп алуға тырысып, сәттілікке жете алмады. 1821 жылға дейін оны бөліп алу мүмкін болмады, сол кезде Уильям Томас Бранде литий оксидін электролиз арқылы алды. Бұл әдіс бұрын химияшы сэр Хамфри Дэви калий мен натрий сияқты сілтілі металдарды бөліп алу үшін қолданған болатын. Бранде литийдің хлорид сияқты таза тұздарын да сипаттады және литий оксидінің (лития) құрамында шамамен 55% металл бар екенін есептеп, литийдің атомдық салмағын шамамен 9,8 г/моль (қазіргі мәні ~6,94 г/моль) деп бағалады. 1855 жылы Роберт Бунсен мен Август Маттиессен литий хлоридін электролиз арқылы литийдің үлкен көлемін өндірді. Бұл процедураның ашылуы 1923 жылы неміс компаниясы Metallgesellschaft AG литий хлориді мен калий хлоридінің сұйық қоспасын электролизден өткізу арқылы литийді коммерциялық өндіріске шығарды. Австралиялық психиатр Джон Кейд 1949 жылы манияны емдеу үшін литийтің қолданылуын қайта жаңғыртты және танымал етті. Содан кейін, 20 ғасырдың ортасында литийдің мания мен депрессияны тұрақтандыру қабілеті Еуропа мен АҚШ-та кеңінен таралды. Литийді өндіру және пайдалану тарихында бірнеше маңызды өзгерістер болды. Литийдің алғашқы маңызды қолданылуы – екінші дүниежүзілік соғыста және одан кейін ұшақ қозғалтқыштарында және осыған ұқсас қолданыстарда қолданылатын жоғары температуралы литий майларында болды. Бұл қолданыс литий негізіндегі сабындардың басқа сілтілі сабындарға қарағанда жоғары балқу температурасына және кальций негізіндегі сабындарға қарағанда аз коррозиялық екендігімен түсіндірілді. Литий сабындары мен майлау майларына деген сұраныс аз болғандықтан, негізінен АҚШ-тағы бірнеше шағын кен орындары қолдау көрсетті. Суық соғыс кезінде ядролық синтез қаруын өндіру литийге деген сұранысты күрт арттырды. Литий-6 және литий-7 екеуі де нейтрондармен сәулеленгенде тритийді өндіреді, сондықтан тритийді өндіру үшін де, сутекті бомбаларда қолданылатын қатты синтез отынының – литий деутеридінің бір түрі ретінде де пайдалы болды. АҚШ 1950-ші жылдардың соңы мен 1980-ші жылдардың ортасы аралығында литийдің негізгі өндірушісі болды. Соңында литий қоры шамамен 42 000 тонна литий гидроксидін құрады. Жиналған литийдің 75% литий-6 құрамынан азайды, бұл көптеген стандартталған химиялық заттардағы литийдің өлшенген атомдық салмағына әсер етуге жеткілікті болды, тіпті кейбір "табиғи көздердегі" литий иондарының атомдық салмағы да, изотоптарды бөлу қондырғыларынан шығарылған литий тұздарымен "зарарланған" және жер асты суларына сіңген болатын. Литий шынының балқу температурасын төмендету және Hall-Héroult процесінде алюминий оксидінің балқу қасиеттерін жақсарту үшін қолданылады. Бұл екі қолданыс 1990-шы жылдардың ортасына дейін нарықтың басым бөлігін құрады. Ядролық қарулану жарысы аяқталғаннан кейін литийге деген сұраныс төмендеді және Энергетика департаментінің ашық нарықтағы қорының сатылуы бағаны одан әрі төмендетті. 2000-шы жылдардағы батареяларда литийге деген сұраныстың өсуімен жаңа компаниялар тұздықты бөліп алу жұмыстарын кеңейтіп, сұраныстың артуын қанағаттандыруға тырысты. Литий жаңартылатын энергияға және батареяларға тәуелді әлемде геосаяси бәсекелестіктің негізгі нысаны болады деген пікірлер айтылды, бірақ бұл көзқарас өндірістің кеңеюіне экономикалық ынталандырудың күшін бағаламағаны үшін сынға ұшырады.

Литий металлдан жасалған

Литий сумен оңай әрекеттеседі, бірақ басқа сілті металдарына қарағанда айтарлықтай аз күшпен. Бұл реакция нәтижесінде сутек газы мен литий гидроксиді түзіледі. Литий металлы сумен, әсіресе азотпен әрекеттесетіндіктен, көбінесе көмірсутек герметигінде, жиі вазелинде сақталады. Салмағы ауыр сілті металдарын минералды майда сақтауға болады, бірақ литийдің осы сұйықтықтарға толық батып кетуі үшін жеткілікті тығыздығы жоқ. Металл жоғары температурада сутек газымен реакцияласып, литий гидридін (LiH) құрайды. Литий негізгі топ элементтерімен тікелей реакция арқылы әртүрлі бинарлық және үштік материалдарды жасайды. Бұл Зинтл фазалары, өте ковалентті болғанымен, Si44, P73 және Te52 сияқты полиатомдық аниондардың тұздары ретінде қарастырылуы мүмкін. Графитпен литий әртүрлі интеркалациялық қосылыстарды құрайды. Осылайша, олар өте күшті негіздер және нуклеофилдер болып табылады. Олар фармацевтикалық өнеркәсіпте асимметриялық синтезде де қолданылады. Зертханалық органикалық синтезде көптеген органолитий реагенттері ерітінді түрінде сатылады. Бұл реагенттер жоғары реактивті және кейде пирофорлы болады. Литийдің дерлік барлық органикалық қосылыстары, оның бейорганикалық қосылыстары сияқты, формальды түрде дуэт ережесін сақтайды (мысалы, BuLi, MeLi). Дегенмен, координациялық еріткіштер немесе лигандтар болмаған жағдайда, органолитий қосылыстары димерлік, тетрамерлік және гексамерлік кластерлерді құрайды (мысалы, BuLi шындығында [BuLi]6, ал MeLi шындығында [MeLi]4), олар көп орталықты байланысқа ие және литийдің координациялық санын арттырады. Бұл кластерлер диметоксиэтан (DME) немесе тетраметилэтилендиамин (TMEDA) сияқты еріткіштердің немесе лигандтардың қатысуымен кішірек немесе мономерлік бірліктерге ыдырайды. Дуэт ережесінен ерекшелік ретінде литийдің айналасында төрт электроны бар екі координациялық литат кешені [Li(thf)4]+[((Me3Si)3C)2Li]– кристаллографиялық түрде сипатталған.

Қорытындылар мен пайда болуы

Литийдің кішкентай иондық өлшемі минералдардың кристалдануының бастапқы кезеңдерінде оны қосуды қиындатады. Осының салдарынан литий балқыған фазада қалады, онда ол байиды, содан кейін соңғы сатыда қатаңдайды. Мұндай литийдің байыуы барлық коммерциялық тұрғыдан пайдалы литий кен орындары үшін жауапты. Тұздықтар (және құрғақ тұз) Li+ -тың тағы бір маңызды көзі болып табылады. Литий қорғаны бар кен орындары мен тұздықтардың саны көп болғанымен, олардың көпшілігі кішкентай немесе Li+ концентрациясы тым төмен. Сондықтан олардың тек азы ғана коммерциялық құндылыққа ие. АҚШ Геологиялық қызметі (USGS) 2020 және 2021 жылдардағы әлемдік литий қорының 17 миллион және 21 миллион тоннаға жететінін бағалады. Әлемдік литий қорының нақты бағалауы қиын. Бұған себеп – литийді жіктеудің көптеген схемалары қатты кен орындары үшін жасалған, ал тұздықтар – әртүрлі концентрациялар мен сорғылау салдарынан осы схемамен өңдеу қиын болатын сұйықтық. 2019 жылы сподуменнен литий өндірісі жылына шамамен 80 000 тоннаны құрады, негізінен Гринбуш пегматитінен және кейбір қытайлық және чилилік көздерден. Гринбуш кенішіндегі Talison кеніші ең ірісі және 2,4% Li2O (2012 жылғы деректер) құрамындағы ең жоғары сапалы кенге ие.

Литий үшбұрышы және басқа тұздықтар

2019 жылдан бастап литий өндіруші әлемдегі төрт ел, АҚШ Геологиялық зерттеулер агенттігінің мәліметінше, Австралия, Чили, Қытай және Аргентина. Оңтүстік Америкада Анд тау тізбегі бойында да кен орындары табылады. Чили – жетекші өндіруші, одан кейін Аргентина келеді. Екі ел де литийді тұзды көлдерден (тұздықтардан) өндіреді. USGS мәліметтері бойынша, Боливияның Уюни шөлінде 5,4 миллион тонна литий бар. Әлемдегі белгілі қорлардың жартысы Боливияда, Анд тауларының орталық шығыс бөлігінде орналасқан. Боливия үкіметі литий өндірісіне 900 миллион АҚШ доллары инвестициялады және 2021 жылы 540 тонна литий өндірді. Литий үшбұрышының тұзды көлдеріндегі (тұздықтардағы) тұздардың литий құрамы әртүрлі.

Қатты жынысты кен орындары

2018 жылдан бері Конго Демократиялық Республикасында әлемдегі ең ірі литий сподумен қатты жынысты кен орны бар екені белгілі болды. Конго Демократиялық Республикасындағы Манонода орналасқан бұл кен орны 1,5 миллиард тоннаға дейін литий сподумен қатты жынысын қамтуы мүмкін. Ең ірі екі пегматит (Карьер де Л’Эсте пегматиті және Рош Дюре пегматиті деп аталады) Батыс Австралиядағы әйгілі Гринбуш пегматитінен ұқсас немесе үлкен. Осылайша, Конго Демократиялық Республикасы жоғары сапасымен және аз қоспаларымен әлемге литийдің маңызды жеткізушісі болуы күтілуде. 2018 жылдың 16 шілдесінде Перудің Пуно аймағындағы Фальчани қатты тау жынысы кен орнында 2,5 миллион тонна жоғары сапалы литий ресурсы және 124 миллион фунт уран ресурсы табылды. 2020 жылы Австралия Финнис литий жобасына стратегиялық маңызды литий кен орны үшін Ірі Жоба мәртебесін (ІЖМ) берді: литий оксидінің 1,4 пайызын қамтитын шамамен 3,45 миллион тонна (Мт) минералды ресурс. Өндіріс 2022 жылы басталды. 2013 жылы Вайоминг штатындағы Рок-Спрингс көтерілісінде 228 000 тоннаға дейін кен бар екені есептелді. Сол формациядағы қосымша кен орындары 18 миллион тоннаға жуық деп бағаланды. Сол сияқты, Невададағы Макдермит кальдерасы литий құрамындағы жанартау балшықтарын қамтиды, бұл АҚШ-тағы литийдің ең ірі белгілі кен орындары болып табылады. Аргентинаның Пампеан пегматит провинциясында литий оксиді (Li2O) 5 және 8 салмақтық пайыз аралығында өзгеретін кемінде 200 000 тонна сподумен бар екені белгілі. Ресейдегі ең ірі литий кен орны Мурманск облысында орналасқан. 2023 жылы «Норникель» және «Росатом» компанияларының бірлескен кәсіпорны «Polar Lithium» кен орнын игеруге құқық алды. Жоба жылына 45 000 тонна литий карбонаты мен гидроксидін өндіруді көздеп, 2030 жылға қарай толық жобалық қуатына жетуді жоспарлап отыр.

Баға белгілеу

1998 жылы литий металл бағасы шамамен 95 АҚШ доллары/кг (немесе 43 АҚШ доллары/фунт) құрады. 2007 жылғы қаржы дағдарысынан кейін Sociedad Química y Minera (SQM) сияқты ірі жеткізушілер литий карбонаты бағасын 20%-ға төмендетті. 2012 жылы бағалар өсті. 2012 жылғы Business Week мақаласында литий нарығындағы олигополия сипатталды: «Миллиардер Хулио Понс басқаратын SQM екінші орында, одан кейін Генри Кравистің KKR & Co. қолдауымен Rockwood және Филадельфиядағы FMC келеді», ал ең ірі өндіруші ретінде Talison аталды. ISE – Сирек жер элементтері мен стратегиялық металдар институтының баға ақпараттық қызметі 2022 жылдың наурыз-тамыз айларындағы әртүрлі литий заттарының орташа бағасын былай көрсетеді: литий карбонаты, тазалығы 99,5% кем емес, әртүрлі өндірушілерден 63 және 72 Еуро/кг аралығында. Литий гидроксиді моногидраты LiOH 56,5% кем емес, Қытайдан 66-72 Еуро/кг; Оңтүстік Кореяға жеткізілгенде 73 Еуро/кг. Литий металлы 99,9% кем емес, Қытайға жеткізілгенде 42 Еуро/кг.

Экстракциялау

Литий және оның қосылыстары тарихи түрде қатты тау жыныстарынан бөлініп алынып, өндірілген, бірақ 1990 жылдары минералды бұлақтар, тұзды көлдер және тұзды кен орындары басым көздерге айналды. Олардың көп бөлігі Чили, Аргентина және Боливияда орналасқан. 2021 жылдың басына қарай, әлемде өндірілетін литийдің көп бөлігі «Австралия және Солтүстік Каролина сияқты жерлерде кездесетін қатты тау жыныстарындағы сподумен минералы» немесе Чилидегідей жер астынан тікелей сорғыланатын тұзды судан алынады. Чилидің Салар-де-Атакама аймағында литийдің тұзды судағы концентрациясы көлдер жүйесінде күнмен булану арқылы жоғарылатылады. Литийді және басқа да құнды минералдарды өндірудің бір әдісі – геотермалды тұзды суды мембрана ішінде орналасқан электролиттік жасуша арқылы өңдеу. Теңіз суынан литий қосылыстарын алу үшін электродиализ және электрохимиялық интеркалация қолдану ұсынылған (теңіз суында литийдің мөлшері миллионға 0,2 бөлік құрайды). Мембранадағы иондық таңдау жасушалары литийді электр өрісін немесе концентрация айырмашылығын пайдалану арқылы жинауға қабілетті. Литийді өндіру судың ластануына байланысты су ортасында тіршілік ететін жандар үшін қауіпті болуы мүмкін. Ол жер бетіндегі және ауыз судың ластануына, тыныс алу проблемаларына, экожүйенің бұзылуына және ландшафтқа зиян келтіруге әкелуі мүмкін. АҚШ-та ашық карьерлік және тау үстінен кен шығару, тұзды судан кен шығарумен бәсекелеседі. Қоршаған ортаға қатысты алаңдаушылықтарға жануарлар мекендейтін орындардың бұзылуы, ауыз судың ластануы (мырыш және антимонмен қоса), су асты деңгейінің тұрақсыз төмендеуі және радиоактивті уранның қосалқы өнімдері мен күкірт қышқылының шығарылуын қамтитын ірі кендік қалдықтар жатады.

Адам құқықтары мәселелері

Литий өндіруші компаниялар мен Аргентинаның жергілікті халықтары арасындағы қарым-қатынастарды зерттеу көрсеткендей, мемлекет жергілікті халықтың еркін, алдын ала және толыққанды хабардарлықпен келісуге құқығын қорғамаған болуы мүмкін. Сондай-ақ, өндіруші компаниялар көбінесе қоғамдық ақпаратқа қол жеткізуді бақылап, жобалар мен олардан түсетін пайданы бөлісу талқылау шарттарын өздері белгілеген. АҚШ-тың Невада штатындағы Тэкер Пасс литий кенішін салу жобасы бірнеше жергілікті тайпалардың наразылығына және сотқа шағымдануына себеп болды. Олардың мәлімдемесінше, оларға еркін, алдын ала және толыққанды хабардарлықпен келісім берілмеген, ал жоба мәдени және қасиетті орындарға қауіп төндіреді. Бұдан өзге, жобаны іске асыру жергілікті әйелдерге қауіп тудыруы мүмкін екеніне алаңдаушылық білдірді, себебі табиғи ресурстарды өндіру жоғалған және өлтірілген жергілікті әйелдермен байланысты. Наразылық білдірушілер 2021 жылдың қаңтарынан бері жобаланған кеніштің орнын басып ұстап тұр.

Батареялар

2021 жылы литийдің басым бөлігі электр көліктері мен ұялы телефондарға арналған литий-ионды аккумуляторлар жасауға жұмсалады.

Керамика және шыны

Литий оксиді кремнийді өңдеуде ағын ретінде кеңінен қолданылады, материалдың балқу температурасын және тұтқырлығын төмендетеді, соның салдарынан физикалық қасиеттері жақсарған, оның ішінде төмен жылулық кеңею коэффициентіне ие глазурьдерге қол жеткізіледі. Бүкіл әлем бойынша, литий қосылыстарының ең көп қолданылатын түрлерінің бірі осы. Литий оксидтері бар глазурьдер пештік ыдыстар жасауға пайдаланылады. Бұл мақсатта көбінесе литий карбонаты (Li2CO3) қолданылады, себебі ол қыздыру кезінде оксидке айналады.

Электрлік және электрондық

ХХ ғасырдың соңында литий жоғары электродтық потенциалының арқасында аккумуляторлардың электролиттері мен электродаларының маңызды құрауышына айналды. Оның атомдық массасы төмен болғандықтан, заряд және салмаққа қатынасы жоғары. Типик литий-иондық батареяның бір ұяшығы шамамен 3 вольт қуат береді, ал қорғасын қышқылды батарея үшін бұл көрсеткіш 2,1 вольт, ал мырыш-көміртекті батарея үшін 1,5 вольтқа тең. Қайта зарядталатын және жоғары энергия тығыздығына ие литий-иондық аккумуляторлар, литий немесе оның қосылыстары анод ретінде қолданылатын, бір рет қолданылатын (біріншілік) литий металл аккумуляторларынан ерекшеленеді. Литийді пайдаланатын басқа да қайта зарядталатын аккумуляторларға литий-ионды полимерлік аккумулятор, литий темір фосфат аккумуляторы және наносымды аккумулятор жатады. Әлеуетті өсім туралы пікірлер жылдар бойы әртүрлі болды. 2008 жылғы зерттеуде "іс жүзінде қол жетімді литий карбонатының өндірісі болашақтағы PHEV және EV әлемдік нарығының қажеттіліктерін толыққанды қанағаттандыруға жеткіліксіз болады", "көшірмелі электроника секторының сұранысы келесі он жылда жоспарланған өндірістің көп бөлігін сіңіріп алады" және "литий карбонатының жаппай өндірісі экологиялық тұрғыдан дұрыс емес, ол қорғалуға тиіс экожүйелерге өтелмейтін экологиялық зиян келтіреді және LiIon жетектемесі "жасыл автомобиль" тұжырымымен үйлеспейді" деген қорытынды жасалды.

Металлургия

Литий (мысалы, литий карбонаты түрінде) үздіксіз құю қалыптарының шлактарына қоспа ретінде қолданылады, ол олардың ағымдалуын арттырады, бұл жаһандық литий тұтынымының 5% құрайды (2011 жылғы мәліметтер). Литий (литий фториді түрінде) алюминий қорыту заводтарында (Халл-Героль процесінде) қоспа ретінде қолданылады, ол балқыту температурасын төмендетеді және электр кедергісін арттырады, бұл өндірістің 3% құрайды (2011 жылғы мәліметтер). Сондай-ақ, ол қоспаларды сіңіру арқылы оксидтердің түзілуін болдырмайды. Алюминий, кадмий, мыс және марганецпен литийдің қорытпалары жоғары өнімділікке және төмен тығыздыққа ие ұшақтардың бөлшектерін жасау үшін қолданылады (литий-алюминий қорытпаларын да қараңыз).

Кремнийді нанокептіру

Литий электр батареялары және басқа да құрылғыларға арналған электрондық компоненттердегі кремний нанотүйінділерін жасауда тиімді екені анықталды.

Пиротехника

Литий қосылыстары қызыл фейерверктер мен сигнальдық шамыраларда пиротехникалық бояғыштар және тотықтырғыштар ретінде қолданылады.

Оптика

Литий фториді кристалл түрінде жасанды түрде өсіріледі, ол мөлдір және түссіз болып келеді және көбінесе ИК, УФ және ВУВ (вакуумдық УФ) қолданбалары үшін арнайы оптикада қолданылады. Ол ең төменгі сындыру көрсеткіштерінің біріне және көптеген қолданылатын материалдардың ішіндегі терең ультракөк сәуледегі ең кең таралу диапазонына ие. Термолюминесценттік сәулелену дозиметриясы (ТЛД) үшін ұсақталған литий фториді ұнтағы қолданылады: мұндай үлгі сәулеленуге ұшырағанда, ол кристаллдың кемшіліктерін жинақтайды, олар қыздырылғанда көгілдір жарық шығару арқылы жойылады, оның қарқындылығы сіңірілген дозаға пропорционалды, бұл оны өлшеуге мүмкіндік береді. Литий фториді кейде телескоптардың фокустық линзаларында қолданылады. Литий ниобатының жоғары бейсызықтығы оны бейсызық оптикада қолдануға да мүмкіндік береді. Ол ұялы телефондар мен оптикалық модуляторлар сияқты телекоммуникация өнімдерінде, сондай-ақ резонанстық кристалдар сияқты құраушылар үшін кеңінен қолданылады. Литий қолданбалары ұялы телефондардың 60%-дан астамында қолданылады.

Органикалық және полимерлік химия

Органолитий қосылыстары полимерлер мен қалың химиялық заттар өндірісінде кеңінен қолданылады. Полимер өнеркәсібі, бұл реагенттердің басты тұтынушысы болып табылады, онда алкил литий қосылыстары функционалданбаған олефиндердің аниондық полимерленуінде катализаторлар/инициаторлар рөлін атқарады. Қалың химиялық заттар өндірісінде органолитий қосылыстары күшті негіздер ретінде және көміртегі-көміртегі байланыстарын жасауға арналған реагенттер ретінде қолданылады. Органолитий қосылыстары литий металлы мен алкил галогендерден дайындалады. Органикалық қосылыстарды дайындау үшін көптеген басқа литий қосылыстары да реагенттер ретінде қолданылады. Ең көп қолданылатын қосылыстарға литий алюминий гидриді (LiAlH4), литий триэтилборогидриді, n-бутиллитий және трет-бутиллитий жатады.

Әскери

Металл литий және оның күрделі гидридтері, мысалы литий-алюминий гидриді (LiAlH4), зымыран отынына жоғары энергиялы қоспа ретінде қолданылады. Mark 50 торпедасының химиялық энергияны сақтау жүйесі (SCEPS) қатты литий блогына шашыратылатын күкірт гексафторидінің кішкентай ыдысын пайдаланады. Бұл реакция жылу тудырады, жабық Ранкин циклында торпеданы жылға жылдамдату үшін буды жасайды. Литий-6 бар литий гидриді термоядролық қаруларда қолданылады, онда ол бомбаның термоядролық сатысында отын қызметін атқарады.

Ядролық

Литий-6 тритий өндіру үшін бастапқы материал ретінде және ядролық синтезде нейтронды сіңіруші ретінде бағаланады. Табиғи литий құрамында шамамен 7,5% литий-6 бар, одан литий-6 көп мөлшерде изотоптарды бөлу арқылы ядролық қаруларда қолдануға арналған. Литий-7 ядролық реакторларды салқындату үшін қызығушылық тудырды. Литий деутериді сутекті бомбаның алғашқы нұсқаларында таңдалған синтездік отын болды. Нейтрондармен бомбаланғанда, 6Li және 7Li екеуі де тритий шығарады. Сутекті бомбалар алғаш рет сынақтан өткенде толық түсінілмеген бұл реакция «Касл Браво» ядролық сынағының күрт өсуіне себеп болды. Тритий деутериймен қосылып, салыстырмалы түрде оңай жүзеге асатын реакцияға түседі. Детальдары құпия сақталғанымен, литий-6 деутериді қазіргі заманғы ядролық қаруларда синтездік материал ретінде әлі де маңызды рөл атқарады. Литий фториді, литий-7 изотопымен жоғары байытылғанда, сұйық фторидті ядролық реакторларда қолданылатын LiF BeF2 фторидті тұз қоспасының негізгі құрауышы болып табылады. Литий фториді өте тұрақты химиялық қасиеттерге ие, ал LiF BeF2 қоспаларының балқу температурасы төмен. Сонымен қатар, 7Li, Be және F ядролық бөліну реакторының ішіндегі бөліну реакцияларын тежемейтін, төмен жылулық нейтронды ұстау қималарына ие бірнеше нуклидтердің қатарына жатады. Концептуалды (гипотетикалық) ядролық синтез электр станцияларында литий, дейтерий мен тритийді отын ретінде пайдалана отырып, тритий өндіру үшін магниттік шектеулі реакторларда қолданылады. Табиғи тритий өте сирек кездеседі және оны реакцияға түсетін плазманы литийден тұратын «жапқышпен» қоршау арқылы синтетикалық жолмен өндіру қажет, онда плазмадағы дейтерий-тритий реакциясынан шыққан нейтрондар литийді бөліп, қосымша тритий өндіреді: 6Li + n → 4He + 3H. Литий альфа бөлшектерінің, яғни гелий ядроларының көзі ретінде де қолданылады. 7Li үдетілген протондармен бомбаланғанда 8Be пайда болады, ол дерлік бірден екі альфа бөлшегіне бөлінеді. Сол кезде «атомды бөлу» деп аталған бұл құбылыс, адам жасаған алғашқы ядролық реакция болды. Оны 1932 жылы Кокрофт пен Уолтон жүзеге асырды. Плазмалық материалдың өзара әрекеттесуін басқару және ыстық термоядролық синтез плазмасының шекарасындағы энергияны тарату үшін синтез реакторларында литий ұнтақтарын енгізу қолданылады. 2013 жылы АҚШ-тың Мемлекеттік Есеп беру кеңсесі 100 американдық ядролық реактордың 65-інің жұмыс істеуі үшін маңызды литий-7 тапшылығы «электр энергиясын қамтамасыз ету қабілетін белгілі бір дәрежеде тәуекелге ұшыратады» деді. «Касл Браво» сынағында алғаш рет литий-7 «Shrimp» құрылғысында қолданылды, оның салмағы бар болғаны 10 тоннаны құрады және Бикини атоллінің кең аумағында ауқымды ядролық ластануға әкелді. Бұл АҚШ-тың ядролық инфрақұрылымының құлдырауына себеп болуы мүмкін. Литий-6-ны литий-7-ден бөлуге қажетті жабдықтардың көп бөлігі Суық соғыс кезеңінен қалған. АҚШ 1963 жылы бөлінген литийдің көп қоры болған кезде, оның көп бөлігі ХХ ғасырда қолданылды, осы машиналардың көп бөлігін тоқтатты. Есепте литий-6-ны литий-7-ден бөлу қабілетін қалпына келтіру үшін бес жыл және 10 миллионнан 12 миллион долларға дейін қаражат қажет екені айтылды.

Медицина

Литий екіполярлық бұзылысты емдеуде пайдалы. Литий тұздары шизоаффективті бұзылыс және циклдік үлкен депрессия сияқты ұқсас диагноздарға да көмектесуі мүмкін. Бұл тұздардың белсенді бөлігі литий ионы Li+ болып табылады.

Сақтық шаралары

Литий металлы коррозиялық және терімен тікелей жанасудан сақтану үшін ерекше күтімді қажет етеді. Литий ұнтағын немесе литий қосылыстарын (көбінесе сілтілі) тыныс алғанда бастапқыда мұрын мен жұтқыншақ тітіркеніп, ал көп мөлшерде тыныс алғанда өкпеде сұйықтық жиналуына, содан кейін өкпе ісінуіне (өкпелік эдемаға) алып келуі мүмкін. Металлдың өзі де қауіпті, себебі ылғалмен жанасқанда каустикалық литий гидроксиді түзіледі. Литий реакцияға түспейтін қосылыстарда, мысалы, нафтада қауіпсіз сақталады.