Trong tự nhiên, lithium không tồn tại ở dạng tự do mà chỉ có trong thành phần của muối hòa tan và bên trong các chất khoáng rắn khác. Các nguồn chính của lithium là các mỏ muối ở các nước nhiệt đới khô cằn.
| Trữ lượng Lithium phần lớn tập trung tại các mỏ muối ở Mỹ Latin. (Nguồn: Top War) |
Trữ lượng lớn tập trung ở các mỏ muối
Chile là nơi có mỏ lithium lớn nhất nhờ vào đầm muối Salar de Atacama. Trong những thập kỷ gần đây, quốc gia Nam Mỹ này đã cung cấp tới 43% lượng tiêu thụ kim loại lithium cho thế giới.
Toàn bộ bề mặt của mỏ muối được bao phủ bởi một loại đá xốp gồm thạch cao và đá muối gọi là “kalich”, có thể sâu đến vài chục mét. Tổng tỷ lệ kim loại trong một lít dung dịch muối chiếm đến 7 gam/lít, bao gồm natri, kali, brom và canxi được hòa tan. Riêng các hợp chất magie, nếu tỷ lệ so với lithium lớn hơn 11,1, việc khai thác có thể không hiệu quả về mặt kinh tế.
Một mỏ lithium tiềm năng khác là đầm lầy muối cao Salar de Uyuni ở Bolivia, theo ước tính lên đến 100 triệu tấn. Mặc dù có trữ lượng ấn tượng, nhưng việc khai thác liti từ đầm lầy muối Salar de Uyuni rất tốn kém, vì tỷ lệ giữa Magie và Lithium lên tới 18,6. Trong khi đó ở đầm lầy muối Salar de Atacama, chỉ số chỉ nằm ở mức 6,4.
Cùng với Argentina, Bolivia và Chile tạo nên một vùng gọi là "tam giác lithium" của Mỹ Latinh, nơi kiểm soát tới 70% thị trường kim loại nhẹ nhất thế giới.
Ở Mỹ, kim loại này chủ yếu khai thác tại bang Nevada. Nhưng các nguồn tin gián tiếp nói rằng, hầu hết nguyên liệu lithium (lên đến 84%) nước này nhập khẩu từ Mỹ Latinh. Hơn 35% khối lượng sản xuất trong nước và nhập khẩu lithium được dùng để sản xuất pin.
Ngược lại, nước Nga không có lợi thế về khai thác và trữ lượng lithium. Khí hậu khô lạnh, nhu cầu sử dụng trong nước không phát triển, cũng như không có lợi thế trước các công ty khổng lồ của Mỹ Latinh trong việc xuất khẩu lithium ra thị trường nước ngoài. Tuy nhiên, trữ lượng lithium ở Nga ước tính ngót một triệu tấn, phần lớn tập trung ở các mạch nước ngầm.
Lithium dạng rắn
Hiện tại, lithium dạng rắn chiếm tới 23% trữ lượng trên thế giới. Lithium có mặt trong các loại đá granite trầm tích khác nhau như spodumene, lepidolite, amblygonit và Petit nhưng rất khó và tốn kém để tách lithium từ những nguyên liệu thô như vậy.
Trên thế giới, chỉ Mỹ và Trung Quốc là hai cường quốc có mỏ đá granite và hồ nước mặn chứa khoáng sản lithium. Các mỏ khoáng liti tương đối nhỏ đã được tìm thấy ở Nga, Phần Lan, Bồ Đào Nha và một số nước châu Phi. Gần đây, trầm tích spodumene đã được phát hiện ở Bồ Đào Nha, trong đó tỷ lệ liti oxide có thể lên tới 5%.
Ngoài khai thác, việc tái chế pin lithium-ion đã qua sử dụng cũng được chú trọng và nghiên cứu. Năm 1992, Công ty Rockwood Lithium của Mỹ đã tiên phong thực hiện ý tưởng tái chế pin lithium và hiện trở thành doanh nghiệp hàng đầu thế giới trong lĩnh vực này. Và tương lai sẽ cho phép tái chế hầu hết các loại pin. Tuy nhiên, trữ lượng lithium trên thế giới quá lớn và trong khi lượng pin lithium đã qua sử dụng quá rải rác, nên việc khai thác kim loại từ tự nhiên dễ dàng hơn nhiều, so với việc tiêu tốn chi phí và công sức cho tái chế.
Từ nguyên liệu thô đến thành phẩm
Trước khi lithium trở thành một phần của pin, nó phải trải qua quy trình tách xuất và xử lí phức tạp. Đầu tiên, người ta sẽ sử dụng amoni bicacbonat để gạn lọc 99,8% liti khỏi nước muối ở dạng cacbonat.
Và nếu nồng độ của các hợp chất liti quá thấp, các nhà khoa học đã phát triển các phương pháp hấp thụ chọn lọc chất rắn, bằng một hợp chất trao đổi ion đặc biệt chỉ hấp thụ các ion Li + trong dung dịch.
Sau khi xử lý sơ bộ nguyên liệu thô, bước tiếp theo là điện phân tách kim loại nguyên chất. Quá trình tinh chế cuối cùng của lithium được thực hiện bằng cách chưng cất trong điều kiện chân không ở nhiệt độ khoảng 550 ºС.
Các khoáng chất chứa liti cứng trong granit khó xử lý hơn nhiều. Phương pháp phổ biến nhất để xử lý sơ cấp các khoáng chất rắn liti là nghiền đá trầm tích cơ học được làm ẩm bằng các loại dầu đặc biệt.
Ứng dụng trong nhiều ngành
Khi các hợp chất liti được thêm vào thủy tinh, các sản phẩm làm từ nó trở nên kháng hóa chất, kháng truyền bức xạ tia cực tím và hồng ngoại - một đặc tính quan trọng trong quân sự. Nếu muối liti thêm vào các sản phẩm sứ sẽ có được đồ sứ cao áp và chịu nhiệt độ cao.
Nếu không có các hợp chất liti, con người khó có thể làm chủ được độ sâu của biển và không gian bên ngoài. Hợp chất lithium peroxide được sử dụng trong các hệ thống làm sạch không khí trên tàu ngầm và tàu vũ trụ có người lái. Trong năng lượng hạt nhân, liti được sử dụng trong sản xuất chất làm mát các lò phản ứng.
Lithium là thành phần chính của pin cho xe điện, đã trở thành “nguồn xăng mới” cho tương lai. Các nhà khoa học còn coi lithium là nhiên liệu tên lửa tiềm năng. Khi đốt cháy hợp chất Liti nguồn năng lượng được giải phóng lên đến 1000 Kcal, trong khi dầu hỏa thông thường chỉ tạo ra 2 Kcal. Do đó, các hợp chất liti rất có thể là chất oxy hóa tuyệt vời của nhiên liệu tên lửa.
Sự gia tăng tiêu thụ lithium trong ngành công nghiệp quân sự có nhiều lý do. Thứ nhất, hiện tại chỉ có pin lithium-ion có thể lưu trữ lượng điện năng lớn, trong một thiết bị có kích cỡ nhỏ. Thứ hai, quân đội hiện có xu hướng không ngừng phát triển các thiết bị sử dụng năng lượng, mà hiện mới chỉ có các loại pin thường đáp ứng nhu cầu. Thứ ba, các thiết bị quân sự hạng nặng cũng đang dần được chuyển sang động cơ truyền động hybrid, đòi hỏi lưu trữ năng lượng vì đốt nhiên liệu hydrocacbon.