Литий or лития сточных водах

Литиевая лихорадка

На солончаке Салар-де-Атакама ничего не растет. Дно высохшего озера в Чили, в 1100 км к северу от Сантьяго, — одно из самых сухих мест на земле, уровень осадков здесь редко превышает несколько миллиметров в год. Над этой пустыней, расположенной на высоте 2250 м над уровнем моря и усыпанной, как навозными лепешками, грязными соляными глыбами, всегда безоблачное небо, и солнце за несколько минут сжигает оголенные участки тела.

Люди держались бы подальше от этих мест, если бы не ценный рассол, пузырящийся под землей, на глубине 40 м. Извлеченный на поверхность, он напоминает слякотный, грязный снег. Но когда смесь прожаривается на солнце, жидкость испаряется, оставляя после себя желтоватую пленку, которую издали можно принять за оливковое масло. Мутный раствор содержит вещество, без которого современная жизнь невозможна, — литий. Самый легкий металл используется в аккумуляторных батареях для сотовых телефонов и ноутбуков. По данным Службы геологии, геодезии и картографии США, озерная котловина Салар-де-Атакама содержит 27% мировых запасов этого металла. Чили — Саудовская Аравия лития.

До недавних пор литий в небольших количествах закупали производители стекла, технических смазок и успокоительных средств. Но спрос резко увеличился, когда смартфоны BlackBerry и плееры iPod стали неотъемлемым атрибутом жизни среднего класса. В промежутке с 2003-го по 2007 год производители батарей удвоили потребление карбоната лития, основного сырья для литийсодержащей продукции.

Возможно, это только начало. Ставку на литий делают автомобилестроители, которые рассчитывают, что ионно-литиевые батареи позволят им отказаться от двигателя внутреннего сгорания. В 2010 году на рынок должен быть выпущен долгожданный гибридный Chevrolet Volt, который наряду с 1,4-литровым бензиновым двигателем будет снабжен ионно-литиевой батареей и сможет подзаряжаться от электросети. Mercedes планирует продемонстрировать гибридную версию седана S-Class в 2009 году и тоже полагается на ионно-литиевую технологию, которая обеспечивает большую дальность пробега на одном заряде батарей. Nissan в сотрудничестве с NEC намерен запустить в массовое производство ионно-литиевые батареи для гибридов.

Поскольку автомобильная батарея требует в сто раз больше карбоната лития, чем аккумулятор для ноутбука, «зеленая» автомобильная революция обещает превратить литий в один из стратегических ресурсов. Литиевая лихорадка гонит добывающие компании в самые далекие уголки земли: от высокогорных пустынь Чили и Боливии до северного Тибета. Геологоразведчиков не пугает, что из-за дороговизны и сложности ионно-литиевых батарей автомобильная промышленность откажется от их широкого применения. Они предпочитают верить более оптимистичным прогнозам. Кевин Маккарти, аналитик рынка химического сырья в Bank of America, ожидает, что по меньшей мере до 2012 года продажи карбоната лития будут расти на десятки процентов в год.

Это подстегивает интерес инвесторов к чилийскому производителю удобрений Sociedad Quimica y Minera de Chile S.A. (SQM), на долю которого приходится треть мировой добычи карбоната лития. За последние три года торгуемые на Нью-Йоркской фондовой бирже акции SQM выросли с $11 до $22. В первой половине 2008 года прибыль SQM удвоилась и достигла $191 млн при выручке $787 млн.

SQM контролируется Хулио Понсе Леру, возглавляющим чилийскую инвестиционную группу Pampa Calichera. Леру — бывший зять диктатора Аугусто Пиночета, который железной рукой правил Чили с 1973-го по 1990 год. Почти такой же, как у Леру, пакет акций SQM (32%) принадлежит канадской Potash Corp., но глава Pampa Calichera держит бразды в своих руках благодаря акционерному соглашению, которое он заключил с японской фирмой Kowa, владеющей 2% акций SQM. Другое дело, что сейчас Леру по уши в долгах: ему пришлось взять крупные кредиты, чтобы увеличить свою долю в Pampa Calichera, после того как в июле Standard & Poor’s поместила компанию в список Credit Watch с негативным прогнозом.

Мода на литий лишь отчасти объясняет интерес Potash к SQM. Чилийская компания получает 58% выручки от продажи удобрений и только 11% — от лития. Но инвесторы явно заинтригованы стремительно разворачивающейся активностью в пустыне Атакама. В Чили есть еще как минимум 10 солончаков, которые предстоит исследовать на предмет запасов лития. Если автопроизводители не ошиблись и потребители действительно готовы платить больше за автомобили на литиевых батареях, на SQM может пролиться золотой дождь.

Литиевая промышленность еще очень молода. Почти четверть мирового производства карбоната лития приходится на Китай, который недавно начал добычу на солончаке в Тибете. Это сразу повлияло на рынок. Выручка SQM от продажи лития упала в I квартале 2008 года на 10%, и компания обвинила в этом «растущее присутствие китайских производителей».

Литиевые поля SQM покрыты слепяще-белыми бугорками солоноватого хлорида магния; по ним, кажется, можно кататься на лыжах. Эти холмы — побочный продукт расположенного по соседству производства хлористого калия — отличное место для обзора литиевых бассейнов, которые протянулись до самых Анд. С вершины высокого холма видны десятки рукотворных бассейнов, каждый чуть больше хоккейной площадки.

Бассейны со свежедобытым рассолом имеют бирюзовый оттенок; другие, уже почти готовые для сбора урожая, ярко-желтые по краям. Человеческого вмешательства почти не требуется, всю работу делает солнце. Примерно год уходит на то, чтобы концентрация лития в растворе достигла 6%, после чего раствор увозят в автоцистернах на фабрику. Там его очищают и высушивают до получения кристаллов карбоната лития. Эти кристаллы гранулируют, чтобы получить чистый белый порошок, похожий на кокаин, и отправляют его производителям аккумуляторов.

Благодаря солнцу издержки SQM на производство карбоната лития не превышают $1260 за тонну. Отпускная цена доходит до $12 000 за тонну.

Производство лития не всегда было таким простым и дешевым. С начала 1950-х годов большую часть лития на мировые рынки поставляли из американского штата Северная Каролина, одно из основных месторождений находилось в городке Кингс-Маунтин. Мягкий металл, необходимый в производстве водородной бомбы, получали в лабораторных условиях из сподумена — минерала, используемого для изготовления ювелирных изделий. К середине 1970-х США выпускали около 2900 т лития в год.

Примерно тогда же химик из компании Exxon Стэнли Уиттингем разработал новую аккумуляторную батарею, в которой использовались ионы лития. В литии Уиттингема привлекла способность накапливать необычайно большую энергию на единицу объема, благодаря чему такие аккумуляторы идеально подходят для портативной электроники. Хотя Exxon не удалось внедрить эту технологию (Уиттингем не смог устранить риск возгорания аккумуляторов), проект показал, что со временем литию может найтись применение не только в гонке вооружений.

Компания Foote Mineral, контролировавшая шахту в Кингс-Маунтин, в предвкушении литиевого бума начала разведку на севере Чили. В 1975 году компания заключила соглашение с правительством Пиночета о разработке месторождения в Салар-де-Атакама и девять лет спустя начала добычу лития.

Осознав ценность солончака, правительство Пиночета провело тендер на право разработки остальной части Салар-де-Атакама. Его выиграла американская Amax, но разрабатывать месторождение не стала, в 1992 году уступив его компании, которой владел Леру.

К тому времени все было подготовлено для литиевого бума: Sony запустила первое поколение ионно-литиевых аккумуляторов для бытовой электроники. К концу 1991 года японская фирма выпускала 100 000 аккумуляторов в год. SQM начала продавать карбонат лития в 1996-м, и за несколько недель мировые цены на него упали на треть, до $2000 за тонну. Американская литиевая промышленность исчезла в мгновение ока. Цены восстановились только в 2002 году, когда мобильные телефоны и ноутбуки стали доступны миллионам потребителей. И с тех пор стабильно растут, особенно на так называемый аккумуляторный карбонат лития, порошок из мельчайших частиц с наименьшим количеством примесей. Производители стекла и керамики платят от $6000 до $7500 за тонну карбоната лития относительно грубой очистки. Спрос на качественное сырье растет на 20–25% в год. Главный вопрос — что произойдет, когда начнется массовый выпуск ионно-литиевых батарей для автомобилей?

Нынешние гибридные авто используют батареи на основе никеля. Почему литий лучше? Ионно-литиевая батарея накапливает вдвое-втрое больше энергии на единицу массы, чем никель-металлогидридная, отмечает Чарльз Гассенхаймер, директор нью-йоркской фирмы Ener1, которая приобрела бизнес по производству ионно-литиевых аккумуляторов Delphi Corp. (Ионно-литиевые батареи сильно отличаются от литиевых, которые не подзаряжаются и используются, например, в слуховых аппаратах.)

Chevrolet Volt от General Motors, компактный автомобиль стоимостью около $40 000, будет оснащен 180-килограммовым блоком ионно-литиевых батарей с запасом 16 кВт/×ч. Это 21 лошадиная сила в час. На первый взгляд немного, но предполагается, что Volt будет пробегать 64 км на батареях, прежде чем потребуется подзарядка от его компактного бензинового двигателя. При полном заряде от электросети автомобиль сможет проезжать 42 км на каждый литр бензина (если человек за рулем придерживается оптимального стиля вождения).

Другие автопроизводители, переживающие финансовые трудности, сосредоточились на чисто электрических автомобилях. В сентябре Chrysler объявил о разработке электрического Dodge, способного проходить 240 км без подзарядки. Tesla Motors недавно начала продажу электрического Roadster за $109 000. Автомобиль оснащен батареей из 6831 ионно-литиевого элемента.

Американский консорциум по разработке перспективных батарей, финансируемый детройтской «большой тройкой», отмечает, что ионно-литиевые батареи должны достичь емкости 40 кВт×/ч, прежде чем электромобили будут востребованы на рынке. Вопрос о массе карбоната лития на один кВт×/ч емкости остается дискуссионным, но самая распространенная оценка — 1,4 кг, что согласуется с расчетами Аргоннской национальной лаборатории. Иными словами, на один электромобиль потребуется 56 кг карбоната лития. В 2007 году было выпущено лишь 102 000 т карбоната лития и только четверть этого была использована в аккумуляторах всех типов. SQM предсказывает, что объем мирового производства достигнет 176 000 т к 2018 году, из них 10% пойдет на автомобильные батареи, что дает результат в 284 000 электромобилей (без учета гибридных автомобилей на ионно-литиевых аккумуляторах). Исследовательская фирма Freedonia Group прогнозирует, что в 2013 году в мире будет продано 4,5 млн автомобилей с гибридными двигателями. Налицо разрыв между этими цифрами.

Промышленных запасов лития на планете просто недостаточно для реализации амбициозных планов автопроизводителей, убежден основатель французской консалтинговой компании Meridian International Research Уильям Тахил. По его оценке, с экономически оправданными издержками можно добыть 4,4 млн т лития, эти запасы быстро исчерпаются, если литий станет ключевым элементом для автомобилей следующего поколения. Тахил скептически относится к данным SQM. Компания сообщает, что добыла 5,7 млн т лития в Салар-де-Атакама и исследовала лишь 45% площади озерной котловины. Но Тахил убежден, что легко извлекаемые запасы лития близки к исчерпанию.

Прогнозируемое Тахилом снижение добычи лития активно обсуждается поставщиками этого металла и автопроизводителями. Геолог Кит Эванс, работающий в литиевом бизнесе с 1970-х годов, в марте опубликовал возражение на критику Тахила. Эванс оценивает мировые запасы карбоната лития в 165 млн т. Если спрос, как ожидается, увеличится, выросшие цены сделают рентабельным получение лития из глины и сточных вод. «Это 33-й по распространенности элемент в мире, — говорит Гассенхаймер из Ener1. — Мы абсолютно уверены, что литий не иссякнет».

Toyota настроена не так оптимистично. Японская компания изначально планировала использовать ионно-литиевые батареи на Prius 2009 года, но решила отказаться от них в пользу никель-металлогидридных. «Лития просто не хватит, чтобы поддерживать экспоненциальный рост производства батарей для потребительской электроники и удовлетворять высокий спрос на автомобильные батареи», — говорит Джейси Читвуд, менеджер американской группы Toyota по передовым технологиям.

Toyota скептически относится к долгосрочным перспективам ионно-литиевой технологии. Билл Райнерт, возглавляющий группу по передовым технологиям в США, предсказывает, что ионно-литиевые батареи будут популярны примерно десять лет, после чего автомобильная промышленность переключится на более легкие и доступные решения, возможно, топливные элементы или еще не открытые типы аккумуляторов. «Если люди хотят иметь автомобиль, который в автономном режиме проезжает 320 км и стоит дешевле $ 100 000, литий не годится, нужно что-то другое», — говорит Райнерт.

«С нашей точки зрения, ионно-литиевые батареи пока не подходят для широкого применения», — заявил в марте прошлого года президент Honda Такэо Фукуи в интервью Automotive News. Honda Insight 2010 года, еще один ожидаемый гибрид, будет оснащен обычной никель-металлогидридной батареей.

И все же спрос на карбонат лития будет загонять шахтеров во все менее пригодные для жизни места. FMC, наследник Foote Mineral, добывает литий на солончаке с устрашающим названием «Мертвец» (Салар-де-Омбре-Муэрто) в горах на северо-западе Аргентины. Самое заманчивое месторождение на континенте — Салар-де-Уйюни на северо-западе Боливии. Здешняя котловина, как считается, содержит больше лития, чем Атакама. В сентябре 2008-го инвестиционная компания, контролируемая французским промышленником Винсеном Боллоре, объявила о планах по добыче лития в Боливии. Литий будет использоваться для выпуска BlueCar — электромобиля, который Боллоре разрабатывает совместно с итальянской мастерской автомобильного дизайна Pininfarina. Но минеральный раствор под поверхностью Салар-де-Уйюни испорчен большим содержанием магния, его очистка обойдется недешево.

SQM уповает на то, что Chevy Volt станет бестселлером. Чилийская фирма запустила новую рекламную кампанию под слоганом «Литий — путь в будущее». Но Toyota и другие автопроизводители, похоже, на пути к экологичному будущему проедут мимо ионно-литиевой технологии.

Источник

Литий в питьевой воде: как очистить

Химический элемент литий принадлежит к группе щелочных металлов и большинству людей известный тем, что входит в состав аккумуляторов для телефонов, инструментов и другой техники. Широкое использование лития в промышленности определяет тот факт, что значительная часть металла попадает в отходы, а оттуда в водоемы и даже подземные водоносные горизонты. Как и любой другой щелочной металл, литий химически активный, но по сравнению с натрием и калием значительно меньше. В воде литий может находиться в ионизированном состоянии (Li + ) или в составе гидроксидов, гидратов и других соединений, в зависимости от химических свойств среды.

Питьевая вода с литием

Если содержание лития в питьевой воде не превышает нормы, то такая вода даже полезна для организма. Медициной доказано, что вода с содержанием лития положительно сказывается на здоровье человека. В частности, металл снижает риск поражения болезнью Альцгеймера, облегчает состояние депрессии, помогает в регулировке работы эндокринной системы, устранении аллергических реакций. Также литий помогает бороться с последствиями действия этилового спирта. Но все положительные свойства лития можно реализовать только в случае, если в воде он находится в определенной концентрации.

При повышенном содержании лития, вода становится опасной.

Норма по литию в воде

В тканях человеческого тела постоянно находится около 69 — 71 мг лития. В виде водного раствора норма потребления лития составляет 65 — 105 мкг в сутки. Значительная часть металла поступает с пищей, лития много в помидорах, печени, картофеле, молочных продуктах, мясе, рыбе, яйцах. Это основные продукты из рациона человека, поэтому количество лития в воде желательно ограничить.

Допустимое количество лития (ПДК) в питьевой воде — не более 0,03 мг/л. Но не всегда это показатель соблюдается, особенно в водопроводной воде в больших городах. Предельная норма лития в воде определена в 90 — 200 мкг, граница, за которой возникает прямая опасность для здоровья, — 600 мкг/сутки. При попадании в организм взрослого человека около 200 мг лития возникает угроза токсического поражения. Такой широкий диапазон установлен по той причине, что воздействие металла на организм зависит от возраста человека, его массы, состояния здоровья, рациона. Желательно, чтобы концентрация лития не приближалась даже к нижней границе. По своей опасности, литий отнесен ко второму классу веществ — высокоопасные.

Влияние повышенной концентрации лития на организм человека

Как и любое лекарство, литий в небольшом количестве полезен для организма, а в избыточном — превращается в яд. Вред от избытка лития проявляется в:

• мышечной слабости;
• частых головокружениях;
• ухудшении зрения;
• снижении артериального давления;
• нарушении работы щитовидной железы;
• дерматитах;
• диареи и других нарушениях работы ЖКТ.

Гастроэнтерологи и врачи других специальностей рекомендуют систематически проверять воду на уровень концентрации щелочных металлов, в частности лития, и доступными методами снижать превышение по литию в воде до допустимых норм.

Как узнать, что вода содержит литий

В домашних условиях обнаружить повышенное содержание лития в питьевой воде невозможно. Для этого необходим количественный химический анализ, который производится только в условиях специально оборудованных лабораторий. Определение лития в воде осуществляется с помощью методики капиллярного электрофореза и различных весовых техник. Важен также этап отбора проб, вода должна поступать на анализ только отобранная по специальной технологии по всем правилам, которые знают только специалисты.

При подозрении на избыток лития и других щелочных металлов в водопроводной воде, желательно обратится в одну из специализированных лабораторий и заказать анализ. Затем, исходя из результатов, приступать к очистке воды от лития или оставить все как есть. Некоторое количество металла в воде, как утверждают медики, полезно и, даже, необходимо.

Способы удаления лития из воды

Сразу же необходимо сказать, что бытовые фильтры и ионизаторы, в том числе с использованием ионов серебра, для очистки воды от лития бесполезны. Также не помогают промышленные установки для дехлорирования и дезинфекции воды, которые используются на водоочистных станциях. Единственный действенный способ убрать литий из воды — обратный осмос.

Этот метод очистки питьевой воды от лития начал активно использоваться в 70-е годы прошлого столетия. Сначала обратный осмос применялся для опреснения морской воды, затем сфера использования расширилась на производство чистых медицинских растворов, пищевую промышленность, водоподготовку в системах водоснабжения городов.

Также разработаны установки обратного осмоса для локального использования, в многоквартирных домах, коттеджах, квартирах, лабораториях.

Как убрать из воды литий с помощью обратного осмоса

Суть способа очистки воды от лития состоит в том, что через полунепроницаемую мембрану из специального пористого материала прокачивается вода с растворенными в ней веществами. Капилляры мембраны пропускают частицы размером не более 0,001-0,0001, то есть, молекулы лития и других щелочных металлов, а также ряд других примесей проникнуть за мембрану не могут. Обратный проток воды невозможен — внутриканальное сопротивление протоков мембраны очень высокое и требует определенного давления.

Степень очистки воды методом обратного осмоса очень высокая. В отдельных случаях полученную жидкость рекомендуется минерализировать, растворяя в ней специальные таблетки с точно дозированным составом микроэлементов. Очищенная от лития вода может использоваться без ограничений для питья и приготовления пищи.

Установки обратного осмоса для удаления лития из воды широко применяются на различных предприятиях и производствах, в муниципальном и городском водоснабжении, водоснабжении многоквартирных домов и коттеджных поселках. В частных и загородных домах возможно установить обратный осмос на питьевой кран.

Мы знаем, как удалить литий из воды

У нас вы можете узнать, как очистить воду от лития, а также приобрести оборудование для снижения повышенного содержания лития в воде. В ассортименте товаров — сертифицированные фильтры различной мощности. Вы найдете как рассчитанные на подключение к системе водоснабжения многоквартирных домов, так и небольшие, для монтажа непосредственно в квартире. Индивидуальные установки обратного осмоса очень компактные — их можно установить под раковиной на кухне. Все расходные материалы также можно купить у нас. На все оборудование для воды с высоким содержанием лития установлена гарантия производителя.

Источник