Нет сомнений в том, что в ближайшие годы нам понадобится много лития. Растущий рынок электромобилей, а также новые бытовые накопители энергии и крупномасштабные аккумуляторные фермы, а также отсутствие в настоящее время какой-либо технологии, более удобной для хранения, чем литий-ионные батареи, дают будущее накопления энергии в руках всего нескольких мест по всему миру. мир, где добывается щелочной металл.
В начале этого десятилетия исследователи из Мичиганского университета прогнозировали рост спроса на литий до 2100 года. Это очень много, вероятно, где-то между 12 и 20 миллионами метрических тонн, но те же ученые, как и другие, на По оценкам USGS и других источников, глобальные депозиты значительно превышают эти цифры. Проблема заключается не в наличии лития на Земле, а в том, чтобы быть в состоянии добраться до него. Согласно исследованию USGS, проведенному в 2016 году, большая часть того, что мы используем в настоящее время, поступает из нескольких источников, в основном в Чили и Австралии, которые производят 75 процентов лития, используемого в мире, а также в Аргентине и Китае.
Стремясь решить эту проблему, Стэнфордские геологи отправились на поиски новых источников металла. Они знали, что это происходит из вулканической породы, и поэтому они пошли к самым большим вулканам, которые они могли найти: Супервулканы, которые выглядят не как гора с дырой в ней, а большая, широкая, похожая на котел кальдера, где происходит крупное извержение. произошло миллионы лет назад. Там они увидели высокие концентрации лития, содержащегося в вулканической глине, называемой гекторит. Геологи уже в целом знали, что литий произошел из вулканических пород, но команда из Стэнфорда смогла измерить его в неожиданных местах и количествах, открывая более широкий круг потенциальных мест.
«Оказывается, на самом деле вам не нужны сверхвысокие концентрации лития в магме», - говорит Гейл Мэйстис, профессор геологии в Стэнфорде и автор исследования в Nature Communications, об открытии. «Многие из вулканов, извергнутых в западной части США, будут иметь достаточно лития для создания экономического месторождения, если извержение достаточно велико… и до тех пор, пока [это] создает ситуацию, в которой вы можете сконцентрировать выщелоченный литий скал. "
Литий добывают из этих белых камней, которые являются кальдерными озерными отложениями. (Том Бенсон) В настоящее время большая часть используемого нами лития поступает из литиевого рассола - соленых грунтовых вод, загруженных литием. Вулканические породы отдают свой литий, поскольку дождевая вода или горячая гидротермальная вода вымывает его из них. Он спускается вниз к большим геологическим бассейнам, где земная кора фактически тянется и прогибается. Когда это происходит в особенно засушливых регионах, вода испаряется быстрее, чем она может накапливаться, и вы получаете все более и более плотные концентрации лития. Вот почему лучшие месторождения лития до сих пор были в таких местах, как долина Клейтона, Невада и чилийская пустыня Атакама. Он консолидируется в жидком рассоле под сухой поверхностью пустыни, который откачивается из земли, конденсируется в испарительных бассейнах и извлекается из рассола на химических заводах.
ЛиАнн Мунк, геолог из Университета Аляски, годами работала над разработкой «геологического рецепта» условий, в которых образуется литиевый рассол, и ее команда была первой, кто описал эту модель месторождения руды - вулканическое воздействие, тектоническая структура, засушливый климат и т. д. Ее работа, которая часто сочетает ее с Геологической службой США, была сосредоточена на рассоле.
Но рассол - это только один из способов обнаружения лития. Хорошо известно, что металл можно найти в твердой породе, называемой пегматитом, и в гекторите. Гекторит - это не глина, которую вы использовали бы для приготовления горшка, а высушенное слоистое белое пепельное вещество, которое образовалось в результате гидротермального воздействия после извержения вулкана. Глина поглощает и прикрепляет литий, который вымылся из вулканической породы. Поскольку эти вулканы старые - возможно, наиболее заметным из них является вулканическое поле МакДермитт в 16 миллионов лет в Кингс-Вэлли, штат Невада, - земля изменилась, и глина часто встречается не в бассейне, а на открытом высокие пустынные горные хребты.
«[Mahood и ее команда] определили, как литий содержится в этих вулканических породах с высоким содержанием кремния», - говорит Мунк. «Это помогает нам лучше понять, где находится литий на Земле. Если мы не до конца понимаем это, нам трудно сказать, сколько лития у нас есть, и сколько лития мы действительно можем извлечь. Они помогли продвинуть понимание того, где в коре существует литий ».
Другие местоположения, идентифицированные группой Mahood, включают Сонору, Мексику, кальдеру Йеллоустона и Пантеллерию, остров в Средиземном море. Каждый из них показал различные концентрации лития, которые исследователи смогли соотнести с концентрацией наиболее легко обнаруживаемых элементов рубидия и циркония, а это означает, что в будущем они могут быть использованы в качестве индикаторов при поиске дополнительного количества лития.
Но это больше, чем просто поиск богатых литием участков супервулканов. «Проблема сейчас заключается в том, что на самом деле не существует существующей технологии в достаточно больших масштабах, чтобы фактически добывать литий из глин, которые экономичны», - говорит Мунк. «Это может произойти в будущем».
Mahood признает это. «Насколько мне известно, люди не разработали процесс промышленного удаления лития из гекторита», - говорит она. «Ирония всего этого в том, что гекторит сейчас добывается, но на самом деле он не добывается для лития. Для этого они добывают гекторит как глину, а гекторитовые глины обладают необычными свойствами в том, что они устойчивы к очень высоким температурам. Таким образом, сейчас на месторождении в Королевской долине ведется разработка специальных буровых растворов, которые используются в газовой и нефтяной промышленности ».
Но добывать литий из рассола также дорого, особенно в том количестве, в котором оно требуется для пресной воды в местах, где воды не хватает. Возможно, есть много лития, говорит Mahood, но вы не хотите, чтобы все происходило из одного источника. «Вы хотите, чтобы это происходило из разных мест с точки зрения как стран, так и компаний, - говорит она, - чтобы вы никогда не становились заложниками практики ценообразования в одной стране».
