Литий в нашей стране перестали добывать в 1997 году. С тех пор произошёл резкий скачок потребления этого металла, и на фоне сложной геополитической ситуации в России вновь назрела нужда в собственном производстве.
Поскольку добычу и переработку придётся запускать с нуля, технология получения лития должна обеспечивать капиталоёмким литиевым проектам оптимальные технико-экономические и экологические параметры. Тогда российский литий сможет успешно конкурировать с зарубежной продукцией и за счёт экспорта принесёт инвесторам большую отдачу от участия в проектах.
Российская сырьевая база позволяет производить больше лития, чем потребляет внутренний рынок, ведь на долю нашей страны приходится порядка 10% общемировых запасов. Дело за эффективными технологиями его извлечения, и перспективные наработки в этой области уже имеются.
Самый лёгкий металл востребован во многих отраслях промышленности. Согласно расчётам Института статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ, среди основных направлений применения лития на первом месте находятся литий-ионные аккумуляторы для портативной электроники, электротранспорта и крупные стационарные системы накопления электроэнергии.
Также литий активно используется в производстве керамики и стёкол. На металлургических предприятиях его добавляют в целый ряд сплавов. В частности, литий-алюминиевые сплавы применяют в аэрокосмической промышленности.
В автомобиле- и судостроении, тяжёлом машиностроении широко используются литиевые смазки. Литий также востребован в стоматологии как компонент стеклокерамики для восстановления зубов и изготовления зубных протезов. Он необходим в производстве некоторых лекарств, пластмасс, стройматериалов, в системах очистки воздуха.
С начала 40-х до середины 90-х годов прошлого века наша страна добывала литий на единственном в СССР Завитинском месторождении в Забайкальском крае. Когда работа предприятия была остановлена, Россия стала импортировать литиевый концентрат. В последние годы технологическому суверенитету страны уделяется большое внимание, и на первый план вышла задача обеспечения собственным сырьём.
Выпуск литиевой продукции в России растёт: так, производство оксидов и гидроксидов лития из импортного сырья за 2017–2021 годы увеличилось в 2 раза, до 10,7 тыс. т, отмечалось в госдокладе Роснедр и Минприроды о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов РФ за 2022 год.
В 2024 году РФ включила литий в перечень дефицитного сырья. По оценкам международных и российских экспертов, которые приводило в 2024 году Минприроды, к 2030 году потребление лития увеличится в семь раз. А к 2050 году потребности мировой и российской экономики в литии вырастут в 80 раз — такая динамика заложена в Стратегии развития минерально-сырьевой базы РФ.
Эта тенденция имеет глобальный характер. В связи с бурным ростом производства электромобилей и распространением портативных источников энергии мировой промышленности требуется всё больше лития. За последние несколько лет его добыча росла на 20-30% в год, пояснил ТАСС главный научный сотрудник Центра стратегической аналитики и больших данных ИСИЭЗ, профессор департамента бизнес-информатики ВШБ НИУ ВШЭ Михаил Комаров. По оценкам эксперта, к 2030 году рынок лития покажет трёхкратный рост.
Чтобы обеспечить внутренний спрос на литий и в долгосрочной перспективе выйти на стабильные объёмы экспорта, необходимо развивать глубокую переработку дефицитного сырья и создавать технологии производства полного цикла.
Первопроходцами на пути создания российского производства лития стали три проекта, которые готовятся к запуску на крупнейших месторождениях сподуменовых руд в Мурманской области и в Тыве.
АО «Арктический литий» (совместное предприятие ООО «ТД Халмек» и АО «ХМЗ») приступает к опытно-промышленной разработке Полмостундровского месторождения в Мурманской области. До 2030 года на месторождении должен быть построен ГОК годовой производственной мощностью 200–240 тыс. т сподуменового концентрата с содержанием оксида лития 6%. Его будут перерабатывать завод «Халмек» в Тульской области и красноярский ХМЗ.
Принадлежащее «Росатому» и «Норникелю» ООО «Полярный литий» готовит к началу промышленной отработки Колмозерское месторождение в Мурманской области. В 2030 году годовая мощность переработки составит 2 млн т руды, производство сподуменового концентрата достигнет 350 тыс. т в год. Этот проект по добыче стратегического сырья не обошли вниманием США, в январе 2025 года внеся предприятие в санкционный список.
Также в 2030 году компания «Эльбрусметалл-литий» планирует ввести в строй горно-обогатительный комплекс на Тастыгском месторождении лития в Тыве.
Ещё один литиевый проект с российским участием появится в Боливии. В сентябре 2024 года «Росатом» заключил контракт с боливийской госкомпанией YLB по совместной добыче и производству карбоната лития на литиеносном солончаке Уюни. Производство достигнет максимальной мощности в 14 тыс. т карбоната лития в год в 2027 году.
Литий в России содержится в различных источниках: это минеральные руды, гидроминеральные и геотермальные рассолы, солёные озёра, техногенные, нефтяные, конденсатные рассолы и отработавшие аккумуляторы.
Президент РХО имени Д. И. Менделеева, академик РАН Аслан Цивадзе в своём докладе о технологиях переработки редкометаллического сырья на 22-м Менделеевском съезде по общей и прикладной химии выделил четыре основные технологии получения лития из различных сырьевых источников: классические (галургическая, осадительная, сорбционная) и передовая экстракционная технология. Она имеет существенные преимущества перед другими, подчеркнул г-н Цивадзе.
По его словам, экстракционная технология отличается высокой производительностью и степенью извлечения лития при минимальных потерях, небольшими масштабами производства, возможностью полной автоматизации процесса, высокой ёмкостью и высоким ресурсом экстрагента, низкой энергоёмкостью. Поэтому общемировая тенденция развития технологий добычи лития направлена на внедрение экстракционных процессов — создание экстракционных или комбинированных технологий (например, сорбционно-экстракционных), пояснил учёный.
До недавнего времени экстракционная технология не применялась, поскольку отсутствовали селективные экстрагенты. В последние годы поиск таких растворителей ведут во всём мире.
Российские химики начали исследования в области извлечения лития в 2020 году в рамках крупного проекта Минобрнауки. Учёные обнаружили, что в качестве селективного экстрагента можно использовать производные салициловой кислоты. По словам г-на Цивадзе, эти вещества показали очень серьёзные результаты при разделении лития, натрия и калия.
К настоящему моменту в Институте физической химии и электрохимии Российской Академии наук (ИФХЭ РАН) под руководством академика РАН Аслана Цивадзе разработан ряд новых высокоэффективных литий-селективных экстракционных систем. Комбинация этих систем позволяет извлекать литий из всех существующих источников с содержанием полезного компонента не менее 20 мг/л.
Первые научные работы о новом открытии были опубликованы в 2022 году, тогда же команда проекта оформила патент на свою разработку. Дальнейшие исследования направлены на усовершенствование технологии.
В своей работе учёные использовали самые малопроизводительные экстракторы — 10 л/ч. Даже такое оборудование позволяет масштабировать технологию, получать опытные партии, рассчитывать технико-экономические показатели и экологические параметры будущего производства.
Авторы технологии ИФХЭ РАН доказали эффективность применения своих разработок к таким источникам лития, как:
Чистота получаемых литиевых продуктов составляет 95%—99,97%, степень извлечения достигает 98%, подчеркнул президент РХО имени Д. И. Менделеева. В отличие от классических технологий, в новой системе полностью исключены процессы карбонатного осаждения, мембранного или электрохимического концентрирования, сведены к минимуму процессы упаривания.
Есть и ещё одно важное преимущество в сравнении с прежними методами. Если на месторождении нельзя построить предприятие полного цикла переработки, там можно организовать мобильный пункт экстракционного концентрирования и очистки литиевых рассолов (до 212 кг/куб. м по хлориду лития, до 272 кг/куб. м по сульфату лития). Затем полупродукты будут доставляться на завод, где из них получат конечную продукцию.
Основные балансовые запасы лития в России заключены в рудных месторождениях. При этом в последние годы значительно вырос интерес к получению литиевого сырья из гидроминеральных источников. Также немалое количество лития содержится в отработанных аккумуляторах. Современная экстракционная технология промышленной переработки применима ко всем типам литийсодержащего сырья.
Как пояснил в своём докладе г-н Цивадзе, из руды литий извлекают следующим образом. Сподуменовый концентрат проходит шихтование и сульфатное выщелачивание, затем щелочную обработку (на этом этапе образуется смесь гидроксидов, в том числе редкоземельных элементов). Конечная стадия процесса — жидкостная экстракция лития с получением соединений лития высокой степени чистоты.
Литий из природных и нефтяных рассолов получают тем же путём, минуя стадию растворения/выщелачивания. Сначала из исходного сырья выделяются бром и йод. Следующий этап — это экстракционное выделение лития с получением рассола хлоридов магния, кальция, стронция, бария и железа, для которого возможна побочная переработка при экономической целесообразности.
Далее происходит экстракционная очистка и концентрирование лития с получением концентрата хлорида натрия и калия. Затем путём анионного обмена происходит перекристаллизация полученного продукта, в результате образуются соединения лития высокой степени чистоты.
Ещё одна сфера применения экстракционной технологии — выделение лития и других полезных компонентов из отработавших свой ресурс литиевых аккумуляторов. Для этого отходы в первую очередь разряжают и измельчают, потом направляют их на физическую сепарацию, где отделяются пластик, сталь, медь и алюминий. После этого происходит кислотное выщелачивание с отделением графита, затем — жидкостная экстракция чёрных и цветных металлов (соединений никеля, кобальта, марганца и железа).
Далее методом жидкостной экстракции извлекается литий из натриевых и калиевых растворов. Последний этап переработки — получение соединений лития высокой степени чистоты. Как подсчитали разработчики технологии, из 1 т отработанных литий-кобальтовых аккумуляторов (LCO) можно извлечь 220 кг карбоната лития, 730 кг сульфата кобальта, 220 кг графита, 180 кг меди и алюминия.
Эффективные технологии переработки сырья разных типов — ключевой фактор реализации российских литиевых проектов. Результаты многолетних изысканий отечественной химической науки получат промышленное воплощение уже в ближайшие годы.
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.