‘壹’ 我国锂矿的分布特征
【国外锂矿资源】世界锂资源极为丰富,据美国地调局1999年统计报道,按Li20计,全球已查明的锂资源储量730万吨,储量基础2020万吨(不包括中国、俄罗斯、阿根廷、纳米比亚、葡萄牙等国)。
锂矿资源可分为矿石锂和卤水锂两种类型。主要赋存于盐湖卤水和花岗伟晶岩矿床中,其中盐湖卤水锂占世界锂储量的66%和储量基础的80%以上,目前已成为世界锂的主要来源。
【我国锂矿资源】我国锂资源丰富,矿床类型分为内生矿床、外生矿床及少数的粘土型矿床、古岩盐矿床和油气田卤水矿床。内生矿床有花岗岩型、伟晶岩型、气成——热液型和热液型;外生矿床以第四纪盐湖卤水矿和地下卤水矿为主。当前具工业意义和潜在工业意义的矿床是伟晶岩型、花岗岩型和盐湖卤水型。
我国伟晶岩型锂矿多见于地槽褶皱带和地台区隆起与坳陷的过渡带,与矿床有关的岩体主要为海西期、燕山期花岗岩。矿床由成群成带的伟晶岩脉组成,脉体往往具有对称性和同心状矿物共生组合的结构分带特征。矿床以锂铍为主,伴生铌钽铷铯等。锂矿物为锂辉石,也有锂云母及铁锂云母。矿石品位以0.8%~1.4%(Li2O)居多,矿床规模以大中型为主,一直作为我国锂矿的主要开采对象。这类矿床主要分布在新疆、四川、河南、湖南,福建也有产出。值得指出的是,在新疆阿勒泰、川滇西部、西昆仑和东秦岭广大地区都有较大的寻找锂矿潜力。
花岗岩型锂矿,也是国内正在开发利用的类型,矿石类型为锂云母。江西宜春414矿是该类型矿床的典型代表。该矿位于华南褶皱系武功山隆起区,矿体赋存于燕山期花岗岩株的顶部,由全风化、半风化和原生矿三种类型组成,以原生矿为主。矿石矿物有钽铌锰矿、细晶石、含钽锡石和锂云母,钽为主要矿产,锂为伴生矿,Li2O品位较低(平均0.392%),但矿床规模大,易采选。这类矿床目前仅见于江西,但在南岭广大地区仍有一定的找矿远景。
盐湖卤水矿床,主要产于我国青藏高原。锂矿为现代盐湖型液体矿,赋存于盐湖的晶间卤水、孔隙卤水和湖表卤水中,以锂为主的矿床含锂品位较高,LiCl含量2.2~3.1g/L,并共生钾、镁、硼、盐矿等,如青海台吉乃尔盐湖,是我国最大的以锂为主的盐湖卤水矿床。与钾、镁盐及硼矿伴生的锂矿,含锂品位较低,但储量巨大。藏北高原是我国另一大盐湖区,已初步查明有大量含锂盐湖,是我国卤水锂资源重要的成矿远景区,特别值得提出的是藏北扎 布耶盐湖,其储量巨大,品位亦高(金属锂1g/L),而且Mg/Li比值较低,是一个很有价值的优质锂矿资源,可以说扎布耶盐湖的开发利用将对我国21世纪锂工业发展有直接的影响。
‘贰’ 锂辉石(Spomene)、锂云母(Lepidolite)
一、概述
锂是最轻的金属,具有很强的化学活泼性,是典型的亲石分散元素,它的地质丰度为20×10-6。自然界含锂矿物共有100多种,目前工业上应用的锂矿物只有5种,即锂辉石、锂云母、透锂长石、磷锂铝石和铁锂云母。而锂辉石、锂云母是目前固体锂矿的主要来源。锂辉石、锂云母既是提炼锂的主要矿物原料,也是玻璃、陶瓷、化工工业中的优质物料,其中色泽美丽者可做宝石。
二、矿物性质
锂辉石属单斜晶系,集合体呈粒状或板状,白色—灰白色,玻璃光泽,硬度6~7,密度3.1~3.2g/cm3。锂云母属单斜晶系,集合体呈鳞片状,紫色或黄绿色,玻璃光泽,硬度2~3,密度2.8g/cm3。
锂辉石的化学分子式为 LiAl[Si2O6],含 LiO28.1%。锂云母的化学分子式为 KLi1.5Al1.5[AlSi3O10](F,OH)2,含LiO21.23%~5.9%。
三、用途
锂辉石、锂云母的主要用途有:
1)提炼金属锂。锂辉石和锂云母是提炼锂金属的主要原料,用碳酸法提取制成碳酸锂时,还可综合回收锂、铷、铯。
2)作陶瓷原料或陶瓷原料的添加剂。可以制造耐高温、不膨胀的特种陶瓷,提高强度,降低烧成温度,缩短烧成周期,节约能耗20%。
3)作玻纤的添加剂,可降低玻璃液的黏度。
4)作特种玻璃如显像管、工艺品的添加剂,可降低熔化温度,提高产品质量。
5)结晶良好的锂辉石是宝石材料,而色泽艳丽的锂云母块状集合体是工艺雕刻材料,这类玉石总称为紫丁香。
四、地质特征
我国锂资源有两大主要类型。一种是赋存于第四纪盐湖内的晶间卤水,湖水中的液体矿用其提取锂和锂化合物的生产工艺已经突破,很有资源潜力。另一种就是本文涉及的固体矿产,如锂辉石、锂云母等。
根据固体锂矿床(点)产出的地质条件、矿床地质特征、岩浆分异演化规律和矿床的工业应用价值,我国固体锂矿床划分为三种成因类型,即稀有金属花岗伟晶岩型、花岗岩型、花岗细晶岩型。从储量、品位、工业应用价值看,花岗伟晶岩型最为重要,花岗岩型次之,花岗细晶岩型目前工业上暂不能利用。
花岗伟晶岩型矿床主要赋存于伟晶岩脉体中。含矿脉体存在两种产状。一种产于与之有关的花岗岩体接触带几百米至几千米范围内,属于岩浆期后分异气成阶段D-E相(600~500℃)的产物。含矿脉体一般成群出现,沿接触面方向呈雁形排列,分带特征一般,矿化均匀有规律。矿石粗粒似伟晶结构,块状结构。矿石矿物组合有锂辉石、锂云母、石英、钠长石、绿柱石、铝钽钛矿等。如四川可尔因、江西石城、福建南平等矿床。另一种产于区域变质岩地区,受区域构造和次级构造控制明显,周围虽有同期或不同期的花岗岩体,但对伟晶岩的形成和分布没有直接的控制作用。一般脉体内分带性较好,矿体就位于中间带,即石英锂辉石带和锂云母钠长石带中。矿体规模不大,但矿化好、品位高。矿石按工业类型可分为锂辉石-钽矿型和锂云母-钽矿型。矿物组合前者为锂辉石、石英、少量锂辉石和微斜长石。
花岗型矿床赋存于燕山早中期酸性花岗岩体内,含矿岩体一般呈岩株、岩墙、岩枝、岩脉、岩盖等形式产出。岩体规模不一,出露面积最大者达9.5km2,最小者仅有2km2。围岩主要为浅变质砂岩、板岩、长石砂岩等,围岩蚀变较弱。含矿岩体具有明显的垂直分带现象,自岩体中心至外边缘可分为粗粒黑云母花岗岩带、中粗粒云母花岗岩带、细粒少钠长石锂云母花岗岩带、细粒钠长石锂云母带。各带之间呈渐变过渡关系。矿体赋存于岩体外侧边缘分异带中。矿石为鳞片粒状结构,块状构造,有时见钠长石化和云英岩化交代作用。矿石矿物主要有锂云母、锂白云母、石英、钾长石、斜长石等。
花岗细晶岩型矿床赋存于燕山中期晚阶段的细晶岩脉体中,围岩为燕山期黑云母花岗岩、似斑状花岗岩。细晶岩单脉体最长800 m,最短150 m,平均脉宽4~6 m,脉带总长大于7500 m,向下延伸大于300 m,在走向上有分枝复合和膨缩的现象,向深部有变窄变尖的趋势。矿石矿物主要有锂云母、锂铯云母、石英、钠长石、钾长石,副矿物有铌钽铁矿、含铌钽锡石、黄玉等。块状构造,斑状结构,基质为显微鳞片粒状变晶结构。
该矿床特点是整体矿区中的细晶岩脉体即为铌、钽、锂、铷、铯矿体,前人经对原矿实验,证明锂、铷、铯大部分赋存于锂铯云母、锂云母中,三者关系密切。
五、矿床分布
我国已探明锂辉石、锂云母等锂矿产地33处,散布于四川、江西、湖南、新疆、河南、福建、山西七省区。根据这些矿床的分布地域、构造条件、岩浆岩条件、矿床类型和产出时代特征,我国的锂辉石、锂云母矿床主要分为5大成矿区。
幕阜山-武功山成矿区,该矿区有锂矿床(点) 6处,主要有宜春花岗岩型铌钽、锂云母矿,平江传梓源花岗伟晶岩型铌钽、锂辉石矿和宜丰花岗细晶岩型锂云母、锂铯云母矿。成矿时代为燕山中、早期。
武夷山成矿区,有锂矿床(点) 6处,主要有石城姜坑里和海罗岭花岗岩型铌钽、铁锂云母矿,石城胜利伟晶岩型锂辉石、锂云母矿和南平西坑花岗伟晶岩型铌钽、锂辉石矿。
东南岭成矿区,产出锂矿床(点) 5处,多为伴生矿产,品位、规模有限。代表矿床有:临武香花铺花岗岩型锂云母、锂铯云母矿,赣县牛岭坳花岗岩型锂云母矿,于都上坪伟晶岩型铁锂云母矿和大余漂圹伟晶岩型铁锂云母矿。
邛崃山-大雪山成矿区,有锂矿床(点)6处,均为伟晶岩型锂辉石矿,矿床品位高、储量大,燕山期成矿。代表性矿床有金川可尔因伟晶岩型锂辉石矿床、康定甲基卡伟晶岩型锂辉石矿床、乾宁容须卡伟晶岩型锂辉石矿床及康定然登伟晶岩型锂辉石矿床。
东秦岭成矿区,伟晶岩脉分布密集,其成矿时代较早,以加里东期为主,海西期次之。代表矿床为河南卢氏南阳山及蔡家沟伟晶岩型铌钽、锂辉石、锂云母矿。
六、可供资源
当前,我国的锂辉石、锂云母矿主要用于冶炼金属锂,玻璃、陶瓷行业的用量还不是很大。虽然可以节能,但价格较贵,限制了锂矿物在玻璃、陶瓷行业中的应用。现在我国的玻璃纤维工业发展很快,而在玻璃液中加入锂矿物可以改善玻璃纤维的质量和产量,是一个很有前途的应用领域。因此,如果锂矿物在建材行业中广泛使用的话,现有的锂资源还是不够的,应大力加强对锂矿资源的勘查。
‘叁’ 金属界中的“侏儒”——锂
在地球上,据科学家测算,金属锂在地壳中的含量大约为0.0065%,因此,锂也被称之为“稀有金属”。
锂对我们来说即熟悉,同时又是陌生。在我们的日常生活中,锂主要用于电子产品的电池中,锂离子电池是当今手机电池的主要来源。那么,金属界中的“侏儒”——锂有什么特别之处呢?
一:为什么称之为金属界中的“侏儒”呢?
锂是人类目前发现的金属中,其密度是最小的,为0.534g/cm³,它的密度比任何有机物的密度还要小,因此金属锂通常被封存在石蜡中。如果石蜡是液体的话,金属锂同样会浮在石蜡上面。由于锂在金属中密度最小,故而质量最轻,因此被人们习惯的称之为金属界中的“侏儒”。
二: 锂为什么能做电池原料呢 ?
锂在所有的金属中,其金属活动性是最强的,其电极电势也是相当大的,它的电极电势达到了-3.03V。关于电极电势这个概念,需要在此说明一下。
当金属锂在溶液中时,锂离子会脱离金属锂,在金属锂的下端就会聚集大量的电子,根据同种电荷相吸的理论,那么溶液中的锂离子就会往金属锂下端靠近,这时溶液、锂离子、金属锂就形成了一个双电层,而双电层之间的电势差就称之为电极电势。
也许有人在此会问,金属锂的物理性质并不活波,为什么它的金属活动性是最强的呢 ?
金属的活动性与金属的金属性不是一个概念,金属的活动性强弱只与金属的电极电势有关,金属的电极电势越大,金属的活动性也就越强。但金属的活泼性从金属的化学性质可以判断,在中学阶段,常见金属的活泼性从大到小依次为:钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al),锌(Zn)、铁(Fe)锡(Sn)、铅(Pb)、{氢(H),铜(Cu)、汞(Hg)、银(Ag)、铂(Pt)、金(Au)。
从金属的活泼性排名表中就能看出,根本就没有锂,那么,锂又有什么化学性质呢 ?
金属锂的发现离不开电化学的发展,科学家最先从熔融状态下的氯化锂中电解出了锂单质,它的外表呈现出银白色,质地柔软,在燃烧时发出紫红色的光。其原子核外最外层只有一个电子,这个电子也容易失去,因此金属锂的化学性质还是活泼的。
例如在常温下,金属锂就可以与氮气发生反应,6Li+N2=2Li3N。
另外,锂与钠在一个周期内,都属于碱性金属,其化学性质也颇为相似,都能与水反应置换出氢,2Li+2H2O=2LiOH+H2↑。锂除了与钠有相似的化学性质外,锂还有7个同位素,其中Li6能够捕获快速移动的中子,因此锂的同位素Li6常常用在制造核 武 器上。
那么,锂除了能用在制造武 器上,还有什么用途呢 ?
1:救生
据有人测算,两公斤的氢化锂遇水后能放出5.66千升的氢气,因此,有人将氢化锂用于飞机的救生上。当飞机发生不测坠入水中时,装在飞机上的氢化锂就可以与水作用,生成的大量氢气就可以将飞机浮在水面上,从而人送搜救人员迅速的锁定飞机的位置。
2:发现遥远的星球
人类对太空的 探索 从未止步过,而氟化锂对紫外线有极高的透明度,因此,用这种材料可以帮助人类发现更遥远的星球, 探索 地外生命。
虽然锂在地球上的含量非常稀少,但是我国的锂资源还是相当丰富的,光江西省一年开采的锂资源就可以供应全国一年锂的使用,这也为我国发展电动能源提供了强大的保障。