寻找新的锂地质来源可以为清洁的未来提供动

锂的未来是电气化的。对许多人来说，由锂电池而非化石燃料驱动的汽车和卡车是交通的未来。可充电锂电池对于储存太阳能和风能产生的能源也至关重要。对于一个担心全球气候迅速变化的世界来说，太阳能和风能是一种清洁能源，是希望的灯塔。

锂的新资源勘探正在蓬勃发展，因为人们预计，用于电动汽车、手机、笔记本电脑和可再生能源存储设施的轻质可充电锂电池的需求即将飙升。

甚至在电动汽车问世之前，锂就已经是一种热门商品，开采了几十年，原因与电池无关。由于锂的物理特性，它的用途出奇的广泛，出现在各种各样的产品中，从防震玻璃到药物。根据总部位于法兰克福的德意志银行(DeutscheBank)的分析，年，这些产品占全球锂需求的近一半。消费电子产品的电池，如手机或笔记本电脑，占需求的25%左右。剩下的大部分是电动汽车。

据估计，未来10到15年，全球对锂的需求将会增加，一些预测显示，到年，锂需求的一半将来自电动汽车行业。全球对铜的需求预计将在未来10至15年内至少增长%，主要是因为电动汽车的销量预计将大幅增长。目前，全球大约有万辆电动汽车在路上行驶;据行业研究公司彭博新能源财经(BloombergNewEnergyFinance)预计，到年，这一数字将超过万。电动汽车巨头特斯拉(Tesla)一直在全球范围内寻求锂资源，并与美国、墨西哥、加拿大和澳大利亚的矿业公司签订了锂供应协议。

因此，在过去几年里，全球市场上的锂价格就像坐过山车一样，在年由于担心锂可能不够用而大幅飙升。但美国地质调查局(U.S.GeologicalSurvey)的地质学家斯蒂尔林斯(LisaStillings)说，这些世界末日的设想可能有些夸张。斯蒂尔林斯说，锂约占地壳的0.%，但从地质角度来看，锂并不特别罕见。她补充说，关键是要知道矿产资源在哪里集中到足够经济地开采。

为了回答这个问题，研究人员正在研究风、水、热和时间的力量如何以及在什么地方共同创造出丰富的金属沉积物。这些地方包括智利、阿根廷和玻利维亚的“锂三角”的平坦沙漠盆地;在澳大利亚、美国和加拿大被称为伟晶岩的火山岩;以及美国的含锂粘土。

寻找和开采这种“白金”的努力也推动了新的基础地质学、地球化学和水文研究。斯蒂尔斯和其他科学家正在研究粘土和卤水是如何形成的，当锂和卤水同时出现在同一个盆地时，锂可能如何在这两种沉积物之间移动，以及锂原子如何倾向于在粘土的化学结构中定位。

锂的单质是柔软的、银色的、轻的，密度大约是水的一半。它是元素周期表上最轻的金属。年，瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿夫韦德森在分析一种名为petalite的灰色矿物时发现了这种元素。Arfwedson发现了矿物中的铝、硅和氧，这些元素合起来占了矿物质量的96%。

他确定，petalite的其余部分是由某种化学性质类似于钾和钠的元素组成的。这三种元素与其他带电粒子或离子反应强烈，形成盐，在室温下是固体但很软，熔点低，易于溶于水。由于它们的相似之处，这些元素，连同铷、铯和钫，后来被归为“碱金属”，构成了元素周期表第一组的大部分。锂对水的亲和力有助于解释它是如何穿过地壳的，以及它是如何浓缩到足以开采的程度。

任何一种富锂矿床的基本配方都包括火山岩加上大量的水和热，这些水和热通过活跃的构造很好地混合在一起。在世界范围内，锂的主要来源有三种:伟晶岩、卤水和粘土。

大多数伟晶岩是一种由熔融岩浆形成的花岗岩。伟晶岩的有趣之处在于，它们往往含有许多不相容的元素，这些元素会尽可能长时间地抵制形成固态晶体。这些岩石的形成是由于火山下的岩浆冷却非常缓慢。岩浆的化学成分随着时间而演化。当元素从液体中析出形成固态晶体时，其他元素，如锂，倾向于停留在液体中，变得越来越集中。但最终，即使是岩浆冷却并结晶，不相容物也被锁定在伟晶岩中。

20世纪90年代以前，美国伟晶岩是锂矿的主要来源。但是从岩石中提取锂矿石(主要是一种叫做锂辉石的矿物)的成本很高。除了实际开采成本之外，这些岩石还必须被压碎，并经过酸和热处理，才能以商业上有用的形式提取锂。

上世纪90年代，一种便宜得多的锂资源成为了一种选择。就在智利、阿根廷和玻利维亚大片干旱盐滩的下方，循环着富含锂盐的咸水。矿工们把盐水抽到地表，把它隔离在池塘里，让它在阳光下蒸发。斯蒂尔林斯说:“大部分工作都是大自然做的，所以非常便宜。”

蒸发后留下的是浑浊的淡黄色盐水。为了以商业上有用的形式提取电池级锂，特别是碳酸锂和氢氧化锂，矿工们在盐水中加入不同的矿物质，如碳酸钠和氢氧化钙。与这些矿物的反应导致不同类型的盐从溶液中沉淀出来，最终产生锂矿物。

在内华达州克莱顿谷(ClaytonValley)一个潜在的未来采矿地点，钻探的沉积物岩心碎片。这是一种富含锂的粘土。

与伟晶岩萃取相比，从卤水中提取锂的工艺极为廉价;因此，卤水开采目前主导着锂矿市场。但在寻找更多锂的过程中，下一代探矿者正在寻找第三种矿床:粘土。

粘土是古代泥浆的硬化残留物，由微小的沉淀物颗粒缓慢沉降而产生，比如湖底。要得到富含锂的粘土，需要正确的起始成分，尤其是含锂岩石，如伟晶岩和循环地下水。地下水从岩石中滤出锂，并将其输送到一个湖泊，在那里锂会集中在沉积物中。

事实证明，美国西部拥有制造富含锂的粘土的所有合适原料。事实上，在年的《自然通讯》(NatureCommunications)杂志上，研究人员提出，一些变成湖泊的古代超级火山环形山，比如黄石火山口，将是锂的绝佳来源。

北美地下有一个浅的岩浆池，为黄石超级火山提供了岩浆。在过去万年左右的时间里，黄石火山活动一直位于怀俄明州西北部(是黄石国家公园的中心地带)。但是黄石公园的热点并不是静止的。在过去的万年里，当北美板块缓慢地向西南方向滑动时，它在静止的浅岩浆体上移动，留下了一条从内华达延伸到黄石的坑坑洼洼的火山口轨迹。黄石公园已知的最古老的火山口之一被称为麦克德米特火山口(McDermittCaldera)，充满了水，后来干涸了，留下了一个潜在的富含锂的粘土宝藏。总部位于温哥华的美洲锂公司(LithiumAmericasCorp.)计划在年开始在破火山口内一个名为塞克帕斯(ThackerPass)的地方采矿。该公司估计，到年，这个湖床可能提供全球至多25%的锂。

斯蒂尔林斯说，在美国，麦克德米特是“我们知道存在的非常巨大的资源之一”。“但是锂粘土在与卤水竞争之前还有一些障碍需要清除。开采锂矿需要露天开采，这比开采盐水更昂贵。加工粘土以提取碳酸锂或其他工业用矿物也很昂贵。美洲锂公司和其他声称已经开发出自己的清洁、廉价的萃取工艺的公司，还没有证明自己能与盐水开采竞争。

斯蒂尔林斯说，其他几种类型的锂萃取技术可能即将问世。富含锂的卤水也可以在构造活跃的地热地区形成，那里的地下有大量的热量。地热发电厂已经将过热的水抽上来产生能量，然后再将其注入地下。一些工厂正在试验从盐水中提取其他有商业价值的元素，包括锂、锰和锌。水力压裂法还包括从地下泵出含有大量溶解金属(可能包括锂)的盐水。尽管锂的浓度可能不是很高，但如果它是已经在开采的副产品，那么这种开采在经济上仍然是有价值的。

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