锂产品及其用途

锂产品及其用途

我国锂工业已有五十多年的发展历史，其产品基本覆盖了锂应用的各个领域，但主要集中在锂矿物、化合物等初级产品系列。高附加值产品的开发与资源的现状和开发水平不相适应。金属锂生产中的问题主要集中在电流效率、电耗、环境保护、槽结构的合理性、金属锂自动导出系统等诸方面。国内外主要相关企业情况见表1和表2。

表1. 国内主要相关生产厂情况

表2. 几例国外典型的锂企业

围绕提高产品质量、降低消耗。世界各国在槽结构、槽内衬材质等方面不断进行着新的尝试。涉及的内衬材料主要有：不锈钢、石墨内衬、滑石、刚玉等。国内外工业锂电解槽操作条件范围见表3和表4。

市场现状与需求分析

随着锂电池、润滑脂、轮胎橡胶工业对锂需求量的增加，及航天、航空工业对锂合金的需求，特别是核聚变反应，核反应堆冷凝剂的不断扩大，金属锂的生产规模和产量近年来得到迅猛发展，被称为21世纪的金属。

由于锂的质量较轻、熔点较低，具有体心立方结构，所以经常用于合金生产。特别是铝合金、镁合金、铅合金等。当铝中含锂2-4%时，可使合金强度提高10%，但重量却减少15-20%，这对航天、航空具有巨大的吸引力。铝-锂合金最先用于航天飞行器中。制造飞机翼板，强度增加，重量减轻，裂纹率下降了30-50%。还用在空军客车、米格29战机、民航机。向镁合金中添加1-5%的锂，使合金的密度下降，使合金中的镁由六方晶格转变为正方面心结构，提高了塑性，便于加工。向铅合金中添加0.2%的锂，合金的硬度提高三倍，抗腐蚀性能和抗变形性都有明显的提高，耐腐蚀能力增强，轴瓦不易断裂。当铜含2%的锂时，其导电性能比纯铜还好，并且强度也有所提高。

锂的熔点很低，只有180℃，但沸点却很高，为1347℃，具有很大的热容，为0.848卡/g.K，不浸蚀钢铁。因此，在核聚变反应堆，作为燃料增殖剂，用锂量可达1000吨之多。

锂是电位最负的金属，因此用它作电极组成的电源电压最高；锂电化学当量仅次于铍，每克锂放出3.86安•时的电量，是常用电池材料中最高的。锂电池具有能量高和长期稳定等优点，应用领域不断扩大，如手机、手表、计算机、心脏起搏器和汽车等。

由于金属锂与氢的结构相似，所以广泛应用于有机合成反应中，特别是橡胶工业中。仅八十年代中期以后，西方国家合成橡胶对丁基锂的需求量超过600吨，我国岳阳化工厂生产丁基锂，每年需锂10吨。据报道，美国到2010年对锂的需求将达到70000吨，而我国目前年产量尚不足100吨。锂及相关盐类的用途见表6。

目前，世界锂的需求在10000-12000吨/年（折合金属锂）之间，其中4000吨为锂矿物，其余为锂金属和化学品。预计未来十年内年需求平均增长5%，增幅最大的为离子电池用锂。

在过去的十年锂，锂产品的价格增长了25-45%，平均年增长率为2.5-4.0%。近年来我国锂产品进出口价格见表7,进出口数量统计见表8、图二。2001年几种锂产品进出口金额所占比例见图三、图四。

无水氯化锂

制造焊接材料、空调设备和制取金属锂。

高纯碳酸锂

制取声学级单晶、光学级单晶和其他用。

工业碳酸锂

用于玻璃、陶瓷、炼铝、电子工业和制取其他锂化合物。

锂在玻璃、搪瓷和陶瓷工业中的应用，是锂的一个应用较早而又长盛不衰并不断有新进展的重要领域。以世界上锂生产和消费最大国—美国为例，70年代初玻陶业耗锂占锂总耗量的60%以上，处于锂应用的第一位。其后锂盐在电解铝中的应用发展很快，80年代超过了玻陶业而上升为第一位。处于第二位的玻陶业耗锂占锂总耗量的比例：美国为30%，日本为50%，我国为30%～35%。1995年西方国家用于玻陶和冶金工业的锂原料消费量达13.8万t，相当于碳酸锂1.8万t。

Li2O加入玻璃中，其具有强的助熔作用，它可代替会产生空气污染的硼和氟，加入Li2O还可对玻璃陶瓷的性质产生影响。锂可使玻璃收缩或更密实，从而提高玻璃和瓷釉的表面硬度，还可起到降低玻璃热膨胀率的作用，提高玻璃的表面张力。添加Li2O的玻璃化学稳定性最好，其对湿度的稳定性也最好，还可改变辐射性质。Li2O还能改善玻璃的耐酸性。

搪瓷釉一般采用碳酸锂，因其Al2O3的含量比较低。

陶瓷工业采用的锂化合物有：碳酸锂、铝酸锂、氟化锂、钛酸锂、亚钴酸锂、亚锰酸锂和四硼酸锂等。许多工业用陶瓷要求能经受突然的温度变化，热膨胀系数是陶瓷耐热急变能力的重要参数。锂化合物对陶瓷具有强大的助熔作用和降低热膨胀系数等作用。

锂化合物，特别是锂矿物在玻璃业中的应用稳定发展，新的制品及用途不断被开发出来。如在冶金工业中采用Li2O降低冶金渣粘度，不仅有效地减少了渣中金属损失，同时减少了由残渣夹带的金属对环境造成的危害。1990年末，这种新应用已从欧洲推广到亚洲和南美等地区。特种玻璃陶瓷及瓷釉的领域对锂化合物，特别是锂矿物的需求，今后将继续增长，锂矿物今后将以每年15%～25%的速度增长。锂在玻陶业中的应用将仍然是今后锂应用的重要领域之一，前景仍然看好。我国锂工业的发展应重视这一领域的研究和应用推广工作，并作为指定我国锂工业今后营销战略的市场定位方向之一。

锂在润滑脂中的应用

锂基润滑脂具有独特的润滑性能：工作温度范围宽（－60～200℃），安定性和抗水性好，稠化剂用量小，使用寿命长，是一种优良的润滑剂。

国外使用锂基脂已相当普及，美国润滑脂总量中，锂基脂占60%以上。2000年美国润滑脂工业平均年耗锂盐4800吨。

我国润滑脂行业拥有较好的锂基润滑脂的生产设备和工艺，年产锂基脂约5000吨，年需单水氢氧化锂约120吨。目前润滑脂行业用锂是我国民用部分最大的用户，但从锂基脂产量只占润滑脂总产量的6.1%来看，潜力是很大的。

汽车通用润滑脂换脂周期可延长1－2倍，行车距离两倍于钙基脂，品种可简化为1个，总费用可降低一半以上，有显著的技术经济效益。但目前实际使用不多，主要原因是我国汽车保修制度二保一万公里就要把油脂换掉，不适用于锂基润滑脂。

锂在高能锂电池中的应用

锂可作为理想的电池材料，这是由于锂原子量具有最小的电化学当量值，1克锂可放出3.83安时的电。锂具有最低的电负性，标准电极电位为—3.045伏。锂的电阻低，有利于电极集流。锂的比重轻，有利于获得较高的比能量。锂的化学活性大，活性物质利用率高。锂电池重量轻，体积小，贮电能力大，充电速度快，适用范围广，所以近来世界各国都在注视着它的发展。目前市场上有四种电池出售，即铅酸电池、铬镍电池、镍氢电池、锂电池。