معرفی لیتیوم، سبک ترین فلز دنیا 2

خواص لیتیوم

لیتیوم در بسیاری از خواص خود، همان ویژگی‌های فلزات قلیایی رایج‌تر سدیم و پتاسیم را نشان می‌دهد. بنابراین، لیتیوم که روی آب شناور است، با آن بسیار واکنش نشان می‌دهد و محلول‌های هیدروکسید قوی تشکیل می‌دهد و هیدروکسید لیتیوم  و گاز هیدروژن تولید می‌کند. لیتیوم تنها فلز قلیایی است که آنیون را در محلول یا حالت جامد تشکیل نمی‌دهد.

لیتیوم از نظر شیمیایی فعال است و به راحتی یکی از سه الکترون خود را از دست می‌دهد و ترکیباتی حاوی کاتیون را تشکیل می‌دهد. بسیاری از اینها به‌طور قابل توجهی در حلالیت با ترکیبات مربوط به سایر فلزات قلیایی تفاوت دارند. کربنات لیتیوم داری خاصیت قابل توجه حلالیت رتروگراد است.

لیتیوم و ترکیبات آن به شعله، رنگ زرشکی می‌بخشد. معمولاً در روغن معدنی نگهداری می‌شود زیرا با رطوبت موجود در هوا واکنش نشان می‌دهد. ترکیبات ارگانولیتیوم، که در آن‌ها اتم لیتیوم به عنوان یون وجود ندارد، اما مستقیماً به اتم کربن متصل است، در ساخت سایر ترکیبات آلی مفید هستند. بوتیلیتیم که در ساخت لاستیک مصنوعی استفاده می‌شود، از واکنش بوتیل بروماید با لیتیوم فلزی تهیه می‌شود.

از بسیاری جهات، لیتیوم نیز شباهت‌هایی به عناصر گروه قلیایی-خاکی، به ویژه منیزیم، که دارای شعاع اتمی و یونی مشابهی است، نشان می‌دهد. این شباهت در خواص اکسیداسیون دیده می‌شود، مونوکسید به‌طور معمول در هر مورد تشکیل می‌شود. واکنش‌های ترکیبات ارگانولیتیوم نیز مشابه واکنش‌های گریگنارد ترکیبات آلی منیزیم است که یک روش سنتزی استاندارد در شیمی آلی است.

تعدادی از ترکیبات لیتیوم کاربردهای عملی دارند. لیتیوم هیدرید ، یک جامد کریستالی خاکستری که از ترکیب مستقیم عناصر تشکیل دهنده آن در دماهای بالا تولید می‌شود، یک منبع آماده هیدروژن است که بلافاصله پس از تصفیه با آب، آن گاز را آزاد می‌کند. همچنین برای تولید لیتیوم آلومینیوم هیدریداستفاده می‌شود که به سرعت آلدئیدها، کتون‌ها و استرهای کربوکسیلیک را به الکل تبدیل می‌کند.

هیدروکسید لیتیوم که معمولاً از واکنش کربنات لیتیوم با آهک به دست می‌آید، در ساخت نمک‌های لیتیوم (صابون) استئاریک و سایر اسیدهای چرب استفاده می‌شود. این صابون‌ها به‌طور گسترده‌ای به عنوان غلیظ کننده در گریس‌های روان کننده استفاده می‌شوند. هیدروکسید لیتیوم همچنین به عنوان یک افزودنی در الکترولیت باتری‌های ذخیره قلیایی و به عنوان جاذب دی اکسید کربن استفاده می‌شود.

سایر ترکیبات مهم صنعتی عبارتند از لیتیوم کلریدو لیتیوم بروماید. آن‌ها آب نمک غلیظی را تشکیل می‌دهند که قادر به جذب رطوبت هوا در طیف وسیعی از دماها هستند. این آب نمک‌ها معمولاً در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع بزرگ استفاده می‌شوند. لیتیوم فلورایدعمدتاً به عنوان یک عامل روان کننده در لعاب‌ها و شیشه‌ها استفاده می‌شود.

خواص هسته ای لیتیوم

لیتیوم که هیچ رادیواکتیویته طبیعی از خود نشان نمی‌دهد، دارای دو ایزوتوپ جرمی 6 (92.5 درصد) و 7 (7.5 درصد) است. نسبت لیتیوم-7/لیتیوم-6 بین 12 و 13 است.

لیتیوم در سال 1932 به عنوان فلز هدف در کار پیشگام فیزیکدان بریتانیایی جان کاکرافت و فیزیکدان ایرلندی ارنست والتون در تبدیل هسته‌ها توسط ذرات اتمی با شتاب مصنوعی استفاده شد. هر هسته لیتیومی که یک پروتون را جذب می‌کرد به دو هسته هلیوم تبدیل شد. بمباران لیتیوم-6 با نوترون‌های کند هلیوم و تریتیوم تولید می‌کند.

این واکنش منبع اصلی تولید تریتیوم است. تریتیوم تولید شده به این صورت در ساخت بمب‌های هیدروژنی به کار می‌رود، از جمله کاربردهای دیگری مانند تهیه ایزوتوپ هیدروژن رادیواکتیو برای تحقیقات بیولوژیکی.

لیتیوم دارای ارزش بالقوه به عنوان مایع انتقال حرارت برای راکتورهای هسته‌ای با چگالی بالا است. ایزوتوپ لیتیوم-7، ایزوتوپ پایدار رایج‌تر، دارای سطح مقطع هسته‌ای کم است (یعنی نوترون‌ها را بسیار ضعیف جذب می‌کند) و بنابراین پتانسیل خنک‌کننده اولیه برای راکتورهای هسته‌ای را دارد که دمای مایع خنک‌کننده در آن‌ها بالاتر از حدود 800 درجه سانتی‌گراد است. ایزوتوپ‌های لیتیوم-8 (نیمه عمر 0.855 ثانیه) و لیتیوم-9 (نیمه عمر 0.17 ثانیه) توسط بمباران هسته‌ای تولید شده‌اند.

خواص بیولوژیکی لیتیوم

وجود گسترده لیتیوم در گیاهان منجر به توزیع گسترده، اگرچه در سطح پایین، لیتیم در حیوانات می‌شود. نمک‌های لیتیوم وقتی در بدن جذب می‌شوند اثرات پیچیده‌ای دارند. آن‌ها خیلی سمی نیستند، اگرچه سطوح بالا می‌تواند کشنده باشد. استفاده از نمک‌های لیتیوم و آب معدنی حاوی آن‌ها برای درمان نقرس و دفع افسردگی به نیمه آخر قرن نوزدهم برمی‌گردد، اما در اوایل قرن بیستم به بدنامی پزشکی تبدیل شد.

استفاده از کربنات لیتیوم برای درمان افسردگی شیدایی (همچنین به عنوان اختلال دوقطبی شناخته می‌شود) از نظر بالینی در سال 1954 نشان داده شد. ترس در مورد سمیت لیتیوم تصویب آن را برای سال‌ها به تعویق انداخت، اما در حال حاضر داروی اصلی برای درمان دوره‌های شیدایی و برای نگهداری است.

یک تثبیت کننده خلق و خو است که برای درمان اختلال دوقطبی، وضعیتی که شامل دوره‌های افسردگی، شیدایی و هیپومانیا است، استفاده می‌شود.

به عنوان یک درمان حاد برای دوره‌های خلقی و به عنوان یک درمان طولانی مدت برای جلوگیری از عودهای شیدایی و افسردگی بیشتر استفاده می‌شود.

با بازگرداندن تعادل انتقال دهنده‌های عصبی در مغز، اوج شیدایی و افسردگی را در افراد مبتلا به اختلال دوقطبی برطرف می‌کند.

با این حال، لیتیوم در سال‌های اخیر کمتر و کمتر تجویز می‌شود. دلایل آن عبارتند از عوارض جانبی آن، در دسترس بودن سایر تثبیت‌کننده‌های خلق و خو، و بار سمیت بالقوه بالای لیتیوم.

مثلث لیتیوم کجاست؟

در حالی که لیتیوم در هر یک از شش قاره مسکونی دنیا یافت شده است، شیلی، آرژانتین و بولیوی، که با هم به عنوان “مثلث لیتیوم” شناخته می‌شوند. بیش از 75 درصد از عرضه جهان را در زیر نمکزارهای خود نگهداری می‌کنند

مثلث لیتیوم یکی از خشک‌ترین مکان‌های روی زمین است که فرآیند استخراج لیتیوم را پیچیده می‌کند: معدنچیان مجبورند سوراخ‌هایی را در نمک‌دان‌ها سوراخ کنند تا آب نمک نمکی و غنی از مواد معدنی را به سطح پمپ کنند. سپس اجازه می‌دهند آب برای ماه‌ها در یک زمان تبخیر شود و مخلوطی از پتاسیم، منگنز، بوراکس و نمک‌های لیتیوم را تشکیل می‌دهد.

که سپس صاف می‌شود و یک بار دیگر می‌گذارند تا تبخیر شود. پس از 12 تا 18 ماه، فرآیند فیلتر کردن کامل می‌شود و می‌توان لیتیوم کربنات را استخراج کرد.

بزرگترین معدن لیتیوم جهان

در کانون توجه برترین و بزرگترین معادن لیتیوم تولیدکننده جهان – که حجم قابل توجهی از تولید جهانی لیتیوم را پوشش می‌دهند.

 بزرگترین معدن لیتیوم جهان عبارت است از بواه های سبز در استرلیا میباشد.

ذخایر لیتیوم ایران

لیتیوم یک فلز قلیایی به رنگ سفید مایل به نقره‌ای است که یکی از فلزات نرمی است که می‌توان به راحتی آن را با چاقو هم برش داد. درست مانند سایر فلزات قلیایی، لیتیوم یک فلز بسیار واکنش‌پذیر و قابل اشتعال است؛ به این معنی که باید در روغن معدنی، تحت گازهای بی‌اثر یا در خلأ ذخیره شود. از محصولات مصرفی گرفته تا مکمل‌های بهداشتی، لیتیوم در صنایع مختلف استفاده می‌شود و آن را به یکی از فلزات ضروری تبدیل می‌کند.

ایلان ماسک در رابطه با لیتیوم می‌گوید: باتری‌های لیتیومی نفت جدید هستند و آینده دنیا لیتیوم است. یکی از عناصر مهم تمام فناوری‌های جدید، لیتیوم و وانادیوم هستند که از عناصر نادر خاکی محسوب می‌شوند.

باتوجه به اهمیت لیتیوم در دنیا، کشف ذخایر لیتیوم در ایران، می‌تواند یک خبر بسیار امیدوارکننده باشد. همدان شهری است که میزبان این فلز گرانبها است. در اسفند 1401، مدیرکل دفتر امور اکتشافات وزارت صنعت، معدن و تجارت، از کشف ذخیره ۸ میلیون‌ و ۵۰۰ هزار تنی کانسنگ لیتیوم در همدان خبر داد.

ایران جزو معدود کشورهایی است که به مقادیر مناسبی از ذخایر عناصر نادرخاکی و فلزات باارزش دسترسی پیدا کرده و کشف نخستین ذخیره لیتیوم در استان همدان نویدبخش کشف ذخایر دیگری در این استان است. کشف این ماده مهم معدنی در یک منطقه رسی در کشور منحصر به فرد است. البته چندی پیش، کانسنگ لیتیوم در یزد نیز کشف شده بود.

در اولین نگاه و بدون توجه به آثار زیست محیطی اکتشاف و استخراج ذخایر لیتیوم کشف شده، این منابع برای آینده صنعت باتری در ایران و شاید توسعه استان همدان مسرت بخش باشد اما از دید اقتصادی و ژئوپلتیک باید به موارد دیگری نیز توجه کرد.

با توجه به اعلام رسمی در مورد کشف هشت میلیون و ۵۰۰ هزار تن کانسنگ لیتیوم در همدان می‌توان نتیجه گرفت که عدد ۸ میلیون تن قطعاً وزن کل سنگ است و نه میزان لیتیوم خالص در این معدن. کارشناسان بر این اعتقاد هستند که ارزش مادی این کشف بستگی به گرید و غلظت لیتیوم موجود در این بالک سنگ دارد.

چین و آمریکا، رقابتی سنگین در تصاحب ذخایر لیتیوم

در دهه آینده با توجه به تمرکز کشورها روی پروسه گذار انرژی، رقابت روی مواد کانی و تکنولوژی‌های مورد نیاز بین آمریکا و چین افزایش خواهد یافت.

تمرکز مواد معدنی و کانی استراتژیک مورد نیاز در تولید برخی مواد از جمله باطری‌ها در برخی در مناطق جهان به مسئله امنیت ملی کشورها نیز تبدیل خواهد شد.

در چند سال گذشته ایالات متحده میلیاردها دلار برای ساخت کارخانجات خودروهای الکتریکی – باتری های لیتیومی و تحقیق و توسعه در مورد منابع معدنی و کانی مورد نیاز در پروسه گذار انرژی سرمایه گذاری کرده است. چین نیز عقب نمانده و به دنبال تصاحب ذخایر و معادن آفریقا و افغانستان بوده است.

در سال گذشته میزان ذخایر شناسایی شده لیتیوم در سراسر جهان ۸۹ میلیون تن کانسنگ برآورد شده است. قیمت لیتیوم کربنات از 14 هزار دلار در هر تن در سال ۲۰۲۱ به رقم هشتاد هزار دلار در سال ۲۰۲۲ رسیده و پیش بینی می‌شود .

که تقاضا برای لیتیوم تا سال ۲۰۳۰ به حدود ۲.۴ میلیون تن می‌رسد. با وجود اینکه منابع لیتیوم در برخی کشورهای جهان هم وجود دارد اما در حال حاضر فقط ۱۰ معدن، توان تولید لیتیوم مورد نیاز برای تولید باطری را دارند.