Student World

Lithium s atomovým číslem 3 a měrnou hmotností 0,534 g.cm-3 je nejlehčím kovem soustavy prvků. Clark lithia 0,0065 je vyšší než např. clark cínu (0,004). Podle Vineovy studie [1] se světové zásoby lithia v dostupných ložiscích odhadují na 20 Mt. Posuzujeme-li lithiový clark a výskyt jeho sloučenin u nás, tvoří celkové nebilanční zásoby na třech revírech (Krupka, Cínovec, Krásno) 53,4 Mt rud, obsahujících 0,37-1,26 % Li. Bylo by proto žádoucí zařadit se mezi výrobce lithia z domácích surovin, neboť Krušnohoří představuje světový unikát, v němž zásoby lithia provázejícího cíno-wolframové rudy tvoří téměř 1 % světových zásob. I při relativně nízkém obsahu Li jsou natolik rozsáhlé, že se jejich zpracování vyplatí, jak to ostatně ukázaly předběžné studie z šedesátých let dvacátého století [2,3].

Metalurgie lithia

Slitiny tohoto kujného kovu s hliníkem nebo hořčíkem jsou asi 5x lehčí než ocel. Jejich poměrně malou korozní odolnost výrazně zlepšují přísady skandia. Tím jsou po zvládnutí hi-tech-problémů jejich výroby tyto lehké slitiny předurčeny pro automobilové, letecké a zvláště kosmické konstrukce, jejichž dopravu mimo dosah zemské přitažlivosti limituje celková hmotnost. Nejnovější Haferkampův článek uvažuje s 30 kg Mg-Li slitiny na automobil v roce 2005 s dlouhodobým výhledem až 100 kg na vůz [4]. V případě slitiny MgLi40 s 13,3 hm.% Li by to tedy bylo 13 kg lithia na vůz. Není třeba zdůrazňovat, že v této souvislosti nemá smysl pojednávat odděleně o vyspělých technologiích a vyspělých materiálech.

Elektrotechnické aplikace

Další významné užití lithia a jeho sloučenin rychle vzrůstá v elektronice a elektrotechnice, zejména u přenosných elektrických zařízení denní potřeby. Po první generaci Li-MnO2 baterií 80-tých let, které se ekonomicky příliš neprosadily, následovala v 90-tých letech druhá generace lithno-iontových baterií, nazývaná Li-ion, která představuje nejvýkonnější elektrochemické akumulátory [5]. Vývoj třetí generace Li-ion baterií ve spojení s polymery je z hlediska miniaturizace mobilních telefonů budoucím bestsellerem. Podle Metal Bulletinu [6] tato třetí generace baterií překoná při tloušťce pouhých 0,4 mm svými parametry během příštích tří let dnešní NiCd i NiMH (nikl-metal-hydrid) články a jejich spotřeba rychle poroste.

Využití v silikátové chemii

Třetí objemově největší spotřebu lithia a jeho sloučenin představují sklářské a keramické aplikace. Již před čtvrt stoletím se ve světě začalo využívat poznatku, že přídavek lithia umožnuje vyrábět sklo a keramiku s extrémní odolností vůči tepelným šokům a s téměř nulovou teplotní roztažností. Tak např. fa Schott Glaswerke Mainz vyrobila do r.1993 s firemním označením CERAN a obsahem 3,5 % Li2O dvacet milionů kusů sklokeramických varných ploten. Obdobou jsou konkurenční americké a japonské desky PYROCERAN, NEOCERAN, MIRACLON a další. Kromě toho se lithiová keramika pro svoji nízkou měrnou hmotnost začíná aplikovat i v kosmických projektech typu XEUS [7].

Nukleární aplikace

Není vyloučeno, že k řádnému využití slibných zásob českého lithia dojde teprve s průmyslovým uplatněním jaderné fúze [8]. Na výzkumu jaderné fúze v rámci projektu EURATOM [9] se naše republika velmi úspěšne podílí, leč světové prognózy, že první fúzní reaktor bude dodávat elektrický proud teprve kolem roku 2050, nechávají stratégy chemického průmyslu klidnými.

Současný stav využívání lithia

Světová spotřeba lithia se dnes pohybuje nad hranicí 6 kt ročně a očekává se její rychlý vzrůst až o řád. Proto se dá předpokládat, že i cena těžených surovin rychle poroste a tím vzroste také význam našich, dosud nezhodnocených nalezišť a úložišť. V březnu 2001 se prodávala tuna petalitu s obsahem 4,2 % Li2O v rozmezí 180-270 USD/t, tuna spodumenu s obsahem 7,25 % Li2O od 385 do 395 USD/t.
V bilanci zásob ložisek nerostných surovin ČR je evidováno přes 53 Mt Sn-W rud kategorie ABC1C2 s bilančním obsahem Li od 0,208 % do 0,286 %. Kromě toho je k dispozici i výhodnější kategorie C1 vhodná pro lomovou těžbu na ložisku Cínovec s evidovanými 26 Mt a obsahem Li 1,26 %. Zpracování surovin obsahujících lithium, např. greisenů, se vyplácí již při obsahu 1 – 3 % Li2O, bohatší zdroje se vyskytují jen vyjímečně. Úpravárenské odpady v tuzemských odkalištích mají hmotnost cca 3,5 Mt. V současnosti se nevyužívá žádná flotační nebo magnetická separace Li-slídy, vedlejšího produktu po zpracování Sn-W rud, resp. při čištění kaolinu.

Výsledky českého výzkumu

Problematikou využití českého lithia se náš výzkum začal intenzivně zabývat od šedesátých let, ale pro tehdy tak zvané objektivní příčiny realizace výsledků nikdy nepřekročila poloprovozní rámec. Náš český cinvalditový koncentrát z Krušnohoří, vyrobený vysokointenzitní magnetickou separací, má pestřejší chemické složení než některé zahraniční koncentráty [10]. Přesto byl úspěšně vyzkoušen ve VÚK Plzeň, pracoviště Horní Bříza a doporučen k výrobě glazovaných hmot a keramické krytiny pro svou minimální nasákavost a vysokou pevnost v ohybu.
Nevýhodou cinvalditu je vyšší obsah železa, zbarvující výpal a lístkovitá struktura, která komplikuje mletí a další mechanické zpracování. Pro odželeznění cinvalditu byly navrženy dva postupy osvědčené v zahraničí, a to jednak technologie "via cementárny" [11], spočívající v chloraci odpadním PVC, který se tak vysokoteplotně bezpečně zlikviduje, jednak na VŠCHT v Praze zdokonalená "synnyritová technologie"[12], kdy místo spékání Li-koncentrátu bylo využito alkalického rozkladu pod tlakem. Morfologickou nevýhodu cinvalditu lze odstranit aplikací moderních separátorů, např. typu JONES, s výkonnějšími permanentními magnety na bázi vzácných zemin (Fe-Nd-B).
Vhodnost tuzemských zdrojů byla v minulém období ověřena úspěšnými laboratorními zkouškami a poloprovozním zpracováním 25 kt cínoveckého koncentrátu s obsahem 308 t lithia na Li2CO3 v Kaznějově v roce 1960 a výrobou cca 20 kg kovového lithia na experimentálním pracovišti v Neratovicích. K žádoucí realizaci ve větším měřítku však do dnešních dnů nedošlo, byť ve zprávě ÚÚG: Výzkum nerudních a netradičních surovin [13] jsou prognozní ocenění surovinové základny lithia v Českém masivu a uživatelská analýza potřeb lithia a jeho sloučenin s výhledem do r. 2000 velmi optimistické. Potřeba lithia pro ČR se dodnes kryje dovozem; např. v roce 1985 byl dovezen uhličitan lithný a chlorid lithný v celkové hmotnosti 255 tun. Tato nízká spotřeba svým způsobem dokumentuje zaostávání čs.průmyslu v efektivních aplikacích lithia.

Závěrem

Nejsme tímto článkem první, kteří se opětovně připojují ke snahám optimistické části naší chemické populace vyburcovat zájem o využívání domácích surovin [14], na rozdíl od pesimistů, kteří pravidelně, podle naší historické studie přibližně v desetiletých intervalech, maří výsledky vynaložených studií, laboratorních i poloprovozních zkoušek. Přimlouváme se za realizaci připravené výstavby provozovny na roční výrobu minimálně 1000 tun uhličitanu lithného, k jehož výrobě bude možno zprvu využít 220 kt odpadu s průměrným obsahem 0,2 % Li ze stávající úpravny, popř. odkaliště na bývalém RD Cínovec. Tak bude v 1.etapě využita alespoň část těchto cenných úložišť.

Literatura

1. Vine J.D.(ed), Lithium resources and requirements by the Year 2000, U.S. Geological Survey, Professional Paper 1005, 1976, Washington D.C.
2. Jerman Z., Technicko-ekonomická studie komplexního zpracování cínowolframové a lithné rudy z Cínovce, VZ-E-305, 1962 (VÚAnCH)
3. Morštadt J., Zpracování silikátových lithných koncentrátů, VZ-S-696, 1987 (VÚAnCH)
4. Haferkamp M. et al., Development, Processing and Applications Range of Mg-Li Alloys, Materials Science Forum Vols.350-351, 2000, p.31-41
5. Vondrák J., Lithiumbatterien, Radio u. Fernsehen 33, 529 (1984)
6. Metal Bulletin, Feb. 2001, p.49
7. Hudec R., Pína L., Inneman A., Brožek V., Chráska P., Neufuss K., Zentková M., Innovate Technologies for Future X-ray Telescopes Int.Conf. New Century of X-ray Astronomy, Yokohama, Japan, March 6-8.
8. Anon.: Gute Noten für das Kernfusions-Programm, Naturwissenschaften 84, 1997, S.141
9. Stöckel J. et al., Plasma Physics and Control. Fusion, Vol.41 (1999) A 577-585
10. Bernard J.H., Minerály české republiky, Academia Praha 2000, s.58
11. Roubin E., Silikátový zpravodaj č.1, 1997, s.22-25
12. Pedlík M. a kol., Laboratorní zkoušky tlakového alkalického loužení cinvalditového koncentrátu, Výzkumná zpráva VŠCHT Praha 1988
13. Zpráva SÚ RVT C 02-347-804 ČGÚ-ÚÚG : Výzkum nerudních a netradičních surovin
14. Doškář Z., Silikátový zpravodaj č.2, 1997, s.12-13

Prognóza výroby regenerovatelných bateriových článků podle CDI Tokyo (May 2000)

autor Doc. Ing. Vlastimil Brožek, DrSc., Ing. Vladimír Dufek, CSc., In