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리튬

Lithium
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.리튬을 의약품으로 사용하는 방법은 리튬(중화)을 참조하십시오.다른 용도는 리튬(동음이의)을 참조하십시오.
리튬, 리우
Lithium paraffin.jpg
석유에 부유하는 리튬
리튬
발음/ˈlɪθiəm/ (LIST-ee-əm)
외관은백색의
표준 원자량Ar, std(Li)[6.938, 6.997] 재래식: 6.94[1]
주기율표 속의 리튬
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
H
↑
리
↓
나
헬륨 ← 리튬 → 베릴륨
원자번호 (Z)3
그룹그룹 1: 수소 및 알칼리 금속
기간기간 2
블록 s-블록
전자 구성[He] 2s1
셸당 전자2, 1
물리적 성질
위상 STP서실체가 있는
녹는점453.65 K(180.50°C, 356.90°F)
비등점1603 K(130 °C, 2426 °F)
밀도 (근처 )0.534 g/cm3
액체가 있을 때 ( )0.155g/cm3
임계점3220 K, 67 MPa(추출)
융해열3.00kJ/몰
기화열136 kJ/mol
어금니열용량24.860 J/(몰·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 797 885 995 1144 1337 1610
원자성
산화 상태+1(강력한 기초 산화물)
전기성폴링 척도: 0.98
이온화 에너지
  • 1차: 520.2 kJ/mol
  • 2차: 7298.1 kJ/mol
  • 3위: 11815.0 kJ/mol
원자 반지름체험형: 오후 152시
공동 반지름오후 128±7시
반데르발스 반지름오후 182시
Color lines in a spectral range
리튬의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정구조 신체 중심 입방체(BCc)
Body-centered cubic crystal structure for lithium
음속 얇은 막대기6000m/초(20°C)
열팽창46µm/(m³K)(25°C)
열전도도84.8 W/(m³K)
전기저항도92.8 NΩ⋅m(20°C)
자기순서파라자성의
어금니 자기 감수성+14.2×10cm−63/mol(298K)[2]
영의 계량4.9 GPA
전단 계수4.2 GPA
벌크 계량11 GPA
모스 경도0.6
브리넬 경도5 MPa
CAS 번호7439-93-2
역사
디스커버리요한 아우구스트 아르프웨드손(1817)
제1격리듬윌리엄 토머스 브랜데(1821)
리튬 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
6리 7.59% 안정적
7리 92.41% 안정적
범주: 리튬
참고 문헌

리튬(그리스어: λίθςς, 로마자: 리토스, 점등. '석')은 리와 원자 번호 3을 가진 화학원소다.부드럽고 은백색의 알칼리 금속이다.표준 조건에서 가장 조밀한 금속과 가장 조밀한 고체 원소다.모든 알칼리 금속과 마찬가지로 리튬은 반응성이 높고 인화성이 높으며, 반드시 진공, 불활성 대기 또는 정제 등유나 광유와 같은 불활성 액체에 저장해야 한다.자르면 금속성 광택을 내지만 습한 공기는 칙칙한 은빛 회색으로 빠르게 부식하고, 그 다음 검은 타르니쉬가 된다.자연에서는 결코 자유롭게 발생하지 않지만, 한때 리튬의 주요 공급원이었던 페그마티틱 광물과 같은 (보통 이온성) 화합물에서만 발생한다.이온으로서의 용해성 때문에 바닷물에 존재하며 흔히 염류에서 얻는다.리튬 금속은 염화 리튬과 염화칼륨의 혼합물로부터 전해질 정도로 격리된다.

리튬 원자의 핵은 자연에서 발견된 두 개의 안정된 리튬 동위원소가 모든 안정된 핵종의 핵당 가장 낮은 결합 에너지 중 하나이기 때문에 불안정성에 대해 검증한다.리튬은 상대적인 핵 불안정으로 인해 핵이 매우 가볍지만 최초의 32개 화학 원소 중 25개보다 태양계에서 덜 흔하다. 무거운 핵은 덜 흔하다는 추세에 예외적인 것이다.[3]이와 관련된 이유로 리튬은 핵물리학에서 중요한 용도를 가지고 있다.1932년 리튬 원자가 헬륨으로 전이된 것은 인간이 만든 최초의 핵반응으로, 중수소 리튬은 단계별 열핵무기에서 핵융합연료 역할을 한다.[4]

리튬과 그 화합물은 내열성 유리와 세라믹, 리튬 그리스 윤활유, 철, 강철 및 알루미늄 생산을 위한 플럭스 첨가제, 리튬 배터리, 리튬 이온 배터리 등 여러 가지 산업용 응용 분야를 가지고 있다.이러한 용도는 리튬 생산의 4분의 3 이상을 소비한다.

리튬은 미량의 생물학적 시스템에 존재한다. 리튬의 기능은 불확실하다.리튬염은 조울증 등 정신질환 치료에 무드 스태빌라이저와 항우울제로 유용하다는 것이 입증됐다.

특성.

A diagram of Lithium-7, showing that it has 3 protons, 4 neutrons and 3 electrons.
리튬-7의 원자구조

원자 및 물리적

블랙 니트라이드 타르니쉬 얇은 층의 리튬 잉곳

알칼리 금속은 선행 원소를 따서 리튬 계열이라고도 불린다.다른 알칼리 금속(나트륨(나트륨), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs),[5] 프랑슘(Fr)과 마찬가지로 리튬은 단일 발란스 전자가 있어 쉽게 cation을 형성한다.이 때문에 리튬은 알칼리 금속의 반응성이 가장 낮지만 고반응성 원소는 물론 열과 전기의 좋은 전도체다.리튬의 반응도가 낮은 것은 발란스 전자가 핵에 근접하기 때문이다(남은 두 전자는 에너지의 훨씬 낮은 1s 궤도 안에 있고 화학적 결합에는 참여하지 않는다).[5]녹은 리튬은 고체 형태보다 반응성이 월등히 높다.[6][7]

리튬 금속은 칼로 자를 수 있을 정도로 부드럽다.자르면 산화리튬으로 산화되면서 회색으로 빠르게 변하는 은백색을 가지고 있다.[5]반면 0.534.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion의 그 밀도{180.50°C(453.65 K;356.90 °F)[8]의 용융점과 1,342°C(1,615 K;2,448 °F)[8]의 끓는 포인트 모두 알칼리 금속의 가장 높다.디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac.num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{.국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}g/cm3이 가장 낮은 것이다.

리튬은 매우 낮은 밀도(0.534g/cm3)로 소나무와 견줄 만하다.[9]상온에서 고형분인 모든 원소 중에서 가장 조밀도가 낮으며, 다음으로 가장 가벼운 고체 원소(칼륨, 0.862g/cm3)는 60% 이상 밀도가 높다.헬륨과 수소를 제외하고 고체로서 액체 질소(0.808 g/cm3)만큼 밀도가 2/3에 불과해 액체로서의 다른 원소보다 밀도가 낮다.[10]리튬은 가장 가벼운 탄화수소 기름에 뜰 수 있으며 물 위에 뜰 수 있는 세 가지 금속 중 하나이며, 나머지 두 가지는 나트륨과 칼륨이다.

석유에 부유하는 리튬

리튬의 열팽창 계수는 알루미늄의 2배, 철의 4배 가까이 된다.[11]리튬은 표준압력에서는[12] 400μK 이하, 매우 높은 압력(>20 GPA)에서는 고온(9K 이상)에서 초전도성을 갖는다.[13]70K 미만의 온도에서 리튬은 나트륨과 마찬가지로 무분산 위상 변화 변환을 거친다.4.2K에서는 회전결정계(9단 반복 간격)를 가지고 있으며, 고온에서는 얼굴 중심의 입방체 및 신체 중심 입방체로 변환된다.액상-헬륨 온도(4K)에서는 심복 구조가 일반적이다.[14]고압 리튬에 대한 다중 편향성 형태가 확인되었다.[15]

리튬은 킬로그램-켈빈당 3.58킬로 줄의 질량특정 열용량을 가지고 있어 고형물 중 가장 높다.[16][17]이 때문에 리튬 금속은 열전달 용도의 냉각제에 많이 사용된다.[16]

동위 원소

주요 기사:리튬 동위 원소

자연적으로 발생하는 리튬은 Li와 Li 두 개의 안정적인 동위원소로 구성되어 있으며,[5][18][19] 후자는 Li와 Li가 풍부하다(자연 풍부함 92.5%).두 자연 동위원소는 핵당 비정상적으로 낮은 핵 결합 에너지를 가지고 있다. (주기율표, 헬륨 및 베릴륨의 인접 원소에 비해) 리튬은 핵분열을 통해 순 에너지를 생산할 수 있는 유일한 낮은 숫자의 원소다.두 개의 리튬 핵은 중수소와 헬륨-3 이외의 다른 어떤 안정된 핵종보다 핵당 결합 에너지가 낮다.[20]그 결과, 원자 중량은 매우 가볍지만, 리튬은 최초의 32개 화학 원소 중 25개보다 태양계에서 덜 흔하다.[3]7개의 방사성 동위원소가 특징으로 되어 있는데, 가장 안정된 것은 반감기가 838ms인 리와 178ms인 리이다.나머지 방사성 동위원소는 모두 반감기가 8.6ms보다 짧다.리튬의 최단수 동위원소는 Li로 양성자 방출을 통해 분해되며 반감기는 7.6 × 10−23 초이다.[21]Li 동위원소는 양성자 홀수와 중성자 홀수를 모두 갖는 5개의 안정적인 핵종 중 하나이며, 나머지 4개의 안정적인 홀수 핵종은 수소-2, 붕소-10, 질소-14, 탄탈룸-180m이다.[22]

7리(Li)는 빅뱅 핵합성술에서 생성되는 원초성분(또는 더 적절하게, 원초성분)의 하나이다.Li와 Li의 소량은 항성 핵합성 과정에서 별에서 생산되지만, 생산되는 만큼 더 빨리 '연소'된다.[23]7Li는 탄소 별에서도 생성될 수 있다.[24]Li와 Li 모두 태양풍, 더 무거운 원자에 부딪히는 우주 광선, 그리고 초기 태양계 Be와 Be 방사능 붕괴로부터 추가적으로 생성될 수 있다.[25]

리튬 동위원소는 광물 형성([26]화학적 강수량), 신진대사, 이온 교환을 포함한 매우 다양한 자연 과정 동안 상당 부분 분류를 한다.리튬 이온은 점토 광물에서 마그네슘과 철을 대체하는데, 리보다 리이 선호되는 옥타헤드 광산에서 광 동위원소가 농축되어 과잉충돌과 암석변형 과정에서 광동위원소가 농축된다.이국적인 Li는 중성자 후광을 보이는 것으로 알려져 있으며, 중성자 2개가 양성자 3개와 중성자 6개의 핵 주위를 돌고 있다.레이저 동위원소 분리로 알려진 프로세스는 리튬 동위원소, 특히 Li와 Li를 분리하는 데 사용될 수 있다.[27]

핵무기 제조 및 기타 핵물리학 애플리케이션은 인공 리튬 분리의 주요 원천이며, 광 동위원소 리는 강과 같은 자연 발생원에서 리 대 리 비율에 미미하지만 측정 가능한 변화를 일으킬 정도로 산업 및 군사 비축량에 의해 유지된다.이것은 리튬의 표준화된 원자량에 비정상적인 불확실성을 가져왔다. 왜냐하면 이 양은 상업 리튬 광물원에서 사용 가능하기 때문에 자연적으로 발생하는 안정적인 리튬 동위원소의 자연 풍부율에 의존하기 때문이다.[28]

리튬의 안정적인 동위원소는 모두 레이저 냉각이 가능하며 최초의 양자 퇴화 보세페르미 혼합물을 생산하는 데 사용되었다.[29]

발생

리튬은 지구 상부의 대륙 지각에서 원자 단위로 염소만큼 흔하다.

천문학적

주요 기사:핵합성, 항성 핵합성 및 리튬 연소

빅뱅에서 합성됐지만 리튬(베릴륨, 붕소와 함께)은 다른 원소에 비해 우주에서 현저히 풍부하지 않다.리튬을 파괴하는 데 필요한 비교적 낮은 항성온도와 함께 리튬을 생산하는 공통 공정의 부족이 반영된 결과다.[30]

현대 우주론 이론에 따르면, 리튬은 안정적인 동위원소(리튬-6과 리튬-7) 모두에서 빅뱅에서 합성된 세 가지 원소 중 하나였다.[31]빅뱅 핵합성술에서 생성되는 리튬의 양은 바리온당 광자 수에 따라 달라지지만, 수용된 값에 대해서는 리튬의 풍부함을 계산할 수 있고, 우주에는 "우주론적인 리튬 불일치"가 있다: 나이든 별들은 필요한 것보다 리튬을 적게 가지고 있는 것 같고, 어떤 젊은 별들은 훨씬 더 많이 가지고 있는 것 같다.[32]나이 든 별에서 리튬이 부족한 것은 리튬이 파괴되는 항성 내부에 '믹싱'되면서 생긴 것으로 보이는 반면,[33] 리튬은 젊은 별에서 생산된다.섭씨 240만 도 이상의 온도에서 양성자와 충돌하여 헬륨 원자 두 개로 변환되지만(대부분의 항성은 내부에서는 이 온도를 쉽게 도달한다) 리튬은 후세대의 항성들에서 예측하는 것보다 더 풍부하다.[18]

리튬의 증거가 발견된 것은 2013년 노바 센타우리가 처음이다.[34]

리튬은 또한 갈색 왜성 하위 항성 물체와 어떤 변칙적인 주황색 항성에서도 발견된다.리튬은 보다 시원하고 질량이 적은 갈색 왜성에는 존재하지만, 더 뜨거운 적색 왜성에서는 파괴되기 때문에, 항성의 스펙트럼에 존재하는 리튬의 존재는 "리튬 테스트"에서 사용될 수 있는데, 둘 다 태양보다 작기 때문이다.[18][35][36]어떤 오렌지 별들은 또한 높은 리튬 농도를 포함할 수 있다.리튬 농도가 평소보다 높은 것으로 밝혀진 이 주황색 별들은 중력이 무거운 리튬을 수소-헬리움 별 표면으로 끌어당겨 더 많은 리튬을 관찰하게 하는 중성자 별이나 블랙홀과 같은 거대한 물체를 공전한다.[18]

2020년 5월 27일 천문학자들은 고전 노바 폭발이 리튬-7의 은하계 생성물이라고 보고했다.[37][38]

지상파

참고 항목:리튬 화합물 및 리튬 광물

리튬은 지구상에 널리 분포하고 있지만 반응도가 높아 자연적으로 원소 형태로 발생하지는 않는다.[5]바닷물의 총 리튬 함량은 매우 크고, 원소가 비교적 일정한 농도 0.14ppm(ppm),[39][40] 0.25ppm(ppm)으로 존재하는 2300억 톤으로 추정되며,[41] 열수 분출구 근처에서 7ppm에 육박하는 고농도가 발견된다.[40]

지구의 지각 함량 추정치는 무게별로 20~70ppm이다.[42]리튬은 지구 표면의 약 0.002%를 차지한다.[43]리튬은 그 이름에 걸맞게 화성암에서 작은 부분을 형성하며, 곡물에서 가장 큰 농도를 가지고 있다.그라나이트 페그마타이트는 또한 리튬을 함유한 광물을 가장 풍부하게 공급하고 있으며, 스포두메인과 페탈라이트는 가장 상업적으로 생존할 수 있는 원천이다.[42]리튬의 또 다른 중요한 미네랄은 레피돌라이트인데, 지금은 폴리리시오나이트와 트릴리티오나이트가 형성한 시리즈의 구식 명칭이다.[44][45]리튬의 새로운 공급원은 헥타이트 점토인데, 그 중 유일하게 활발하게 개발되고 있는 것은 미국 서부 리튬 회사를 통해서이다.[46]지구 표면의 kg당 20mg의 리튬으로 리튬은 25번째로 풍부한 원소다.[47]

리튬과 천연 칼슘 핸드북에 따르면, "리튬은 많은 암석과 일부 염기에서 발견되지만, 항상 매우 낮은 농도에서 발견된다.리튬 광물과 브라인 퇴적물이 상당히 많지만 그 중 실제 또는 잠재적 상업적 가치를 지닌 것은 비교적 적다.다수는 매우 작고, 다른 것들은 성적이 너무 낮다고 말했다.[48]

칠레(2020년)는 현재까지 매장량이 가장 많고(920만t), [49]호주는 연간 생산량(4만t)이 가장 많은 것으로 추정된다.[49]리튬 매장량이[note 1] 가장 많은 곳 중 하나는 540만 톤의 볼리비아 살라르 드 우유니 지역에 있다.다른 주요 공급업체로는 호주, 아르헨티나, 중국 등이 있다.[50][51]2015년 현재 체코 지질조사국은 체코에 있는 오레산맥 전체를 리튬성으로 간주했다.5개의 예금이 등록되어 있으며, Cinovec[cs] 근처의 1개는 잠재적으로 경제적인 예금으로 간주되며, 리튬은 160,000톤이다.[52]2019년 12월 핀란드 광산업체 켈리버 오이는 라파사리의 리튬 매장량이 520만 톤으로 증명되고 있을 것으로 추정된다고 보고했다.[53]

2010년 6월 뉴욕타임스는 미국 지질학자들이 아프가니스탄 서부 지역의 건조한 소금 호수에 대해 대규모 리튬 매장량이 있는 것으로 보고 지상 조사를 벌이고 있다고 보도했다.[54]이 추정치는 "1979년부터 1989년까지 소련이 아프가니스탄을 점령하는 동안 주로 수집한 오래된 자료에 근거한다"[55]고 밝혔다.국방부는 아프가니스탄의 리튬 매장량을 볼리비아의 리튬 매장량에 상당하는 것으로 추정하고 이를 "리튬의 사우디아라비아"라고 칭했다.[56]영국 콘월에서는 이 지역의 역사적인 광산 산업으로 인해 리튬이 풍부한 브라인(brine)의 존재가 잘 알려져 있으며, 민간 투자자들은 이 지역에서 리튬 추출 가능성을 조사하기 위한 실험을 실시해 왔다.[57][58]

생물학적

참고 항목: 생물학에서 칼륨, 생물학에서 나트륨, 토양 염도

리튬은 수많은 식물, 플랑크톤, 무척추동물에서 미량량으로 발견되며, 10억 개당 69-5760ppb의 농도에서 발견된다.척추동물의 경우 농도가 약간 낮으며 거의 모든 척추동물의 조직과 체액에는 21ppb에서 763ppb에 이르는 리튬이 함유되어 있다.[40]해양생물은 지구생물에 비해 리튬을 생물학적으로 축적하는 경향이 있다.[59]리튬이 이러한 유기체들 중 어느 하나에서 생리학적 역할을 하는지는 알려지지 않았다.[40]

미네랄이 풍부한 토양에서 리튬 농도에 대한 연구는 0.1~50~100ppm의 범위를 제공하며, 일부 농도는 100~400ppm에 이르지만, 식물이 모두 섭취할 수 있을 가능성은 낮다.[60]식물 조직에서 리튬 농도는 일반적으로 약 1ppm이며, 일부 식물군은 다른 것들보다 더 많은 리튬을 생체적으로 축적한다. 리튬 축적은 식물의 필수 영양소 구성에 영향을 주지 않는 것으로 보인다.[60]리튬에 대한 내성은 식물 종에 따라 다르며 일반적으로 나트륨 내성과 유사하다. 예를 들어, 옥수수와 로도스 풀은 리튬 부상에 매우 내성이 있는 반면 아보카도와 콩은 매우 민감하다.[60]마찬가지로, 5ppm 농도의 리튬은 일부 종(예: 아시아 쌀과 병아리콩)에서는 종자 발아를 감소시키지만 다른 종(예: 보리, 밀)에서는 그렇지 않다.[60]리튬의 주요 생물학적 효과의 많은 부분은 다른 이온과의 경쟁으로 설명될 수 있다.[61]모노밸런스 리튬 이온+
 리는 나트륨(주기율표의 리튬 바로 아래)과 같은 다른 이온과 경쟁하는데, 리튬과 마찬가지로 모노밸런스 알칼리 금속이기도 하다.리튬은 또한 이온성 마그네슘 이온과 경쟁하는데, 이온성 반경(86pm)은 리튬[61] 이온(pm90)과 거의 같다.세포막을 가로질러 나트륨을 운반하는 메커니즘도 리튬을 운반한다.예를 들어, 나트륨 채널(전압 게이트와 상피 모두)은 리튬의 주요 진입 경로다.[61]리튬 이온은 또한 리간드 게이트 이온 채널을 통해 침투할 수 있을 뿐만 아니라 핵막과 미토콘드리아막을 모두 횡단할 수 있다.[61]나트륨과 마찬가지로 리튬도 칼륨 채널과 칼슘 채널을 부분적으로 차단할 수 있다([61]투과되지는 않지만).리튬의 생물학적 영향은 다양하고 다양하지만 리튬의 작용 기전은 부분적으로만 이해된다.[62]예를 들어, 양극성 질환을 앓고 있는 리튬 치료 환자에 대한 연구는 리튬이 이러한 약리학적 효과를 어떻게 생성하는지 이해할 수 없지만, 다른 많은 효과들 중에서 리튬은 부분적으로 이러한 환자들의 텔로메르 단축을 역전시키고 또한 미토콘드리아 기능도 증가시킨다는 것을 보여준다.[62][63]리튬 독성과 관련된 정확한 메커니즘조차 완전히 이해되지 않는다.

역사

요한 아우구스트 아르프웨드손은 1817년 리튬을 발견한 공로를 인정받고 있다.

페탈라이트(LiAlSiO410)는 1800년 브라질의 화학자 겸 정치가 호세 보니파시오 데 안드라다 에 실바에 의해 스웨덴 우투 섬의 광산에서 발견되었다.[64][65][66][67]그러나 1817년에 이르러서야 당시 화학자 욘스 야콥 베르젤리우스의 실험실에서 일하던 요한 아우구스트 아르프웨드슨이 페탈라이트 광석을 분석하면서 새로운 원소의 존재를 감지했다.[68][69][70][71]이 원소는 탄산염과 수산화물은 물에 덜 녹고 알칼리성은 적었지만 나트륨과 칼륨과 유사한 화합물을 형성했다.[72]베르젤리우스는 알칼리성 물질에 '리션/리티나'라는 이름을 붙여, 식물의 재에서 발견된 칼륨과 동물의 피가 부분적으로 풍부하다는 것으로 알려진 나트륨과는 반대로 단단한 광물에서 발견된 것을 반영하기 위해 그리스어인 θθ ( ( lith(리토스·리티나)로 표기했다.그는 그 물질 안에 있는 금속의 이름을 "리튬"[5][66][71]이라고 지었다.

Arfwedson은 나중에 이 같은 원소가 광물 스포두메인과 레피돌라이트 속에 존재한다는 것을 보여주었다.[73][66]1818년 크리스천 그멜린은 리튬 염이 화염에 밝은 붉은 색을 준다는 것을 처음으로 관찰했다.[66][74]그러나 아르프웨드슨과 그멜린 모두 순수한 원소를 소금에서 분리하려고 노력했으나 실패했다.[66][71][75]그것은 윌리엄 토머스 브란데가 그것을 산화리튬의 전기분해로 획득한 1821년까지 격리되지 않았다. 그것은 이전에 화학자 험프리 데이비 경이 알칼리 금속 칼륨과 나트륨을 분리하기 위해 고용한 과정이었다.[18][75][76][77][78]브란데는 염화물과 같은 리튬의 일부 순수염에 대해서도 설명하고, 리디아(산화리튬)가 약 55%의 금속을 함유하고 있다고 추정하면서 리튬의 원자중량을 약 9.8g/mol(현대값 약 6.94g/mol)으로 추정했다.[79]1855년 로버트 분센과 아우구스투스 마티센에 의해 염화 리튬의 전기분해를 통해 더 많은 양의 리튬이 생산되었다.[66][80]이러한 절차의 발견은 1923년 독일 회사인 메탈게셀샤프트 AG에 의해 리튬의 상업적 생산으로 이어졌는데, 이 회사는 염화 리튬과 염화칼륨의 액체 혼합물을 전기분해하였다.[66][81][82]

호주의 정신과 의사 존 케이드는 1949년 마니아 치료에 리튬을 재도입하고 대중화한 공로를 인정받고 있다.[83]그 직후인 20세기 중반 내내, 유럽과 미국에서 리튬의 마니아와 우울증 적용 가능성을 안정시키는 분위기가 시작되었다.

리튬의 생산과 사용은 역사상 몇 번의 급격한 변화를 겪었다.리튬의 첫 번째 주요 용도는 항공기 엔진용 고온 리튬 그리즈 및 제2차 세계대전과 직후 유사한 용도에 적용되었다.리튬 기반 비누는 다른 알칼리 비누보다 용융점이 높고 칼슘 기반 비누보다 부식성이 낮다는 점이 이러한 사용을 뒷받침했다.리튬 비누와 윤활유 그리스에 대한 작은 수요는 대부분 미국에서 이루어진 몇몇 소규모 채굴 사업에서 뒷받침되었다.

냉전 기간 동안 핵융합무기 생산과 함께 리튬에 대한 수요가 급격히 증가했다.리튬-6과 리튬-7은 모두 중성자에 의해 조사될 때 삼중수소를 생산하며, 따라서 그 자체로 삼중수소 생산에 유용하며, 중수소 리튬의 형태로 수소 폭탄 내부에서 사용되는 고체 핵융합 연료의 한 형태도 유용하다.미국은 1950년대 후반에서 1980년대 중반 사이에 리튬의 주요 생산국이 되었다.결국 리튬의 비축량은 약 42,000톤의 수산화 리튬이었다.비축된 리튬은 리튬-6에서 75%가 고갈되어 많은 표준화된 화학 물질에서 리튬의 측정된 원자량에 영향을 주기에 충분했으며, 심지어 동위원소 분리 시설에서 방출된 리튬 염에 의해 "오염"된 리튬 이온의 일부 "자연 소스"에서 리튬의 원자량까지 영향을 주기에 충분했다.너는 지하수에 들어간다.[28][84]

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아르헨티나 살라르델홈브레 무에르토(왼쪽)와 볼리비아 우유니(오른쪽)의 위성사진, 리튬이 풍부한 소금 평판.리튬이 풍부한 브린은 태양 증발 연못(왼쪽 이미지에서 볼 수 있음)에 펌핑하여 농축된다.

리튬은 홀-헤룰트 공정에서 유리의 녹는 온도를 낮추고 산화알루미늄의 녹는 동작을 개선하는 데 사용된다.[85][86]이 두 가지 용도는 1990년대 중반까지 시장을 지배했다.핵무기 경쟁 종식 이후 리튬 수요는 감소했고 공개 시장에 비축된 에너지 부서는 가격을 더 낮췄다.[84]1990년대 중반, 몇몇 회사들은 리튬을 브라인에서 분리하기 시작했는데, 이것은 지하나 노천 채광보다 덜 비싼 옵션으로 판명되었다.대부분의 광산은 구역화된 페그마이트의 광석만 경쟁력 있는 가격에 채굴할 수 있었기 때문에 폐쇄되거나 다른 재료로 초점을 옮겼다.예를 들어, 노스캐롤라이나 킹스 마운틴 근처의 미국 광산은 21세기 초 이전에 폐쇄되었다.

리튬이온전지의 개발은 리튬의 수요를 증가시켰고, 2007년에 주용도가 되었다.[87]2000년대 들어 배터리 리튬 수요가 급증하면서 신규 업체들은 늘어나는 수요에 맞춰 브라인 격리 노력을 확대했다.[88][89]

리튬은 재생에너지로 달리고 배터리에 의존하는 세계에서 지정학적 경쟁의 주요 대상 중 하나가 될 것이라는 주장이 제기됐지만, 이러한 시각은 확대된 생산에 대한 경제적 인센티브의 힘을 과소평가한다는 비판도 받아왔다.[90]

화학

리튬 금속 중

리튬은 물과 쉽게 반응하지만 다른 알칼리 금속보다 눈에 띄게 활력이 떨어진다.그 반응은 수소 가스와 수산화리튬을 형성한다.[5]불꽃 위에 놓이면 리튬 화합물이 두드러지는 진홍색을 발산하지만 금속이 강하게 타면 불꽃은 찬란한 은색이 된다.리튬은 물이나 수증기에 노출되면 발화하여 산소에서 연소한다.습한 공기에서는 리튬이 빠르게 변색되어 수산화리튬(LiOH, LiOH·LiOH·리오H)의 검은 코팅이 형성된다.HO2), 질화 리튬(LiN3) 및 탄산리튬(LiCO23, LiOH와 CO의2 이차 반응 결과).[42]리튬은 질소 가스와 반응하는 몇 안 되는 금속 중 하나이다.[91][92]

물과 특히 질소와의 반응성 때문에 리튬 금속은 보통 탄화수소 실란트, 종종 석유 젤리에 저장된다.더 무거운 알칼리 금속은 광유에 저장될 수 있지만 리튬은 이 액체 속에 완전히 잠길 정도로 밀도가 높지 않다.[18]

리튬은 원자 반경과 이온 반경이 비슷한 원소인 마그네슘과 대각선 관계를 맺고 있다.두 금속의 화학적 유사점으로는 N과의2 반응에 의한 질화합물 형성, O에서2 연소할 때 산화물(LiO
2)과 과산화물(LiO
2
2)의 형성, 용해도가 비슷한 염류, 탄산염과 질화물의 열 불안정성이 있다.[42][93]이 금속은 고온에서 수소 가스와 반응하여 리튬 하이드라이드(LiH)를 생산한다.[94]

리튬은 주요 그룹 원소와 직접 반응하여 다양한 이항 및 3항 재료를 형성한다.이러한 진틀 페이즈는 높은 공가치가 있지만 Si44-, P73-, Te와52- 같은 다원자 음이온의 염으로 볼 수 있다.흑연으로 리튬은 다양한 중간 화합물을 형성한다.[93]

암모니아(및 아민)에 용해되어 [Li(NH3)]4+와 용해 전자를 준다.[93]

무기 화합물

기본 페이지: 카테고리:리튬 화합물
수정 속의 n-부틸리튬 조각의 육각 구조

리튬은 모든 할로겐화물과 가성화합물을 가진 소금과 같은 유도체를 형성한다.일부 예로는 할로겐화 LiF, LiCl, LiBr, LiI뿐만 아니라 가성화 및 관련 음이온이 있다.탄산리튬은 리튬의 가장 중요한 화합물로 설명되어 왔다.[93]이 백색 고체는 리튬 광석의 주요 효능이다.그것은 세라믹과 리튬배터리용 재료를 포함한 다른 소금들의 전구체다.

LiBH와
4 LiAlH
4 화합물은 유용한 시약이다.이러한 염과 많은 다른 리튬 염은 중량의 알칼리 금속의 염과 대조적으로 에테르에서 뚜렷하게 높은 용해도를 보인다.

수용액에서는 조정 복합체[Li(HO2)]4+가 많은 리튬 염을 지배한다.아민과 에테르를 가진 관련 단지가 알려져 있다.

유기 화학

주요기사 : 오가놀리스튬시약

유기석 화합물은 많고 유용하다.그것들은 탄소와 리튬 사이의 결합의 존재에 의해 정의된다.그들의 해결책과 솔리드 스테이트 구조는 이 단순한 견해보다 더 복잡하지만, 그것들은 금속 안정화 카바니온의 역할을 한다.[95]그러므로 이것들은 매우 강력한 기초와 핵이다.제약업계에서도 비대칭 합성에도 적용됐다.실험실 유기합성의 경우, 많은 유기석소 시약이 용액 형태로 상업적으로 공급된다.이 시약들은 반응성이 매우 높으며, 때로는 화혈성인 경우도 있다.

그것의 무기 화합물처럼 리튬의 거의 모든 유기 화합물은 공식적으로 듀엣 규칙(예: BuLi, MeLi)을 따른다.단, 용제나 리간드를 조정하지 않는 경우, 유기석화합물이 조광성, 사철성, 육각성 군집(예: BuLi는 실제로 [BuLi],6 MeLi는 실제로 [MeLi])4을 형성하여 다중 중심 결합을 특징으로 하고 리튬 주위의 조정수를 증가시킨다는 점에 유의해야 한다.이러한 성단은 디메톡시네탄(DME)과 같은 용매나 테트라메틸틸렌디아민(TMEDA)과 같은 리간드가 있는 곳에서 더 작거나 단조로운 단위로 분해된다.[96]듀엣 룰의 예외로서, 리튬 주위에 4개의 전자가 있는 2개의 좌표석 복합체, [Li(thf)][((4+Mesi3)3C)]2Li]–는 결정적으로 특징지어져 왔다.[97]

생산

참고 항목:리튬 생산별 나라 목록
USGS에[49] 따르면 리튬 광산 생산(2020), 톤 단위로 매장량 및 자원
나라 생산 예비군[note 1] 자원.
아르헨티나 6,200 1,900,000 19,300,000
호주. 40,000 4,700,000 6,400,000
오스트리아 - - 50,000
볼리비아 - - 21,000,000
브라질 1,900 95,000 470,000
캐나다 0 530,000 2,900,000
칠리 18,000 9,200,000 9,600,000
중국 14,000 1,500,000 5,100,000
체코 - - 1,300,000
콩고 DR - - 3,000,000
핀란드 - - 50,000
독일. - - 2,700,000
가나 - - 90,000
카자흐스탄 - - 50,000
말리 - - 700,000
멕시코 - - 1,700,000
나미비아 - - 50,000
페루 - - 880,000
포르투갈 900 60,000 270,000
세르비아 - - 1,200,000
스페인 - - 300,000
미국 870[note 2] 750,000 7,900,000
짐바브웨 1,200 220,000 500,000
세계 총계 82,000 21,000,000 86,000,000+

리튬 생산량은 제2차 세계대전 종전 이후 크게 증가했다.리튬의 주요 공급원은 브라인과 광석이다.

리튬 금속은 약 450 °C에서 염화수소 55%와 염화칼륨 45%의 혼합물로부터 전기분해를 통해 생산된다.[98]

적립금 및 발생

선별된 세계 퇴적물의 리튬 등급 및 톤수 산포도, 2017년 기준

미국 지질조사국(USGS)은 2020년과 2021년 전 세계적으로 확인된 매장량을 각각 1700만톤과 2100만톤으로 추정했다.[50][49]세계 리튬 매장량에 대한 정확한 추정은 어렵다.[99][100]그 이유 중 하나는 대부분의 리튬 분류 체계가 고체 광석 퇴적물용으로 개발되어 있는 반면, 브라인(brine)은 농도와 펌핑 효과가 달라 동일한 분류 체질로 처리하는데 문제가 있는 액체라는 것이다.[101]

2015년 리튬 가격 인상과 배터리 산업의 리튬 자원 부족 우려에 이어 2017년 USGS 데이터를 동료 검토 분석한 결과 리튬 부족 현상이 없고 현재 보유량 추정치는 수요와 함께 증가할 것으로 전망했다.[102]USGS가 파악한 전 세계 리튬 자원은 탐사 지속으로 2017년부터 증가하기 시작했다.2016년, 2017년, 2018년, 2019년, 2020년 확인된 자원은 각각 41, 47, 54, 62, 8000만톤이었다.[50]

2013년 전 세계 리튬 매장량은 약 1500만 톤인 반면 알려진 자원은 6500만 톤이 적당하다고 추정됐다.모든 것의 75%는 일반적으로 세계에서 가장 큰 10개의 예금에서 찾을 수 있다.[103]또 다른 연구는 리튬의 지질 자원의 83%가 브라인 6개, 페그마타이트 2개, 퇴적물 2개에 위치한다고 지적했다.[104]

미국에서는 네바다의 브라인 수영장에서 리튬이 회수된다.[16]2013년 와이오밍주 록스프링스 업리프트에서 발견된 보증금은 22만8000t으로 추정된다.같은 형태의 추가 예치금은 무려 1800만t으로 추산됐다.[105]네바다 주에서도 마찬가지로 맥더미트 칼데라는 미국 내에서 가장 큰 리튬 매장량으로 이루어진 리튬을 함유한 화산 진흙을 보유하고 있다.[106]

리튬 삼각형

미국 지질조사국이 보고한 2019년 세계 4대 리튬 생산국은 호주, 칠레, 중국, 아르헨티나다.[50]칠레, 볼리비아, 아르헨티나의 교차점은 리튬 삼각지로 알려진 지역을 구성한다.리튬 트라이앵글은 볼리비아의 살라르 드 우유니, 칠레의 살라르 드 아타카마, 아르헨티나의 살라르 드 아리사루 등 고품질 소금 평판으로 알려져 있다.리튬 삼각지대는 기존의 알려진 리튬 매장량의 75% 이상을 함유하고 있는 것으로 생각된다.[107]남미의 안데스 산맥 전체에서 퇴적물이 발견된다.칠레가 생산국이고 아르헨티나가 그 뒤를 잇고 있다.두 나라 모두 브라인 수영장에서 리튬을 회수한다.USGS에 따르면 볼리비아의 우유니 사막은 540만 톤의 리튬을 보유하고 있다.[108][109]세계적으로 알려진 매장량의 절반은 안데스 산맥의 중앙 동쪽 비탈을 따라 볼리비아에 있다.2009년부터 볼리비아 정부는 살라르 드 우유니 광산을 개발하기 위한 투자자를 찾고 있었는데, 그 중에는 일본, 프랑스, 한국 기업이 포함되어 있었다.[108]볼리비아 국영기업 YLB는 2019년 독일 ACI시스템스와 12억달러 규모의 수산화리튬과 리튬이온배터리 공장 건설 계약을 체결했으나 빠르게 계약을 파기했다.[110][111][112]

콩고민주공화국은 2018년부터 세계에서 리튬스포두메네 하드록 매장량이 가장 많은 것으로 알려져 있다.[113]중앙 DRC인 마노노노에 위치한 보증금의 총 자원은 15억 톤의 리튬 스포두메네 하드록 규모일 가능성이 있다.두 개의 가장 큰 페그마이트(Carrier de l'Este Pegmatite와 Roche Dure Pegmatite로 알려져 있음)는 각각 서부 오스트레일리아의 유명한 그린부시 페그마이트와 비슷한 크기 또는 더 크다.2023년까지 가까운 장래에 콩고민주공화국은 높은 등급과 낮은 불순물로 세계에 리튬을 상당히 공급할 것으로 예상된다.

전기 차량을 위한 광범위한 배터리 생산을 위해 로렌스 버클리 국립 연구소와 버클리의 캘리포니아 대학교, 리튬의 당시 추정 광량으로 더 늦은 2011년 연구에 따르면이 되지 않아야 하는 제한 요인 때문에 추정되는 1억 40kWhLi-based 배터리들 reserves[114]-에어로빅과 함께 만들 수도 있다.를 1차 한 대당 리튬 0kg.[115]미시간 대학교와 포드 자동차 회사의 또 다른 2011년 연구는 잠재적인 광범위한 운송 사용에 필요한 리튬을 포함하여 2100년까지 전 세계 수요를 지원할 수 있는 충분한 자원을 발견했다.이 연구는 경제성장과 재활용률에 관한 시나리오에 따라 전세계 매장량을 3,900만 톤으로 추정했고, 90년 동안의 리튬 총 수요는 연간 1,200만 톤으로 추정했다.[116]

2014년 파이낸셜리스트는 리튬에 대한 수요가 연간 12% 이상 증가하고 있다고 밝혔다.크레디트 스위스에 따르면, 이 비율은 예상 가용성을 25% 초과했다.이 간행물은 2014년 리튬 상황을 석유와 비교했는데, 그 결과 "고유가 때문에 고가의 심층수와 석유 모래 생산 기술에 대한 투자가 촉진되었다." 즉, 총 생산량을 증가시킬 수 있는 보다 고가의 생산방식이 투자자들의 관심을 끌 때까지 리튬 가격은 계속 상승할 것이다.[117]

2018년 7월 16일 페루 푸노 지역의 팔차니 하드암 퇴적물에서 250만 톤의 고급 리튬 자원과 1억 2천 4백만 파운드의 우라늄 자원이 발견되었다.[118]

2019년 세계 스포두메네 리튬 생산량은 연간 약 8만t으로, 주로 그린부시 페그마타이트와 일부 중국 및 칠레 공급원에서 생산되었다.그린부시에 있는 탈리슨 광산은 가장 크고 광석 등급이 가장 높은 것으로 보고되었다2(2012년 수치).[119]

해양은 2300억t의 리튬을 함유하고 있는 것으로 추정되지만 농도는 0.1~0.2ppm으로 육지 기반 브라인과 암석보다 2020년 기술로 격리하는 비용이 더 많이 든다.[120]

원천

2012년 현재 리튬의 또 다른 잠재적 공급원은 지표로 운반되는 지열 우물의 침출수로 확인되었다.[121]이런 종류의 리튬의 회복은 현장에서 입증되었다; 리튬은 단순한 여과로 분리된다.[122][clarification needed]비축량은 브라인 저수지와 단단한 암석보다 더 제한적이다.[citation needed]

가격 책정

1998년 리튬 금속의 가격은 약 95 USD/kg (또는 43 USD/lb)이었다.[123]2007년 금융위기 이후 소시에다드 퀴미카 이 미네라(SQM) 등 주요 공급업체가 탄산리튬 가격을 20% [124]인하했다.2012년에 물가가 올랐다.2012년 비즈니스 위크 기사는 "억만장자 훌리오 폰스가 지배하는 SQM이 두 번째로 크고, 헨리 크라비스의 KKR&코퍼레이션이 후원하는 록우드와 필라델피아에 본사를 둔 FMC가 그 뒤를 잇고 있다"라는 리튬 공간의 과점 내용을 요약했다.[125]전 세계 소비량은 2012년 약 15만톤에서 2020년까지[failed verification] 연간 30만톤으로 급증해 연간 약 25%씩 증가하고 있는 리튬배터리 수요에 맞춰 전체 리튬 생산량 증가율 4%에서 5%를 상회할 수 있다.[125][needs update]

추출

1975년 발간된 해수 리튬 추출 분석

리튬과 그 화합물은 역사적으로 고립되어 단단한 암석으로부터 추출되었지만 1990년대에 이르러서는 광천, 브라인 웅덩이, 그리고 브라인 퇴적물이 지배적인 원천이 되었다.이들 대부분은 칠레, 아르헨티나, 볼리비아에 있었다.[citation needed]맥더미트칼데라(미국 네바다)에서 개발 중인 대규모 리튬-클레이 퇴적물은 점토광석에서 리튬을 침출하기 위해 농축 황산이 필요하다.[126]

2021년 초까지 전세계에서 채굴된 리튬의 대부분은 "호주나 노스캐롤라이나 같은 곳에서 발견되는 단단한 암석에 함유된 광물인 "스포두메네"[127] 또는 칠레의 위치에 있는 것처럼 땅에서 직접 퍼낸 짠 브린에서 나온다.[127]

리튬배터리용 저코발트 음극은 공급원료로 탄산리튬이 아닌 수산화리튬이 필요할 것으로 예상되며 이 같은 추세는 암석을 선호한다.[128][129][130]

브라인에서 리튬 매개체를 만드는 한 가지 방법으로, 브린은[clarification needed] 먼저 지하 수영장에서 펌핑되어 태양 증발에 의해 농축된다.리튬 농도가 충분하면 탄산수소나트륨과 수산화칼슘을 각각 첨가해 탄산리튬과 수산화리튬을 촉진한다.[131]한 묶음은[clarification needed] 18개월에서 24개월이 걸린다.[132]

바닷물(리튬이 0.2ppm에 함유된 것)에서 리튬 화합물을 추출하기 위해 전기투석과 전기화학적 중간합물의 활용이 제안됐지만 아직 상업성이 없다.[133][134][135]

환경문제

추가 정보:리튬이온 배터리의 환경 영향

용매와 채굴 폐기물을 포함한 리튬의 제조 공정은 상당한 환경 및 건강상의 위험을 나타낸다.[136][137][138]리튬 추출물은 수질 오염으로 인해 수생 생물에게 치명적일 수 있다.[139]지표수 오염, 식수 오염, 호흡기 질환, 생태계 훼손, 경관 훼손 등을 유발하는 것으로 알려져 있다.[136]건조 지역(리튬 톤당 190만 리터)에서도 지속 불가능한 물 소비로 이어진다.[136]리튬 추출의 막대한 부산물 생성도 다량의 마그네슘과 석회 폐기물과 같은 미해결 문제를 제시한다.[140]

미국에서는 국내 리튬 채굴 능력을 획기적으로 확대하기 위해 환경파괴적인 오픈핏 채굴, 산꼭대기 제거 채굴, 피해를 덜 입는 브라인 추출 채굴 사이에 활발한 경쟁이 벌어지고 있다.[141]환경문제로는 야생동물 서식지 저하, 비소 및 안티몬 오염을 포함한 음용수 오염, 지속 불가능한 물 테이블 감소, 방사성 우라늄 부산물과 황산 방출을 포함한 대규모 광산 폐기물 등이 있다.

인권 문제

아르헨티나의 리튬 추출 회사와 원주민 간의 관계에 대한 연구는 국가가 원주민의 사전 자유권과 사전동의권을 보호하지 않았을 수 있으며, 추출 회사가 일반적으로 지역사회의 정보 접근을 통제하고 프로젝트와 혜택에 대한 논의 조건을 정했다는 것을 보여주었다.t 공유.[142]

미국 네바다주 태커패스 리튬광산의 개발로 인해 일부 원주민 부족이 사전에 무료로 제공받지 못하고 동의서를 전달했으며 이 프로젝트가 문화와 신성한 장소를 위협하고 있다는 항의와 소송에 직면했다.[143]그들은 또한 자원 추출이 실종되고 살해된 원주민 여성들과 연관되어 있기 때문에 이 프로젝트의 개발이 원주민 여성들에게 위험을 일으킬 것이라는 우려를 표명했다.[144]시위대는 2021년 1월부터 제안된 광산 터를 점거하고 있다.[145][141]

투자

주요 기사:투자로서의 리튬

그 금속에 투자하기 위해 시장에서 많은 옵션을 이용할 수 있다.리튬의 물리적 재고 매입은 거의 불가능하지만 투자자들은 리튬 채굴과 생산에 종사하는 기업의 주식을 살 수 있다.[146]또한 투자자는 상품 생산자 그룹에 대한 노출을 제공하는 전용 리튬 ETF를 구입할 수 있다.

2020년대 리튬 수요가 크게 늘면서 리튬 채굴 및 생산업체들이 성장하고 있고 일부는 시장 평가에서 현저한 증가를 경험하고 있다.[147][127]리튬 아메리카, 피에몬트 리튬, AVZ 광물[148], MP 머티리얼즈의 주가는 세계 경제에 리튬의 중요성이 증가함에 따라 크게 상승했다.[147]호주 기업 [148]AVZ미네랄스는 2021년 콩고 민주공화국 마노노에서 마노노 리튬&틴 프로젝트를 개발 중인데, 이 자원은 보증금 내 여러 페그마이트 중 하나인 로체 두레의 연구와 시추에 기초해 1.65% Li2O[149](산화리튬) 스포두메네 하드록으로 높은 등급의 불순물을 가지고 있다.EU와 주요 자동차 제조업체(OEM)는 ESG 이니셔티브와 탄소 배출량 0에서 저조까지 모든 리튬을 지속해서 생산 및 조달할 것을 전세계적으로 추진하고 있다.[150]AVZ미네랄 마노노노 프로젝트는 향후 탄소 발자국을 위한 GHG 온실가스 연구를 2021년에 완료했다.[151]이는 현재 배터리 공급망 회사가 자금 조달/투자 활동 및 펀드 포트폴리오를 위해 고려되기 위해 환경, 사회 및 거버넌스(ESG), 지속 가능한 관행, 정부 환경 규제 준수, EIA 및 저탄소 탄소 배출량 성능을 준수하는 것이 일반화되고 있다.[152]파리협정과 유엔 SDG를 충족시키기 위해서는 책임 있는 투자가 필수적이다.[153]이 연구는 AVZ 광물 DRC 마노노노 프로젝트가 모든 스포두메인 하드록 생산업체와 전 세계 일부 브라인 생산업체 중 가장 낮은 탄소 발자국 중 하나를 가질 가능성이 있다는 것을 보여준다.AVZ미네랄스는 중국 최대 리튬 화합물 생산업체인 간펑리튬 주요 업체와 장기 인수합병(Off-take) 파트너십을 체결했다.중요한 것은, 이 파트너십은 양 당사자가 환경, 사회 및 지배구조(ESG) 개발에 집중할 수 있는 조항을 만든다는 점이다.

2021년 초 현재 2016년[127] 설립된 호주 회사인 피에몬트 리튬은 노스캐롤라이나 주 개스턴 카운티에서 소유하거나 광물 권리를 갖고 있는 2,300에이커(930ha)의 토지를 탐사하고 있다.[127]"현대 리튬 채굴 산업은 1950년대 이 노스캐롤라이나 지역에서 시작되었는데, 당시 이 금속은 핵폭탄의 부품을 만드는 데 사용되었다.생산량 기준으로 세계에서 가장 큰 리튬 광부 중 하나인 알베말 사는 인근 샬롯에 본사를 두고 있다.하지만 거의 모든 리튬은 호주와 칠레에서 추출되는데, 호주와 칠레는 금속이 크고 쉽게 접근할 수 있는 매장량이 많다."[127]2021년 현재 전 세계 리튬 공급량의 1%만 채굴과 가공이 모두 미국에서 이뤄지고 있는(3,150t(6,94만lb), 호주와 칠레에서는 233,550t(51만489lb)이 생산되고 있다.[127]

앞으로[154] 리튬은 수명이 다한 리튬이온 배터리에서 재활용될 것으로 예상되지만 2020년 현재 배터리는 재활용을 위해 설계되지 않고 기술이 잘 발달되지 않고 재활용률이 5% 이하인 것으로 나타났다.[155]어떤 경우든 가장 가치 있는 부품은 NCM 음극 재료로 남을 가능성이 높으며, 이 재료의 회수는 드라이버가 될 것으로 예상된다.[156]

적용들

2011년(사진)과 2019년 전 세계 리튬 사용량 추정치(아래 번호)[157][158]
도자기 및 유리(18%)
배터리(65%)
윤활 그리즈(5%)
연속 주조(3%)
공기 처리(1%)
폴리머
일차 알루미늄 생산
제약
기타(5%)

배터리

2021년에는 대부분의 리튬을 전기차와 모바일 기기용 리튬이온 배터리를 만드는 데 사용한다.

도자기와 유리

산화리튬은 실리카 가공의 플럭스로 널리 사용되어 소재의 용융점과 점도를 감소시키고 열팽창 계수가 낮은 등 물리적 특성이 개선된 유광으로 이어진다.전세계적으로 이것은 리튬 화합물의 가장 큰 용도 중 하나이다.[157][159]산화리튬이 함유된 글레이즈는 오븐 용기에 사용된다.이 애플리케이션에서는 가열 시 산화물로 전환되기 때문에 일반적으로 리튬 탄산염(LiCO23)이 사용된다.[160]

전기 및 전자

20세기 후반에 리튬은 높은 전극 잠재력 때문에 배터리 전해질과 전극의 중요한 구성 요소가 되었다.원자 질량이 낮기 때문에 충전량과 중량 대 전력 비율이 높다.일반적인 리튬 이온 배터리는 셀당 약 3V를 발생시킬 수 있으며, 납 산소의 경우 2.1V, 아연 탄소의 경우 1.5V가 발생할 수 있다.재충전이 가능하고 에너지 밀도가 높은 리튬이온 배터리는 리튬이나 화합물을 양극으로 하는 일회용(1차) 배터리와는 차이가 있다.[161][162]리튬을 사용하는 다른 충전식 배터리로는 리튬이온 폴리머 배터리, 리튬 철 인산염 배터리, 나노와이어 배터리가 있다.

지난 몇 년 동안 잠재적인 성장에 대한 의견은 달랐다.2008년 연구에서는 "실제로 달성할 수 있는 리튬 탄산염 생산이 미래 PHEV 및 EV 세계 시장 요구사항의 극히 일부에 불과할 뿐"이라며 "향후 10년 안에 휴대용 전자제품 부문의 수요가 계획된 생산 증가의 상당 부분을 흡수할 것"이라고 결론지었다.e는 환경적으로 건전하지 않고, 보호되어야 할 생태계에 돌이킬 수 없는 생태학적 피해를 입힐 것이며, Liion 추진은 '그린카'[51]라는 개념과 양립할 수 없다.

윤활 그리스

주요 기사:리튬 그리스

리튬의 세 번째 가장 일반적인 용도는 그리즈다.수산화리튬은 기초가 튼튼하며 지방으로 가열하면 스타아레이트 리튬으로 만든 비누가 만들어진다.리튬비누는 기름을 두껍게 하는 기능이 있으며, 다목적 고온 윤활유를 제조하는 데 사용된다.[16][163][164]

메탈러지

리튬(예: 탄산리튬)은 유동성을 증가시키는 연속 주조 몰드 플럭스 슬래그에 첨가제로 사용되며,[165][166] 사용량은 전 세계 리튬 사용량(2011년)의 5%를 차지한다.[50]리튬 화합물은 철 주물용 주조 모래에 첨가제(플룩스)로도 사용돼 결실을 줄이고 있다.[167]

리튬(불화리튬)은 알루미늄 제련소(Hall–)의 첨가제로 사용된다.Héroult 공정)), 용해 온도를 낮추고 전기 저항을 증가시켜 생산의 3%(2011년)를 차지한다.[168][50]

금속성 리튬은 용접이나 납땜의 유동체로 사용할 경우 공정[169] 중 금속의 융합을 촉진하고 불순물을 흡수해 산화물의 형성을 제거한다.[170]알루미늄, 카드뮴, 구리 및 망간을 포함한 금속 합금은 고성능, 저밀도 항공기 부품을 만드는 데 사용된다(리튬-알루미늄 합금 참조).[171]

실리콘 나노 용접

리튬은 전기배터리와 기타 기기용 전자부품에서 실리콘 나노 용접의 완성도를 돕는 데 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.[172]

플레어와 폭약에 리튬을 사용하는 이유는 장미빛 불꽃 때문이다.[173]

폭약학

리튬 화합물은 붉은 불꽃과 플레어에서 불꽃과 산화제로 사용된다.[16][174]

공기정화

염화리튬과 브롬화리튬은 흡습성이 뛰어나 가스 흐름의 건조제로 사용된다.[16]수산화리튬과 과산화리튬은 우주선과 잠수함 등 제한된 지역에서 이산화탄소 제거와 공기정화에 가장 많이 쓰이는 염분이다.수산화리튬은 탄산리튬을 형성해 대기 중 이산화탄소를 흡수하고, 중량이 적어 다른 알칼리성 수산화물보다 선호된다.

습기가 있는 과산화리튬(LiO22)은 이산화탄소와 반응해 탄산리튬을 형성할 뿐만 아니라 산소를 배출한다.[175][176]반응은 다음과 같다.

2 Li2O2 + 2 CO2 → 2 Li2CO3 + O2.

앞서 언급한 화합물 중 일부와 과염소산리튬은 잠수함에 산소를 공급하는 산소 양초에 사용된다.여기에는 소량의 붕소, 마그네슘, 알루미늄, 실리콘, 티타늄, 망간, 철 등도 포함될 수 있다.[177]

광학

수정으로 인공 재배되는 플루오르화 리튬은 투명하고 투명하며 IR, UV, VUV(진공 UV) 용도의 전문 광학기에 자주 사용된다.굴절률이 가장 낮은 물질 중 하나이며, 가장 흔한 물질 중 깊은 UV에서 가장 먼 전송 범위를 가지고 있다.[178]미세하게 분할된 리튬불화수소 분말은 열발광 방사선 선량측정(TLD)에 사용되어 왔다. 그러한 샘플이 방사선에 노출되면 결정 결함을 축적하여 가열하면 강도가 흡수된 용량에 비례하는 블루시 빛의 방출로 해결되어 이를 정량화할 수 있다.[179]플루오르화 리튬은 망원경의 초점 렌즈에 가끔 사용된다.[16][180]

리튬 니오베이트의 높은 비선형성은 비선형 광학 응용에도 유용하다.공명 결정과 같은 부품에 대해서는 휴대 전화나 광학 변조기 등 통신제품에 광범위하게 사용된다.리튬 애플리케이션은 휴대전화의 60% 이상이 사용된다.[181]

유기화학 및 고분자화학

유기석화합물은 폴리머와 미세화학물질의 생산에 널리 사용된다.이들 시약의 주요 소비국인 폴리머 산업에서 알킬 리튬 화합물은 촉매/이니시에이터다.[182]무작동 올레핀의 [183][184][185]음이온 중합으로미세한 화학 물질의 생산을 위해, 유기석소 화합물은 탄소-탄소 결합 형성을 위한 시약과 강한 기초의 역할을 한다.유기석 화합물은 리튬 금속과 알킬 할로겐으로 제조된다.[186]

다른 많은 리튬 화합물들은 유기 화합물을 준비하기 위한 시약으로 사용된다.대표적인 화합물로는 리튬알루미늄 하이드라이드(LiAlH4), 리튬삼에틸보로하이드라이드, n-부틸리튬, 테르트-부틸리튬 등이 있다.

리튬을 연료로 사용한 어뢰 발사

군대

금속 리튬과 그 복합 하이드라이드인 Li[AlH4]는 로켓 추진체에 고에너지 첨가제로 사용된다.[18]리튬 알루미늄 하이드라이드는 고체연료로도 스스로 사용할 수 있다.[187]

마크 50 어뢰 저장 화학 에너지 추진 시스템(SCEPS)은 고체 리튬 한 블록 위에 뿌려지는 6불화 유황의 작은 탱크를 사용한다.그 반응은 열을 발생시켜 수증기를 생성하여 닫힌 랭킨 사이클에서 어뢰를 추진시킨다.[188]

리튬-6이 함유된 리튬 하이드라이드는 열핵무기에 사용되는데, 여기서 폭탄의 핵융합단계의 연료 역할을 한다.[189]

핵

리튬-6은 삼중수소 생산의 원천 물질로 평가되며 핵융합의 중성자 흡수기로 평가된다.천연 리튬은 약 7.5%의 리튬-6를 함유하고 있으며, 이 중 상당량의 리튬-6는 핵무기 사용을 위한 동위원소 분리에 의해 생산되었다.[190]리튬-7은 원자로 냉각제에 대한 관심을 얻었다.[191]

중수소 리튬은 캐슬 브라보 핵 장치에서 연료로 사용되었다.

중수소 리튬은 수소폭탄의 초기 버전에서 선택한 핵융합 연료였다.중성자의 폭격을 받았을 때 리와 리 모두 삼중수소를 생산한다. - 수소 폭탄이 처음 실험되었을 때 완전히 이해되지 않았던 이 반응은 브라보 성 핵실험의 폭주하는 수율에 책임이 있었다.삼중수소는 비교적 얻기 쉬운 핵융합 반응에서 중수소와 융합한다.세부 사항은 비밀로 남아 있지만, 중수소 리튬-6는 현대 핵무기에서 핵융합 물질로서 여전히 역할을 하고 있는 것으로 보인다.[192]

플루오르화 리튬은, 리튬-7 동위원소에서 고농축되었을 때, 액화 플루오르화 원자로에 사용되는 플루오르화 소금 혼합물 LiF-BeF의2 기본 성분을 형성한다.플루오르화 리튬은 화학적으로 매우 안정적이며 LiF-BeF2 혼합물은 용해점이 낮다.또한 리, 베, F는 핵분열로 내부의 핵분열 반응을 독살하지 않을 정도로 열 중성자 포획량이 적은 몇 안 되는 핵종에 속한다.[note 3][193]

개념화된 (초광학) 핵융합 발전소에서 리튬은 중수소와 삼중수소를 연료로 사용하여 자석적으로 밀폐된 원자로에서 삼중수소를 생산하는 데 사용될 것이다.자연적으로 발생하는 삼중수소는 극히 드물며, 플라즈마 내 중수소-트리트리튬 반응의 중성자가 더 많은 삼중수소를 생산하기 위해 리튬을 분열시키는 리튬을 함유한 '블랭킷'으로 반응하는 혈장을 둘러싸서 합성적으로 생성해야 한다.

6Li + n → 4He + 3H.

리튬은 알파 입자, 즉 헬륨 핵의 공급원으로도 사용된다.Li가 가속 양자의 공격을 받으면 Be가 형성되는데, Be는 거의 즉시 핵분열을 거쳐 두 개의 알파 입자를 형성한다.당시 '원자 쪼개기'라고 불리던 이 위업은 인간이 만든 최초의 핵반응이었다.1932년 바퀴벌레와 월튼에 의해 제작되었다.[194][195]

2013년 미국 정부회계감사원은 미국 원자로 100기 중 65기의 가동에 중요한 리튬-7의 부족이 "일부 위험에서 전기를 계속 공급할 수 있는 능력을 상실한다"고 말했다.브라보성은 10톤에 불과한 첫 장치인 '새우새우'에 리튬-7을 처음 사용, 비키니 환초(Bikini Atoll)의 대규모 핵대기 오염을 발생시켰다.이것은 아마도 미국의 핵 인프라가 쇠퇴한 원인일 것이다.[196]리튬-6와 리튬-7을 분리하는 데 필요한 장비는 대부분 냉전이 남아 있다.미국은 1963년에 이 기계의 대부분을 폐쇄했는데, 그 때 그것은 20세기 동안 주로 소비된 분리 리튬의 엄청난 잉여를 가지고 있었다.보고서는 리튬-6와 리튬-7을 분리할 수 있는 능력을 재정립하는 데 5년, 1000만 달러에서 1200만 달러가 소요될 것이라고 밝혔다.[197]

고압에서 리튬-7 열수를 사용하고 부식되기 쉬운 열교환기를 통해 열을 전달하는 원자로.원자로는 리튬을 사용하여 붕산의 부식 효과를 상쇄하는데, 붕산은 물에 첨가되어 과잉 중성자를 흡수한다.[197]

약

주요 기사:리튬(메디케이션)

리튬은 조울증 치료에 유용하다.[198]리튬염은 또한 정신분열 장애와 주기적인 주요 우울증과 같은 관련 진단에도 도움이 될 수 있다.이 염류의 활성 부분은 리튬 이온 리이다+.[198]그들은 임신 첫 3개월 동안 리튬을 복용하는 여성에게서 태어난 유아들에게 엡스타인의 심장 이상 증상의 위험을 증가시킬 수 있다.[199]

리튬은 또한 군발성 두통에 대한 가능한 치료법으로 연구되어 왔다.[200]

주의사항

리튬
위험
GHS 라벨 표시:
GHS02: FlammableGHS05: Corrosive
위험
H260, H314
P223, P231+P232, P280, P305+P351+P338, P370+P378, P422[201]
NFPA 704(화재 다이아몬드)

리튬 금속은 부식성이 있어 피부 접촉을 피하려면 특별한 취급이 필요하다.리튬분진이나 리튬화합물(알칼리성인 경우가 많다)을 들이마시면 처음에는 코와 목에 자극을 주는 반면, 노출이 높을수록 폐에 액체가 축적돼 폐부종이 생길 수 있다.금속 자체는 습기와 접촉하면 가성 리튬 수산화물이 생성되기 때문에 취급 위험이다.리튬은 나프타와 같은 비반응성 화합물에 안전하게 저장된다.[203]

참고 항목

메모들

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  2. ^ 2013년
  3. ^ 베릴륨과 불소는 각각 Be와 F의 한 동위원소로만 발생한다.이 둘은 Li뿐만 아니라 H, B, N, Bi, C, O의 안정 동위원소와 함께 액티니드 외에 열 중성자 포획 단면이 충분히 낮은 유일한 핵종으로 용융 염류 사육자 원자로 연료의 주요 성분 역할을 한다.

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