Рис. 1. Динамика мирового производства лития (по данным USGS)
Рис. 2. Распределение добычи лития по странам в 2015 году
(в тоннах и в процентах от мировой добычи)

Извлечение лития из рапы
Чили. Чилийская компания SQM (Sociedad Quimica y Minera de Chili S.A), крупный производитель йода и нитратов, является одним из крупнейших в мире производителей карбоната лития Li2CO3 (более 30 тыс. тонн в год). Карбонат лития извлекается в качестве побочного продукта на предприятиях, добывающих калий-хлоридную рапу (содержание Li 1000–1500 ррм) на месторождении Salar de Atacama, крупнейшем литиевом месторождении в мире. Американская Rockwood Lithium извлекает литий на своем чилийском предприятии SCL (Sociedad Chilena de Litio) на том же месторождении Salar de Atacama (более 20 тыс. тонн в год). Общие запасы лития в Чили оцениваются USGS в 7,5 млн тонн.
США. Соляные озера США, расположенные в западных штатах, имеют среднее содержание LiO2 в рапе от 0,0075 до 0,015%. Albemarle Rockwood Lithium производит карбонат лития из рапы на предприятии Silver Peak в шт. Невада. Общие запасы лития в США оцениваются USGS в 38 тыс. тонн.
Аргентина. Американская FMC Corp. управляет здесь с 1998 года месторождением Salar de Hombre Muerto (содержание лития 220–1000 ррм, общие запасы 800 тыс. тонн), выпуск составляет 12 тыс. т/год карбоната лития и 5–7 тыс. т/год хлорида лития. Общие запасы лития в Аргентине оцениваются USGS в 2 млн тонн.
Китай. Компания Tibet Lithium New Technology Development Co. выпускает 5000 т/год карбоната лития из рапы месторождения Zabayu Salt Lake в Восточном Тибете. CITIC Guoan Lithium Science & Technology Co. производит 35 тыс. т/год карбоната лития на месторождении Taijinaier Salt Lake (резервы 940 тыс. тонн Li) в провинции Цинхай. Это крупнейший завод в Китае по производству лития.


Вид с воздуха на крупнейшее в мире предприятие по получению лития из рапы в пустыне Атакама (Чили)

Извлечение лития из минералов
Австралия. Крупнейшим поставщиком литиевых минералов является австралийская Talison Lithium Ltd., разрабатывающая сподуменовое месторождение Greenbushes, являющееся также крупнейшим в мире месторождением танталита. Поставки с Greenbushes покрывают 60% мирового спроса на сподуменовый концентрат. Факторами, обеспечивающими Talison Lithium лидирующее положение среди производителей сподуменового концентрата, являются дешевое производство и географическое положение — компания поставляет большую часть своей продукции на быстро растущий китайский рынок лития. Общие запасы лития в Австралии оцениваются USGS в 1,5 млн тонн.
Канада. Канадская компания Tantalum Mining Corp. (TANCO) выпускает сподуменовый концентрат (7,25% Li2O) на своем руднике, расположенном в провинции Манитоба. Фирма Avalan Ventures ведет работы в рамках литиевого проекта на пегматитовом месторождении Big Whopper (провинция Онтарио). Общие запасы лития в Канаде оцениваются USGS в 360 тыс. тонн.
Зимбабве. Петалитовый концентрат производит фирма Bikita Mining, разрабатывающая пегматитовое месторождение Bikita (содержание Li 1,4%, общие ресурсы месторождения точно не известны и по некоторым оценкам составляют до 56,7 тыс. тонн). Извлекаемые запасы лития в Зимбабве консервативно оцениваются USGS в 23 тыс. тонн.
Бразилия. Пегматитовые месторождения Minas Gerais и Ceara. Общие ресурсы месторождений точно не известны и по некоторым оценкам достигают 85 тыс. тонн лития. Извлекаемые запасы лития в Бразилии консервативно оцениваются USGS в 48 тыс. тонн.
Китай. Компания Xinjuang Nonferrous Metal Corp. производит карбонат лития из местных месторождений провинции Цзянсу. Общие запасы Китая оцениваются в 3,2 млн тонн.
Россия. В настоящее время добыча лития из собственных месторождений в России не ведется*.

Производители
Крупнейших производителей (FMC Lithium, SQM и Albemarle Rockwood Lithium) до недавнего времени аналитики называли «большой тройкой» за практически монопольное влияние на рынок лития. Talison Lithium формально не входил в «большую тройку», так как эта компания не производит конечных продуктов, а ограничивается производством концентратов. Кроме того, 51% акций Talison Lithium с 2013 года принадлежит китайской компании Sichuan Tianqi Lithium Industries, а в 2014 году 49% акций Talison Lithium приобрела компания Albemarle Rockwood. В настоящее время стало ясно, что терминологию придется менять. Во-первых, стали необычайно сильны позиции американской Albemarle Rockwood — компания является производителем с сильными позициями как в производстве сырьевой литиевой продукции (сподумен, карбонат, гидроксид), так и является лидером по производству соединений высоких переделов. Во-вторых, в ситуацию властно вмешался Китай, который стал основным источником роста потребления лития в мире. Это дает основание китайским компаниям строить амбициозные планы. Компания Sichuan Tianqi Lithium произвела шок на литиевом рынке, купив пакет Talison Lithium. Стратегия Sichuan Tianqi состоит в обеспечении контроля за существенной частью мировых ресурсов лития. Компания также желает стать лидером Китая по производству продуктов лития высоких переделов. Компания Jiangxi Ganfeng Lithium сфокусирована на рынок высоких переделов и собирается стать крупнейшим производителем металлического лития, а также ведущим региональным и мировым игроком на рынке бутиллития. Компания также активно развивает «сырьевое» направление, построив крупнейший в мире завод по производству гидроксида. Сырье компания получает от различных производителей — как из рассолов Чили, так и из сподумена Австралии.

Рис. 3. Распределение применения лития и его соединений
по отраслям (в процентах, по данным USGS)
Рис. 4. Потребление соединений лития в мире (по данным SignumBox)

Переработка сырья и производство продукции
В промышленности литий используется в виде минеральных (сподуменовых) концентратов (30–35% суммарного потребления), химических соединений и металла.
Концентраты. Сорт литиевых концентратов определяется содержанием в них оксида лития (Li²O). Крупнейшими покупателями твердых литиевых минералов в форме сподуменового и петалитового концентратов являются производители термостойкой керамики, жаропрочных стекол и глазурей. Эти добавки делают стеклянную массу более вязкой и придают стеклу большую прочность и сопротивляемость атмосферной коррозии. Такие стекла частично пропускают ультрафиолетовые лучи, и их применяют в телевизионной технике. Чистый сподумен содержит 8% Li²O. Talison Lithium выпускает сподумен чистоты: от 60 (стекольный сорт — 4,8% Li²O) до 95% (7,5% Li²O).


Рис. 5. Динамика и прогноз выпуска литиевых
батарей по секторам потребления до 2020 г.
Рис. 6. Прогноз развития электротранспорта
на литий-ионных аккумуляторах

Соединения. Из химических соединений наиболее широко используют карбонат лития Li²CO³, применяемый в электролизе алюминия, производстве стекла, керамики, литиевых аккумуляторных батареях. Одной из наиболее важных областей применения лития является электролитическое получение алюминия. Добавки Li²CO³ в электролитическую ванну позволяют снизить температуру плавления электролита, уменьшить выделение фтора, увеличить электропроводность электролита, уменьшить расход электроэнергии. В среднем на одну тонну выпускаемого алюминия расходуется 2,5–3,5 кг Li²CO³. В связи с ростом производства алюминия потребление лития для этих целей ежегодно растет. Высококачественные концентраты литиевых минералов и химические соединения Li²CO³, Li²SiO³ используются в производстве стекла и керамики. На эти цели в США расходуется около 40% потребляемого лития. Добавки лития улучшают качество фарфора и керамики, повышают их химическую стойкость и термостойкость. Глазури и эмали с литием более устойчивы к атмосферным воздействиям. В цветной и черной металлургии металлический литий и его сплавы с кремнием и кальцием применяются в качестве необычайно активного раскислителя, десульфуризатора и дегидрирующего агента, что позволяет значительно улучшить качество многих металлов и сплавов за счет удаления нежелательных примесей в шлак. Например, обработка электротехнической меди при ее выплавке сплавом лития с кремнием в количестве <0,025% от массы меди повышает ее плотность и электропроводность. Добавка таких же количеств сплава лития с кальцием при плавке белого и серого чугуна, хромоникелевых сталей повышает их жидкотекучесть, твердость и временное сопротивление разрыву. Соединения лития используются в качестве консистентных смазок. В авиации и военной технике применяются литиевые консистентные смазки, содержащие до 10% стеарата лития, они сохраняют физические свойства в температурном интервале от –50 до +150 °C. Литийорганические соединения применяются в химической промышленности. В частности, бутиллитий ускоряет реакцию полимеризации дивинила. Значительные количества металлоорганических соединений используют в качестве катализаторов при синтезе каучука и других органических соединений. В щелочных аккумуляторах используют добавки LiOH к электролиту, которые повышают их емкость и срок службы в 2–3 раза. Литиевые соли галогеноводородных кислот способны поглощать из воздуха аммиак, амины и другие примеси, при изменении температуры они обратимо поглощают пары воды, что позволило применить хлорид и бромид лития в установках для кондиционирования воздуха. Наиболее быстрыми темпами в последние годы росло потребление лития в производстве литиевых ионных и полимерных батарей. На рис. 5 приведена динамика и прогноз выпуска литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) в мире до 2020 года. Известно, что ЛИА по сравнению с аналогами — никель-кадмиевыми, свинцово-кислотными и другими аккумуляторами, помимо высоких технических характеристик, имеют ряд других преимуществ: минимальное воздействие технологии изготовления на окружающую среду (отсутствие стоков, требующих очистки, отсутствие вредных выбросов в атмосферу), простота и безопасность технологии утилизации (отсутствие вредных веществ — кадмия и свинца). Преимущества ЛИА по сравнению с традиционными перезаряжаемыми источниками тока:
— в два-три раза, а в перспективе в три-четыре раза, большая удельная энергия (удельная энергия лучших свинцово-кислотных, никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов — 30–60 Вт∙ч/кг и 100–200 Вт∙ч/л);
— на порядок большая удельная мощность;
— в два-три раза большее напряжение единичного аккумулятора (2,8–3,6 В вместо 1,2 В для щелочных аккумуляторов и 2 В для кислотных);
— работоспособность в широком температурном интервале от –40 до +50 °С;
— длительный срок службы: 5–10 лет при 2000–2500 циклах глубокого разряда;
— необслуживаемость, герметичность, низкая стоимость, надежность и удобство эксплуатации;
— низкая стоимость одного Вт∙ч отдаваемой энергии в расчете на один цикл;
— высокий (до 95%) КПД цикла заряд/разряд. Впервые предложил использовать LiCoO² в качестве катодного материала для аккумулятора ученый из США Джон Гуденаф в 1980 году. В современных ЛИА в качестве катодов используется несколько видов соединений лития. Поиск новых материалов и соединений для изготовления катода и анода сейчас идет постоянно во многих лабораториях мира. Для ЛИА нового поколения рассматриваются такие соединения, как LiMePO⁴ (Me = Mn, Ni, Co, Cr), Li²CoPO⁴F, LiMn²-xMexO⁴ (Me = Mn, Co, Cr, Ni, Al), LiCo¹-xMexO² (Me = Ni, Cr, Al). Основные перспективы роста спроса на литий связывают с производством гибридных и электрических автомобилей. Гибридные автомобили, и в меньшей степени полные электромобили, увеличивают свою долю на рынке каждый год, невзирая на финансовые кризисы. Еще один большой сегмент применения ЛИА — современные энергетические сети, где наряду с традиционной генерацией всё большую роль играют возобновляемые источники энергии, которым для выравнивания ритмов работы нужны большие накопители. Так, Япония потратила 204 млн долларов на создание громадного аккумулятора на 60 МВт∙ч, который хранит электроэнергию, сгенерированную с помощью фотоэлектрических элементов. Страна восходящего солнца нуждается в огромном количестве эффективных батарей, чтобы сгенерированное новыми солнечными парками электричество не тратилось впустую. Новая система хранения энергии разместилась на острове Хоккайдо.

Металлический литий. Металлический литий получают электролизом расплавленной смеси хлоридов лития и калия при 400–460 °C. Важнейшая область применения металлического лития — ядерная энергетика. Изотоп 6Li — единственный промышленный источник для производства трития. Li применяют при изготовлении регулирующих стержней в системе защиты реакторов. Жидкий Li (в виде изотопа 7Li) используется в качестве теплоносителя в урановых реакторах. Расплавленный 7LiF применяется как растворитель соединений U и Th в гомогенных реакторах. Известны алюминиевые сплавы, содержащие 0,1% Li, — аэрон и склерон. Помимо легкости, они обладают высокой прочностью, пластичностью, стойкостью против коррозии. В связи со скачком в развитии аэрокосмической и военной техники возрастает потребление лития в производстве алюминий-литиевых сплавов.
Цены. Литиевые химикаты и сподумен — не биржевые товары. Цены на них публикуются на специализированных сайтах и являются договорными между производителями и конечными пользователями, а также правительствами. В начале 1990-х годов средние цены на карбонат лития составляли примерно 4000 долл./т, но после появления чилийской SQM рыночные цены упали до 1600 долл./т в течение нескольких лет. Дело в том, что издержки добычи лития на месторождениях, связанных с рапами, существенно ниже, чем при разработке горных пород. Поэтому, когда SQM вышла в 1998 году на рынок лития, она имела возможность значительно снизить цену, что повлекло общее снижение мировых цен. На рис. 7 приведена динамика цен с 1990 года. В период 1998–2002 годов средние цены на карбонат лития снизились с уровня более 4000 долл./т до уровня 1500 долл./т. При этом в мире происходило смещение от использования пегматитовых источников к раповым. Однако в 2005–2008 годы цены на литиевую продукцию стали расти в связи с ростом потребности. Даже финансовый кризис 2008-го не вызвал существенного снижения спроса на большую часть литиевой продукции. Этому способствовало предпринятое производителями энергичное снижение производства до 18 тыс. тонн в 2009 году против 25,4 тыс. тонн в 2008 году (рис. 1). Как следствие, цены на сподуменовый концентрат (>7,25% Li²O), составлявшие в 2002–2006 годы 340–350 долл./т, в 2006–2007 годы поднялись до 450–500 долл./т, а в 2007–2010 годы — до 650–700 долл./т. В эти годы смещение от использования пегматитовых источников к раповым замедлилось, а в настоящее время оба источника практически сравнялись. Австралийская Talison Lithium быстро нарастила производственные мощности и осуществляет поставки сподумена предприятиям стекольной и керамической промышленности, а также поставляет карбонат лития на китайский рынок. Период 2013–2015 годов продолжил тенденцию роста цен. Сподумен продается в диапазоне цен, зависящих от уровня примесей, и бывает двух сортов — технического и химического. Категория технических продуктов используется в качестве сырья для промышленности стекла и керамики из-за очень низкого содержания железа, которое может вызвать обесцвечивание. Химический сорт литиевого концентрата представляет собой высокочистый Li²O без ограничения на содержание железа.

Перспективы рынка лития
Рынок лития до недавних пор, как и многие другие, испытывает негативное влияние мирового экономического и финансового кризисов. Спад мировой автомобильной промышленности, снижение стоимости нефти вызвали снижение интереса к производству гибридных электромобилей — основному потребителю ЛИА. Тем не менее с выходом мировой экономики в новый посткризисный цикл развития ожидается рост потребности в литии. Уже с прошлого года рынок лития заметно оживился — по сравнению с 2015 годом цены на литий китайских компаний Jiangxi Ganfeng Lithium Co. и Sichuan Tianqi Lithium Industries Inc. в мае 2016 года выросли вчетверо. Мировой спрос на соединения лития в 2015 году превысил 150 тыс. тонн в пересчете на карбонат лития, к 2020 году, как ожидается, он вырастет до 300–320 тыс. тонн, а к 2025 году — до 550 тыс. тонн. Главным образом это произойдет за счет массового внедрения электромобилей и гибридов. В этой связи особую ценность приобретают новые способы добычи лития, в дополнение к традиционным. Повышается интерес и к другим видам нетрадиционного литиевого сырья — некоторым глинам, буровым водам, геотермальным рассолам. Например, калифорнийская компания Simbol Materials предложила возвести завод по добыче лития, марганца и цинка из горячего рассола, курсирующего в трубах 50-мегаваттной геотермальной электростанции, которая работает близ озера Солтон-Си. Рассол этот, поднимаемый с глубины, содержит 30% растворенных веществ. Сейчас данная смесь используется лишь для производства пара, который крутит турбину, а отработанный рассол просто закачивается обратно в подземные горизонты. С новой технологией жидкость будет направлена в серию фильтров, которые извлекут из нее полезные соединения. Они будут разделены, очищены и отправлены потребителю. В схеме с электростанцией богатый литием раствор уже и так поднят на поверхность, и его остается только переработать, причем для этого процесса используются бесплатные ресурсы самой геотермальной станции, в частности попутно получающиеся углекислый газ, тепло и вода. Новые производители лития, как традиционные, так и новички, видимо, сосредоточатся на рынке карбоната лития для ЛИА и получат устойчивую прибыль в следующие несколько лет. В целом ожидается относительно равномерный рост цен, а средняя цена в долгосрочном периоде будет зависеть от количества успешных новых проектов и представлена для разных сценариев развития на рис. 8. При этом общая тенденция резкого роста потребности в литии в долгосрочном периоде не вызывает сомнений у большинства аналитиков.


Рис. 7. Динамика цен на карбонат лития с 1990 по 2015 г.
Рис. 8. Различные сценарии ценовой динамики на карбонат лития до 2020 г.

Место России на рынке лития
Российский проект производства ЛИА (портфельная компания «Роснано» «Лиотех», позже — «Энергетические решения») не оправдал возлагавшихся на него ожиданий. Завод «Лиотех» был построен в 2011 году и должен был выйти на проектную мощность к концу 2013 года. Однако уже летом 2014 года предприятие приостановило производство из-за низкого спроса на ЛИА и выхода китайского партнера из проекта. Проект госкорпорации «Роснано» по созданию ЛИА признали несостоятельным в 2016 году. Арбитражный суд Новосибирской области начал процедуру банкротства ООО «Энергетические решения». Однако перспективность и важность этого направления достаточно очевидны. Так, Сибирский химический комбинат (СХК) «Росатома» планирует работу по производству соли гексафторфосфата лития. Но если ранее планировалось производить ее для «Лиотеха», то сейчас проект решено переформатировать: «Росатом» будет развивать собственное производство больших накопителей энергии на основе ЛИА. Три предприятия «ТВЭЛ» образуют производственный кластер: СХК будет производить соль и электролит, Новосибирский завод химических концентратов (НЗХК) — катодный, анодный материалы и сами аккумуляторы, а «ЗЭП» (Новоуральск) будет изготавливать собственно накопители энергии — большие аккумуляторы. В России производителями литиевой продукции являются Новосибирский завод химконцентратов и Красноярский ХМЗ (входят в состав корпорации «ТВЭЛ»). Наконец, в России много промышленных предприятий, выпускающих различные литиевые аккумуляторы: АО «АК «Ригель», АО «НИАИ «Источник», АО «Литий-элемент», АО «НИИЭИ», АО «Новосибирский завод химконцентратов», АО «Энергия», АО «Верхнеуфалейский завод «Уралэлемент», ООО НПП «Литий», ЗАО ИФ «Орион-ХИТ», АО «Сатурн», ООО НПО «Медисток», НПК «Альтэн», АО «АВЭКС», ООО «Элионт». Перспективы собственной добычи столь важного для современной экономики лития в России могут быть несколько неожиданно связаны с традиционной для России ролью крупнейшего поставщика углеводородов. Большие неучтенные ресурсы лития в России связаны с пластовыми рассолами в районах разведочных и добычных работ на углеводородное сырье в Восточной Сибири. Рассолы содержат Mg, B, Br, Li, I, Sr. Максимально возможное производство лития только на Знаменском месторождении составляет 1320 т/год, что может обеспечить внутреннюю потребность России до 2020 года. При вводе в действие газопровода в Китай эксплуатация газоконденсатных месторождений (Ковыктинское, Левобережное) обеспечит рассолами относительно близко расположенную Знаменскую промышленную площадку. По мере истощения углеводородных скоплений при эксплуатации увеличивается количество извлекаемых попутных рассолов. Суммарная добыча попутных рассолов на Верхнечонском газонефтяном месторождении за период разработки (56 лет) прогнозируется до 632 млн тонн. При среднем содержании лития в пластовых водах этого месторождения 30 мг/л может быть добыто 18 960 тонн Li (в среднем 338 т/год). На Ярактинском газонефтяном месторождении суммарная добыча попутных рассолов за период разработки (25 лет) прогнозируется в количестве 68 млн тонн. Содержание Li в рассолах этого месторождения — 49 мг/л, соответственно, может быть добыто 3366 тонн Li (134 т/год). Представляется, что подготовка к развитию производства собственного лития в России является насущной необходимостью.