Lithium được tìm thấy trong muối kết tinh và trong mỏ muối nước nằm dưới vỏ trái đất là kim loại nhẹ nhất, tỷ trọng của kim loại này chỉ bằng một nửa tỷ trọng của nước. Lithium được dùng để sản xuất pin cho điện thoại di động, máy tính sách tay và iPod, và trong những năm tới hàng trăm nghìn xe ô tô điện và xe hybrid sử dụng pin lithium sẽ đưa nhân loại vào một tương lai năng lượng sạch hơn.

Lithium trong tự nhiên, trữ lượng và khai thác

Lithium khoáng sản có trữ lượng lớn thứ 25 trong các loại khoáng sản, giống như chì và kẽm. Mặc dù khoáng sản này phân tán rộng trên trái đất, nhưng nó không xuất hiện tự nhiên dưới dạng nguyên tố bởi hoạt tính hoá học cao của nó. Nước biển chứa khoảng 230 tỷ tấn lithium, hàm lượng tương đối thấp, chỉ trong phạm vi 0,1 đến 0,2 ppm. Trên thế giới, có nhiều mỏ muối nước và mỏ khoáng sản lithium lớn, nhưng hiện tại chỉ có vài mỏ có giá trị tiềm năng thương mại. Các nguồn tài nguyên lithium tiềm năng và hiện có là từ mỏ muối nước nằm trong lục địa, hectorite khoáng sản sét, pegmatite, muối nước địa nhiệt và muối nước mỏ dầu.  Chile là nước sản xuất lithium số 1 thế giới, tiếp theo là Argentina, Trung Quốc và Mỹ. Australia, Canada, Bồ Đào Nha và Zimbabwe là những nước sản xuất nhiều tinh quặng lithium. Chile xuất khẩu 61% lithium của mình sang Mỹ, trong khi Chile có dự trữ khoảng 7,5 triệu tấn, còn Argentina xuất khẩu 36% sang Mỹ và có dự trữ khoảng 800.000 tấn. Lithium với hàm lượng cao được tìm thấy trong muối nước tại các mỏ nằm trong lục địa, khoáng pegmatite, đất sét hectorite, muối nước địa nhiệt, muối nước giếng dầu.

a) Mỏ muối nước lục địa: Muối nước chứa lithium dẫn xuất từ quá trình thấm lọc của đá núi lửa và có hàm lượng thay đổi nhiều. Các mỏ có lithium nồng độ rất cao, tọa lạc ở các tọa độ cao của Chile, Argentina, Bolivia, Tây Tạng và Trung Quốc; các mỏ muối nước có nồng độ trung bình như Silver Peak, Nevada và Searles Lake, California (nơi này trước đây khai thác lithium); các mỏ muối nước có nồng độ thấp hơn như Great Salt Lake, Utah. Muối nước có nồng độ thấp hơn có tỷ lệ bốc hơi thấp và độ loãng không đổi bởi có một dòng nước mới luôn chẩy vào và hàm lượng lithium trong phạm vi 30 đến 60 ppm.

Tuyết tan chẩy từ vùng núi Andes ở Nam Mỹ xuống sâu 39,6 m vào các mỏ lithium, rồi tích tụ lại thành các ao vũng muối nước. Muối nước được bơm ra khỏi đó như ở mỏ muối Salar de Atacama của Chile và rồi nước muối này được dẫn vào các ruộng muối, tại đây xẩy ra quá trình bốc hơi dưới ánh mặt trời xa mạc và ở độ cao so với mặt biển. Mất khoảng một năm để đạt được độ đậm đặc lithium 6%, rồi được chuyển vào nhà máy để làm tinh khiết, phơi khô và kết tinh thành lithium carbonate, tiếp theo là lithium carbonate được nghiền thành bột mịn bán cho công ty sản xuất pin. Lithium tích một lượng lớn năng lượng trong thể tích của nó, năng lượng này được sử dụng để chạy mạch điện tử. Hiện nay, các mỏ muối nước ở Chile và Argentina đang cung cấp lithium cho nhu cầu thế giới. The Salar de Atacama là địa điểm của mỏ muối nước lithium lớn nhất thế giới đang được khai thác bởi Công ty Sociedad Quimica y Minera de Chile S.A( SQM ). Tại đây cũng là địa điểm của mỏ muối nước của Công ty Rockwood Holdings (ROC). Salar de Hombre Muerto ở Argentina cũng được coi là một mỏ muối nước lithium tầm cỡ thế giới của Công ty FMC Corporation (FMC). Trong vùng này còn mỏ muối nước Salar de Olaroz của Công ty Orocobre (ORE) và mỏ muối nước Salar de Rincon nằm ở Tây Bắc của Argentina gần biên giới với Chile.

Mỏ muối lithium lớn nhất thế giới là mỏ Salar de Uyuni ở Bolivia, mỏ này có trữ lượng bằng 50-70 % trữ lượng lithium thế giới. Tuy nhiên, các nhà đầu tư nước ngoài chưa sẵn sàng hợp tác với chính quyền cánh tả ở nước này và chính quyền có ý định giữ quyền khai thác, giữ lấy càng nhiều càng tốt phần giá trị gia tăng của quá trình tinh luyện khi nhu cầu lithium của thế giới tăng.

Sản xuất lithium bằng phương pháp muối nước rẻ hơn rất nhiều so với khai thác muối mỏ. Lithium từ khoáng sản hoặc từ quặng có chi phí sản xuất khoảng 4.200-4.500 USD/tấn, trong khi đó lithium từ muối nước có chi phí sản xuất khoảng 1.500-2.300 USD/tấn.

b) Khoáng pegmatites – là đá nham thạch dạng hạt thô được hình thành bởi quá trình kết tinh của dòng dung nham núi lửa. Pegmatites chứa lithium là tương đối hiếm và phần lớn đi cùng với thiếc, tantalum và spodumene (LiAlSi₂O₆). Alaska, Northern Ontario, Quebec, Ireland và Phần Lan là những nơi trong nhiều nơi trên thế giới có mỏ khoáng pegmatite. Các mỏ pegmatite ở Carolina, Mỹ, đã đóng của bởi vì chế biến lithium từ nước muối rẻ hơn là khai thác và chế biến từ đá rắn.

Khoáng pegmatite lithium về cơ bản là spodumene, petalite và lepidolite. Tất cả khoáng này được sử dụng trực tiếp trong ngành công nghiệp gốm và thuỷ tinh để hàm lượng sắt trong gốm-thuỷ tinh thấp và để sản xuất hoá chất lithium. Spodumene, là một tinh khoáng, vẫn được sử dụng để sản xuất hoá chất lithium và được Công ty Galaxy Resources (GXY) phát triển ở Tây Nam Australia trong một dự án liên doanh lithium và tantalum.

c) Đất sét hectorite - hectorite là một khoáng magnesium lithium smectite và đất sét này được tìm thấy ở một số nơi tại phía Tây nước Mỹ. Mỏ lớn nhất kết hợp với đá núi lửa của miệng núi lửa McDermitt nằm dọc theo biên giới Nevada/Oregon. Nơi đây xuất hiện một loạt thấu kính địa chất kéo dài. Công ty Western Lithium Corporation (WLC) chủ sở hữu tài nguyên đất sét và đã hoàn thành các giai đoạn khoan thăm dò ở miền Tây Bắc Nevada để khẳng định sẽ tiến hành công việc sớm hơn và chứng minh một nguồn tài nguyên lithium carbonate (Li₂CO₃ ) qui mô lớn.

d) Mỏ muối nước lithium địa nhiệt - Các nhà máy điện địa nhiệt hút nước mặn nóng từ dưới sâu để thu nhiệt phát điện và nước mặn này có chứa các khoáng sản không phân huỷ được. Vì vậy, như 7 nhà máy điện địa nhiệt ở Salton Sea có thể sản xuất ra 16.000 tấn lithium mỗi năm.

Số lượng nhỏ lithium có trong các mỏ muối nước ở Wairakei, New Zealand (13ppm) tại Reykanes Field (8ppm) và các vùng khác tại Iceland và tại El Tatio ở Chile (47ppm). Xuất hiện hấp dẫn nhất là ở vùng Nam Brawley của Salton Sea ở Nam California. Cùng với các mỏ lithium, Vùng Tài nguyên Địa nhiệt Salton Sea (KGRA) ở Nam California có một vài tập trung potash, chì, boron và kẽm và hiện có 10 dự án điện với tổng công suất 326 MW. Có một dự án khác với tổng công suất điện địa nhiệt tới 511 MW của tổng tiềm năng đã phê duyệt là 680 MW.

đ) Mỏ muối nước giếng dầu – các mỏ lithium nằm trong các mỏ muối nước giếng dầu ở Alberta, Bắc Dakota, Wyoming, Oklahoma, Đông Texas và Arkansas. Tại những nơi này có mỏ muối nước hàm lượng lithium lên tới 700ppm. Các mỏ lithium nằm trong mỏ muối nước giếng dầu khác nằm ở Paradox Basin, bang Utah. Tuy nhiên, xét toàn cầu về qui mô trữ lượng, hiệu suất tiềm năng và chi phí sản xuất thì không thể khai thác được.

Những vấn đề liên quan đến hiệu quả khai thác lithium

Chi phí khai thác tại các mỏ muối nước trong đất liền khác nhau, nhưng còn thấp hơn so với chi phí khai thác các loại mỏ khác. Chi phí của soda ash để chuyển đổi lithium chloride thành lithium carbonate chiếm khoảng 01 % tổng chi phí. Nguyên tố có hại nhất trong muối nước là ma nhê và hệ số Mg/Li thấp nhất tại mỏ Salar de Atacama, thấp tại mỏ Salar de Hombre Muerto và hơi cao hơn tại mỏ Salar de Rincon. Mỏ muối lithium lớn nhất của Trung Quốc có hệ số Mg/Li cao hơn, vì thế muối nước ở đây cần phải chế biến phức tạp hơn.

Trường hợp khai thác mỏ khoáng pegmatites, chi phí sản xuất bao gồm khai thác, tuyển thành tinh quặng có hàm lượng trung bình hoặc cao hơn, nung để tạo ra spodumene beta có khả năng lọc a xít, phản ứng với a xít sulphuric và chuyển hoá dung dịch lithium sulphate với sodium carbonate. Chi phí a xít, soda ash và năng lượng chiếm tỷ lệ tương đối lớn trong tổng chi phí nhưng có thể bù phần nào nếu có thị trường cho sản phẩm phụ là sodium sulfate. Muối nước địa nhiệt có chứa nhiều kẽm, sản xuất điện là chủ yếu, nhưng cũng như trường hợp muối nước giếng dầu chi phí thu hồi chưa được xác định.

Một vấn đề quan trọng trong ngành công nghiệp muối nước là có hoặc không có các sản phẩm phụ khác có thể thu hồi được, các sản phẩm này có thể ảnh hưởng đến tính kinh tế của một dự án. Hàm lượng muối nước lithium rất khác nhau ở vùng Andes, từ gần 0,3% lithium tại mỏ Salar de Atacama ở Chile đến 0,062 và 0,034% lithium ở mỏ Hombre Muerto và mỏ Rincon ở Argentina. Một vấn đề khác phác họa các mỏ muối nước lithium lớn là hệ số bốc hơi thực. Hệ số này xác định khu vực bốc hơi của bề mặt ruộng cần thiết để nâng cấp hàm lượng lithium cung cấp cho nhà máy.

 Ứng dụng lithium

Thị trường sử dụng cuối cùng toàn cầu của lithium như sau: gốm và thuỷ tinh: 31%, pin: 23%, mỡ bôi trơn: 10%, xử lý không khí: 5%, đúc liên tục: 4%, sản xuất nhôm nguyên khai: 3%, và sử dụng khác: 24%. Sử dụng lithium để sản xuất pin tăng nhanh chóng trong những năm qua, bởi vì pin sạc được sử dụng ngày càng tăng trong các thiết bị điện tử sách tay và dụng cụ điện.

Pin - nhất là pin sạc, là thị trường cho hợp phần lithium với tốc độ tăng trưởng mạnh nhất. Pin lithium sạc được sử dụng trong các thiết bị điều khiển từ xa, máy tính sách tay, điện thoại, máy ảnh, máy quay video. Các hãng sản xuất ô tô theo đuổi sản xuất pin lithium cho xe hơi điện hybrid. Năm 2009, Bộ Năng lượng Mỹ đã bỏ ra 2,4 tỷ để thúc đẩy phát triển năng lực sản xuất pin và cấu kiện vận hành điện cho xe hơi chạy điện,  hơn 900 triệu USD đã được cấp cho các công ty cung cấp nguyên liệu pin, công ty sản xuất pin lithium ion và tái chế pin lithium.

Trần Minh Huân