Má se Česká republika stát producentem lithia?

 Nevyskytuje se volně

Identifikované světové zásoby lithia v ložiskách nerostných surovin se blíží hodnotě 14 milionů tun. K tomu je nutno připočítat obrovské zásoby tohoto kovu v minerálních vodách, solankách (obsahy až 200 ppm) ¹⁾ a světových mořích (0,1–0,2 ppm).

Mezi nejvýznamnější odvětví spotřeby lithia patří výroba lehkých slitin pro automobilový a letecký průmysl i některé kosmické technologie. Lithium a jeho sloučeniny se mohou uplatnit při výrobě zdrojů elektrické energie (lithio vých baterií, akumulátorů) a „inteligentních“ elektrických i elektronických součástek. Dosti lithia a jeho sloučenin se spotřebuje také při výrobě sklářských a keramických materiálů se zvýšenou odolností vůči tepelným šokům a s minimální tepelnou roztažností. Nezanedbatelnými spotřebiteli lithia jsou rovněž farmaceutický průmysl (antidepresiva) a chemická výroba (mazadla, polymerní materiály). Perspektivně se může tento kov využívat rovněž při termojaderné fúzi a piezofúzi pro výrobu elektrické energie. Poslední publikované údaje o světové spotřebě lithia uvádějí hodnotu 21 280 tun v roce 2008 a předpokládají její neustálý růst (5 až 8 % ročně) zejména kvůli výrobě lithiových zdrojů energie a superlehkých slitin.

Gravitační a flotační metody

Při získávání lithia se (v závislosti na typu zdroje) používají různé postupy. Pro separaci lithia z mořské vody se jako nejvhodnější jeví jeho adsorpce na selektivních sorbentech na bázi MnO₂. Z minerálních vod a solanek, které mají podstatně vyšší obsahy lithia, je možno tento kov získat koncentrováním (částečným odpařením vody) a vysrážením. V nerostných surovinách (rudách) se lithium vyskytuje přibližně ve 110 minerálech. Nejvýznamnější nerosty pro průmyslové získávání lithia jsou amblygonit, eukryptit, lepidolit, petalit či spodumen, cinvaldit. Průmyslová výroba lithia z rudních surovin spočívá v několika základních krocích. Po vytěžení rudy hlubinným nebo povrchovým způsobem je nutno z takto získané suroviny odstranit hlušinu, a tím zvýšit obsah minerálu obsahujícího lithium. Vytěžená rudnina se musí nejprve podrtit a pomlít na vhodnou velikost. Lithné minerály se oddělují gravitačními nebo flotačními metodami. Gravitační metody využívají rozdíly v hustotách jednotlivých minerálů, které se tak rozdělí na několik produktů lišících se hustotou. Metody flotační separace jsou založeny na rozdílných fyzikálně-chemických vlastnostech minerálních povrchů, jež se projevují odlišnou smáčitelností minerálů lithia a ostatních složek suroviny vodou. Nesmáčitelné minerály lithia jsou zachycovány na bublinkách vzduchu, a tím oddělovány od ostatních nerostů. Produkty těchto separačních procesů se označují jako koncentráty a jsou buď používány v tomto stavu (ve sklářském a keramickém průmyslu), nebo dále chemicky zpracovávány na požadovanou sloučeninu, nejčastěji uhličitan či chlorid lithný.

Chemické přepracování se provádí buď kyselým, nebo zásaditým způsobem. Kyselý způsob spočívá v pražení koncentrátu při teplotě zhruba 1100 °C a vyluhování za tepla v kyselině sírové. Poté je lithium extrahováno vodou do roztoku ve formě síranu lithného. Uhličitan lithný se získá přidáním uhličitanu sodného, úpravou kyselosti (pH), dočištěním a odpařením. Poté se uhličitan převede na chlorid lithný reakcí s chlorovodíkem. Bazický způsob spočívá v pražení lithiového koncentrátu s vápencem při 900 °C; výsledná směs je rozmělněna a vodou je z ní extrahován hydroxid lithný, ze kterého je chlorid lithný získán opět reakcí s chlorovodíkem.

Mezi největší světové producenty lithia patří Chile s přibližně 8200 t roční produkce (r. 2006), dále pak Austrálie (5500 t), Argentina (2900 t), Čína (2820 t) a Rusko (2200 t). Téměř polovina světových zásob lithia se nachází v Bolívii.

Zdroje v České republice

I v České republice se můžeme setkat se zdroji lithia. Kromě minerálních vod se lithium vyskytuje na ložiskách cínowolframových rud v Krušných horách v oblasti Cínovce, Krupky a Horního Slavkova. Převážně jde o ložiska pneumatolyticko-hydrotermálního původu, složená jednak z rudních žil, jednak z greisenových těles. Rudnou výplň představují převážně křemen, cinvaldit, topas a fluo rit, užitkovou složku wolframit, kasiterit, popřípadě scheelit. Krušnohorské greiseny mají poměrně značné příměsi disperzních prvků – niobu, tantalu, selenu a india – a vysoké obsahy lithia, rubidia i cesia. Ložiska cínowolframových rud v Krušnohoří byla v minulosti dosti intenzivně těžena. Vytěžená ruda se gravitačními a flotačními metodami zpracovávala na cínowolframový koncentrát a odpady po úpravě rudy byly skládkovány na příslušných odkalištích. Po útlumu rudného hornictví v České republice počátkem devadesátých let minulého století se ložiska přestala těžit a nevyužité zůstávají rovněž odpady uložené na odvalech.

První práce zaměřené na možnosti získání lithia z českých nerostných zdrojů byly zahájeny v šedesátých letech minulého století a pokračovaly s přestávkami až do osmdesátých let. V nedávné době se v rámci několika projektů vědy a výzkumu na českých univerzitách (VŠCHT Praha a VŠB-Technická univerzita Ostrava) řešila problematika získávání lithia z nejrůznějších typů odpadních surovin. Jeden z projektů byl zaměřen na možnosti využití dosavadních úložišť odpadů po úpravě cínowolframových rud pro získání tohoto zajímavého kovu, a navázal tak na výzkumy prováděné v dřívější době. Poměrně podrobným způsobem byla pomocí vrtů zmapována hlavní úložiště těchto odpadů v oblasti Cínovce a Horního Slavkova, na nichž je uloženo přibližně 3 350 000 m³ odpadního materiálu s průměrným obsahem 0,27 % lithia a 0,20 % rubidia. Z toho je zřejmé, že by tento odpad mohl sloužit v první fázi jako významný zdroj strategických kovů. Přihlédneme-li k zásobám nevytěžené rudy na ložiskách Cínovec a Krásno (přibližně 67 Mt rudy), představují tyto materiály pro výrobu lithia a rubidia poměrně mohutný potenciál.

Lithium se v českých nerostných zdrojích, na rozdíl od zdrojů zahraničních, vyskytuje ve formě lithné slídy cinvalditu (obrázek 1). Pro separaci tohoto užitkového minerálu byly v rámci zmíněného projektu v rozsáhlých experimentech odzkoušeny tři různé technologie pro dosažení tohoto cíle (flotační, gravitační a magnetické metody rozdružování). S přihlédnutím k zvýšenému obsahu železa v cinvalditu oproti ostatním lithným slídám se jako technologicky nejvhodnější a provozně nejschůdnější jevila v průběhu zkoušek metoda magnetického rozdružování za sucha, i když z technologického hlediska bylo obdobných výsledků dosaženo i pomocí flotačního rozdružování. Za reálný výsledek technologie magnetické úpravy se dá považovat výroba lithiového koncentrátu s obsahem 1,1–1,2 % lithia, které je doprovázeno rubidiem (0,1–0,2 %). Ve svém důsledku se tato skutečnost odrazí jednak v jednoduchosti celého procesu, jednak v příznivé ekonomické bilanci.

Stojí to za to?

V současnosti se ve světě pro výrobu lithia z minerálních surovin používají především spodumenové či lepidolitové koncentráty s obsahy 5–8 % oxidu lithného. Konečný produkt technologické linky magnetické separace (cinvalditový koncentrát s obsahem 2,2–2,6 % oxidu lithného) nedosahuje takové kvality, přesto je – díky neustále rostoucímu zájmu o sloučeniny lithia i rostoucím cenám – potenciálním zdrojem vhodné suroviny pro další chemickou výrobu solí lithia. Může být použit rovněž v surovém stavu (po odželeznění) v keramické a sklářské výrobě. K výhodnosti celého procesu by přispěl jistě rovněž charakter zpracovávané suroviny – odpad uložený na odkališti.

Na základě úvah o využití odpadních materiálů na dosavadních odkalištích se nabízí i myšlenka na možné získávání lithia z krušnohorských ložisek cínowolframových rud. To by však samozřejmě vyžadovalo jejich novou otvírku a komplexní využití všech složek suroviny.

Po zvážení všech podstatných okolností ekonomických a geopolitických je nutno položit otázku uvedenou v titulku článku: Může a má se Česká republika stát významným producentem lithia?