Литий является ценным сырьем для высокотехнологичных производств, но в связи с ростом цен на литий и его соединения государствам без собственных месторождений лития необходимо искать пути для самостоятельной добычи. Тем не менее пластовая вода некоторых газоконденсатных месторождений является перспективным источником добычи лития и его соединений, и разработка аналитических методов определения лития в пластовой воде газоконденсатных месторождений необходима для рассмотрения возможности выделения лития из данного сырья.
Литий – первый щелочной металл в периодической таблице, это самый легкий серебристо-белый мягкий металл с низкой температурой плавления. Многие из его физических и химических свойств больше похожи на свойства щелочноземельных металлов, чем на свойства его собственной группы.
Наиболее важными свойствами лития являются его высокая удельная теплоемкость, огромный температурный диапазон жидкого агрегатного состояния, высокая термическая проводимость, низкая вязкость и очень низкая плотность. Литий принимает участие в огромном количестве реакций как с органическими, так и с неорганическими реагентами.
Основное соединение лития – гидроксид лития. Карбонат используется в гончарной промышленности и в медицине как антидепрессант, а бромид и хлорид лития образуют концентрированные рассолы, которые обладает свойством поглощать влагу в широком интервале температур – эти рассолы используются также в системах кондиционирования воздуха.
В основном литий в промышленности используется в форме стеарата лития в качестве загустителя консистентных смазок. Другие важные области применения соединений лития – керамика, глазури для фарфора, добавка для увеличения срока службы и производительности щелочных аккумуляторных батарей, а также при сварке латуни. Сплавы лития с алюминием, кадмием, медью и марганцем используются для изготовления деталей самолетов с высокими эксплуатационными характеристиками.
За счет своих особенных свойств, литий нашел применение во многих сферах производства. Литий и его соединения также широко применяются в производстве термоэлектрических материалов (сульфиды меди и лития известны как одни из лучших полупроводников, предназначенных для изготовления термоэлектропреобразователей), изготовлении лазерных материалов (для этих целей чаще всего используют фторид лития, лазеры и оптика, при изготовлении которых используют соединения лития, являются более дорогостоящими), в производстве пиротехники (для получения красного цвета огней), в ядерной энергетике (литий имеет высокую теплоемкость, поэтому металл используется в качестве теплоносителя).
Как следствие, литий и его соединения присутствуют на мировых биржах, и, учитывая, что литий необходим крупным высокотехнологичным производствам, спрос на этот металл растет с каждым годом. В последний год цена на него начала расти впервые за последние несколько лет [1].
Литий добывают по двум технологиям: выделяя металл из рассолов концентрированием или из минералов. Сегодня большая часть коммерческого лития извлекается из рассолов в Чили, а мировая добыча литиевых руд и солей составляет около 40 тыс. т в год, причем запасы оцениваются примерно в 7 млн т.
В настоящее время литий добывают по двум технологиям: выделяя металл из рассолов концентрированием или из минералов. Сегодня большая часть коммерческого лития извлекается из рассолов в Чили, а мировая добыча литиевых руд и солей составляет около 40 тыс. т в год, причем запасы оцениваются примерно в 7 млн т [2].
В мире из рассолов добывается до 60 % общего объема соединений лития, к тому же экономические издержки первичного обогащения лития в растворах значительно ниже, чем при получении лития из пермагнитов. Учитывая, что на реализацию любого проекта по добыче лития из минералов с нуля потребуется значительное количество усилий и ресурсов, так как необходимо не только строительство химико-металлургического комплекса, но и самого комплекса по добыче металла, более актуально в первую очередь рассматривать добычу лития из пластовых вод газоконденсатных месторождений, при которой не требуются затраты на извлечение рассола для дальнейшей переработки.
Исходя из актуальности востребованности лития в промышленности, становится ясно, что для любого государства, которое желает иметь высокотехнологичные производства, было бы предпочтительным добывать и производить в товарном виде высокочистый литий самостоятельно.
Пластовая вода газоконденсатных месторождений – это смесь различных компонентов, содержащая, в том числе, соединения лития. Соответственно, ее можно применять для его промышленной добычи, если концентрация литиевых соединений будет достаточна для экономически выгодного выделения. Известно, что ряд газоконденсатных месторождений России может содержать достаточное количество лития для выделения его в чистом виде и существуют методики добычи лития из рассола, поэтому создание новых методов извлечения лития не потребуется, однако первоначально необходимо создание аналитической методики определения лития в газоконденсате и пластовой воде.
Одним из методов определения присутствия лития в пластовой воде месторождений в достаточном количестве для выделения в чистом виде является пламенный или электротермический методы атомно-абсорбционной спектрометрии. Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) – это аналитический метод измерения малых концентраций. Например, пламенный метод атомно-абсорбционной спектрометрии позволяет определять потенциальное содержание элемента в растворе с пределом обнаружения до 0,02 мкг/л.
В этом методе используются световые волны с длиной волны, специально поглощаемой элементом. Они соответствуют энергиям, необходимым для продвижения электронов с одного энергетического уровня на другой, более высокий энергетический уровень.
Одним из методов определения присутствия лития в пластовой воде месторождений в достаточном для выделения в чистом виде количестве является метод атомно-абсорбционной спектрометрии, измеряющий малые концентрации.
Можно проводить измерения соединений лития и в газовом конденсате, но в пластовой воде соединения лития растворяются значительно лучше, чем в газовом конденсате. Пламенный метод атомно-абсорбционной спектрометрии используется для более высоких концентраций вещества в пробе, и из-за необходимых для целесообразности выделения значительных концентраций лития в пластовой воде целесообразно именно его использование. Более низкие концентрации могут быть измерены с использованием электротермической атомизации [3].
В качестве примера было произведено измерение концентрации лития в пластовой воде одного из газоконденсатных месторождений России. Для точного расчета концентрации лития в пробе пластовой воды использовался метод калибровочной кривой с использованием четырех градуировочных растворов, также готовился контрольный раствор иной концентрации.
Содержание лития в пластовой воде превысило все ожидания. В пересчете водный раствор из водно-метанольной смеси соединения лития содержатся на уровне 231 мг/л – содержание лития в пластовой воде оказалось очень велико.
Заключение
Важнейшим приоритетом государственной сырьевой политики Российской Федерации в отношении редкоземельных металловявляется импортозамещение и создание редкометалльных производств полного цикла на основе национальной минерально-сырьевой базы. Существующая зависимость российской экономики и промышленности от импорта редкоземельных металлов несет серьезную угрозу национальной безопасности [4].
Исходя из вышеперечисленных свойств лития и его соединений, можно сделать вывод, что необходимо провести анализ содержания лития как на новых газоконденсатных месторождениях, так и на действующих. Такие исследования могут быть использованы для подбора более эффективного метода очистки газового конденсата, а также для подбора и оптимизации режимов эксплуатации скважин.
При обнаружении достаточной концентрации лития в пластовой воде и газовом конденсате на месторождениях необходимо будет провести комплексный технико-экономический анализ для перспективного строительства установок по концентрации литиевых растворов прямо на промыслах и завода по производству соединений лития, которые наиболее востребованы атомной, медицинской, энергетической промышленностью.
Литература
1. Литий. Торговая экономика. URL: https://tradingeconomics.com/commodity/lithium (дата обращения: 01.10.2021).
2. Добыча лития: твердая порода (пермагнит) или солевой раствор – что лучше? URL: https://sharespro.ru/ (дата обращения: 01.10.2021).
3. Карпов А.Б., Кондратенко А.Д., Козлов А.М. Современные методы анализа газов и газоконденсатов. Лаб. практ. СПб.: Изд-во «Лань», 2018. 120 с.
4. Распоряжение Правительства РФ. Стратегия развития отрасли редких и редкоземельных металлов Российской Федерации на период до 2035 года URL: https://minpromtorg.gov.ru/docs/#!strategiya_razvitiya_otrasli_redkih_i_redkozemelnyh_metallov_rossiyskoy_federacii_na_period_do_2035_goda (дата обращения: 01.10.2021).
