Аааа, просто выяснилось, что причина, по которой проект lib был добавлен как бесполезный нерасширяющийся элемент, заключалась в том, что у меня был открыт проект lib в другом окне. XCode не дал мне никаких указаний на то, что проблема заключалась в этом, поэтому мне повезло наткнуться на нее.
После того как я закрыл другое окно, я смог добавить проект lib, и он правильно отображался как расширяемое поддерево, а также теперь был виден для выбора в целевых зависимостях приложения.