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        我國鹽湖鋰資源及開發現狀鹽湖提鋰技術發展和成本演變

        時間:2022-06-28 14:36:53來源:鉅大LARGE

        導語:?在SMM舉辦的"2020(第五屆)我國國際鎳鈷鋰高峰論壇暨我國國際新能源鋰電材料大會"上,五礦鹽湖有限公司副總經理侯昭平就鹽湖提鋰技術發展歷程和展望給我們帶來了精彩演講。

          我國鹽湖鋰資源及開發現狀

          侯昭平表示目前,全球范圍內能夠被開發利用的鋰礦床有兩種,一種是鹽湖鹵水鋰礦床,另外一種是巖石鋰礦床,其中鹽湖鹵水鋰資源占資源總量的70%以上,重要分布在智利、玻利維亞、阿根廷、我國等地。

          我國的鋰鹽湖資源重要分布在青海和西藏兩地,其中,青海鹽湖資源中已編入礦產儲量的鋰礦產地10處,保有氯化鋰儲量2447.38萬t。有察爾汗鹽湖及別勒灘礦區2個特大型礦床,西臺、東臺吉乃爾湖和一里坪礦區3個超大型礦床,10個鹽湖中鋰含量達到工業品位的鋰資源892萬t,可供開發利用。

          西藏鹽湖資源重要分布在北地區,其中鹵水鋰含量達到邊界工業品位的鹽湖有80個,其中大型以上的有8個,LiCl資源儲量為1738.34萬t。重要礦床有扎布耶、龍木錯、結則茶卡、拉果錯、鄂雅措等鹽湖。

          鹽湖提鋰技術發展歷程和成本演變

          上世紀60年代以前,鹵水提鋰技術研究已經起步,美國在這方面做了許多工作,但大多數只停留在研發階段,未能付諸實際應用。1974年以后,隨著大量鹽湖鹵水鋰資源的發現,助推了世界上一些鹵水鋰資源大國和鋰礦開發公司的開發和投資熱情。1980年以后,美國塞浦路斯富特公司、FMC等公司開始大舉進軍鹽湖提鋰領域,拉開了鹽湖提鋰產業化的序幕。

          鹽湖提鋰技術重要包括沉淀法、太陽池法、萃取法、煅燒法、吸附法、mo法以及其他新提鋰技術。

          沉淀法

          沉淀法只適用于Mg2+/Li+小于10的鹽湖鹵水,因此該技術在南美阿塔卡瑪、銀峰和翁布雷穆埃爾托等Mg2+/Li+低的鹽湖得到應用。該技術在鹽田工藝過程中就能實現鎂鋰分離,并將Li+濃縮至30g/l以上,后段工序只需深度除雜就能滿足生產需求,具有工藝技術簡單、能耗低、投資省等優點。

          由于具備以上優點,早在1986年美國塞浦路斯富特公司就停止本國鋰輝石提鋰工業生產,采用該工藝在美國內華達州銀峰和南美阿塔卡瑪鹽湖投資建設碳酸鋰加廠,拉開鹵水提鋰的序幕。1997年SQM從智利阿塔卡馬(價Atakama)鹽湖中提鋰成功,將碳酸鋰價格降至1500$/t(而同期國際價格為3300$/t),極大地沖擊了世界各國的硬巖鋰業。2018年,雅保、SQM、Livent和Orocobre四家鹽湖提鋰公司采用該技術生產的鋰化工產品合計達到15.8萬t,占全球鋰總供應比例為52.4%,其生產成本約為3000-5000$/t,在行業內具有一定的優勢。由于該技術簡單、成熟,因此,近40年來成本構成基本未發生變化,價格變化重要源于物價上漲和人力成本提升。

          太陽池法

          該工藝技術路線是針對Mg2+/Li+極低(≤0.1)的碳酸鹽型鹽湖開發的技術。由于碳酸鹽型鹽湖鹵水鎂含量極低,因此鹵水直接晾曬就能得到60%、70%的碳酸鋰粗礦,后段只需對碳酸鋰粗礦進行提純就能得到電池級碳酸鋰產品。

          2003年三月,扎布耶鹽湖利用該技術啟動碳酸鋰一期項目建設,于2005年八月試車成功。但由于該鹽湖含碳酸根導致曬鹵過程損耗大,再加上海拔4000米以上高寒缺氧、基礎條件差等問題,導致產量提升受限,目前,設計產量仍然為3000t/a,2017年生產鋰鹽合計2728t。由于近十年來該技術未進行變革,因此,成本構成未發生顯著變化,目前生產成本約為1.5-2萬元。

          萃取法

          溶劑萃取法鹵水提鋰的技術研究有40多年歷史,先后有美國鋰公司、中科院上海有機化學研究所、中科院青海鹽湖研究所等單位進行了研究。

          目前,大柴旦鹽湖采用該技術已建成產業化裝置,成功生產出氯化鋰和碳酸鋰,但是由于初期該工藝存在萃取劑價格高、損耗大、設備腐蝕等造成的生產不持續等問題,使成本曾高達6萬元。近年來,隨著該技術的不斷進步,目前的生產成本約為4萬元左右。

          煅燒法

          煅燒法是針對高鎂鋰比鹽湖鹵水提出的技術。由于高鎂鋰鹽湖鹵水灘曬濃縮到最后的鹵水(老鹵)為富鋰的水氯鎂石飽和溶液。水氯鎂石在550以上分解成氧化鎂和氯化氫氣體,在此條件下氯化鋰不分解。將煅燒后的燒結物浸取,鋰鹽易溶于水則進入溶液,氧化鎂幾乎不溶于水則留于渣中,浸取液中硫酸根、鎂和少量硼等雜質,濾液凈化后經蒸發、加堿沉淀烘干就可以得到碳酸鋰產品。

          2007-2011年在西臺吉乃爾鹽湖建成煅燒工藝生產線,項目建成初期,由于設備材質選型、氯化氫回收和鎂渣回收等問題,導致生產無法持續,成本高達8萬元以上。2015年隨著鋰鹽市場的火爆,公司啟動多項科技研發及技改工作。2016年改造完成后,影響該工藝運行的問題得到了改善,生產成本下降至4萬元左右(和大部分礦石提鋰公司成本相當),特別是產品質量有大幅度提高,目前產品已應用到北京當升科技等一些大型有影響力的電池材料生產公司中。

          吸附法

          mo法

          2007年在東臺吉乃爾鹽湖成功建成3000tmo法工藝生產裝置。項目建成初期,由于裝置運行不穩定且膜消耗較高,致使成本超過6萬元。后來,隨著對電滲析膜系統的掌握以及電滲析膜制造技術的升級,裝置運行不穩定的問題逐步得到解決,生產成本大幅下降至2萬元左右,較礦石法提鋰技術有很大的成本優勢。2012年又新建建成7000t生產線成功生產,兩條生產線共1萬t產量經過幾年的提升改造,目前兩條生產線能一次性生產出主含量大于99.6%,產品質量完全達到《鹵水電池級碳酸鋰地方標準》,90%的產品銷往電池材料生產廠商,代表性的下游客戶有北大先行、天津巴莫、杉杉、北京當升。

          目前青海東臺吉乃爾鋰資源股份有限公司新建的1萬t生產線已建成投產。截至目前利用該技術建成產業化裝置產量達到2萬t/a。

          其他新提鋰技術

          1.鋰離子篩吸附提鋰技術

          離子篩是一種能夠將目標離子導入無機化合物并發生反應形成復合氧化物的新型合成材料。該材料可在不損壞結構的情況下和目標離子形成空間匹配的空穴,實現在多種離子共存環境中選擇性識別和篩分目標離子的功能。

          常見的鋰離子篩有錳基鋰離子篩和鈦基鋰離子篩,該材料和鋁系鋰吸附劑相比具有吸附容量大的優點,但是也存在溶損嚴重的缺點。近年來,科學家們為了解決鋰離子篩溶損問題開發出了鋰離子篩膜、鋰離子篩納米管等先進材料,目前這些材料尚處于研發階段。

          2.電化學脫嵌法鹽湖提鋰技術

          中南大學冶金和環境學院趙中偉教授團隊將鋰電池的工作原理應用于從鹽湖鹵水中選擇性提取鋰,創造性地發明了"電化學脫嵌法鹽湖提鋰"新技術。基于這一創新思路,構筑了"富鋰態吸附材料│支持電解質│陰離子膜│鹵水│欠鋰態吸附材料"的電化學提鋰新體系,經過近十年的攻關,實現了鹽湖鹵水中鋰的高選擇性、低成本、綠色提取和富集。

          2017年該技術成果轉讓給上海鄲華科技發展有限公司(轉讓經費1.048億元),并由上海鄲華和中南大學共同成立江蘇中南鋰業有限公司,對技術進行持續開發和推廣。據悉,該成果轉化技術已經完成工業化試驗,且開發出第二代電化學脫嵌法膜堆電解槽關鍵設備及智能專家控制系統,并和相關公司簽訂年產2萬t碳酸鋰項目的技術合作協議。

          展望

          近十年來,雖然高鎂鋰比鹽湖提鋰技術取得了很大的成績,但是和南美的低鎂鋰比鹽湖提鋰相比,在生產成本方面仍然存在很大的提升空間。未來,隨著鋰資源開發進程加快產量釋放及其他的因素影響下,市場價格若持續下行,諸多成本高、缺乏資源的公司就很難再支撐下去,甚至會出現虧損和停產。

          為了在激烈的市場競爭中實現可持續發展,加大科技投入,提升和優化工藝,提高產品質量,降低生產成本是每個高鎂鋰比鹽湖提鋰公司要考慮的問題。

          1、適時適度修改產品標準

          早期的鋰鹽技術起源于礦石法提鋰,含鋰礦石中硼、氯根含量極低,在此背景下制定的電池級碳酸鋰行業標準(YS/T582),對硼、氯根等雜質指標要求非常高(≤30ppm)。而這種較為苛刻的硼、氯根指標要求是否是電池級碳酸鋰所必須的?

          鹽湖鹵水提鋰技術目前很難達到YS/T-582-2013中對硼、氯根要求,要二次提純才能達到,導致生產成本相當高。為有效解決鹽湖提鋰技術在鋰行業的硼、氯根指標共性問題,建議政府、行業協會和上下游公司通過必要的手段,探究硼、氯根對電池級碳酸鋰影響,適時適度修改目前的產品行業標準。制定較為科學的產品質量標準,推動鹽湖鋰產品在電池領域的推廣應用。

          2、鹽湖資源綜合開發利用

          鹽湖資源重要含有鈉、鎂、鉀、鋰、硼等元素,這五種元素中鎂、硼資源的開發利用是鹽湖資源開發利用的瓶頸,假如解決了鎂、硼資源的開發問題就會大大降低其他元素開發利用的難度,同時鎂產品種類多、應用范圍廣、附加值高,具有更大的經濟開發利用價值。

          鎂硼資源的開發利用有望將高鎂鋰比鎂鋰分離的成本和除硼的成本轉嫁至鎂產品和硼產品上,屆時鋰產品生產成本將大幅降低,具備和南美鹽湖競爭抗衡的能力。

          3、原始鹵水直接提鋰技術

          傳統的鹽湖提鋰技術是以經過鹽田攤曬工藝脫鈉、析鉀后得到的老鹵為原料。通常在鹽田攤曬和采輸鹵的過程中會有部分鋰資源損失,其重要體現在鹽田滲漏和鈉鹽、鉀鹽中夾帶的損失。

          原鹵吸附提鋰直接以原始鹵水為原料,有效規避了鹽田工藝中的損失,極大的提高了鋰資源的收率,延長資源服務年限,擴大生產規模,降低生產成本。

          近年來,隨著吸附提鋰技術的發展,很多科研單位和公司開發出了適用于原鹵提鋰的鋰鈉分離樹脂,并在原鹵提鋰領域取得一定成績,目前已有多家公司正在馬不停蹄的進行和此相關的科技攻關。

          4、重視科技研發,取長補短

          目前這幾種提鋰(碳酸鋰)工藝一次下線產品質量和電池材料要求都存在一定差距,重要是由于鹽湖鹵水自身原料的特性及工藝控制存在的問題致使成產出的碳酸鋰產品Na+、Mg2+、Cl-、B偏高,有些工藝碳酸鋰產品主含量在98%~99.5%之間,尚無法直接應用在鋰電池材料行業。

          因此,在加大科技研發力度的同時,各種成熟的鹽湖提鋰技術相互借鑒,取長補短,將有助于提升產品質量,降低生產成本。

          5、差異化競爭

          目前無論是礦石法提鋰還是鹽湖提鋰,重要產品為碳酸鋰和氫氧化鋰,尤其是碳酸鋰產品同質化競爭顯著,影響了行業的良好發展。假如各大鋰鹽生產廠商原料自身的特點生產不同的產品,進行差異化競爭將有利于行業的發展。例如礦石法生產氫氧化鋰產品,碳酸鹽型鹽湖(西藏扎布耶)生產碳酸鋰,青海鹽湖生產磷酸鋰,不僅能發揮自身優勢,而且能夠防止同質化競爭帶來的壓力。

          2019年底爆發的新型冠狀病毒,對全球的整體經濟有很大的影響,鋰行業也不例外。但是,鋰行業畢竟是新型能源行業,是朝陽產業,社會的發展離不開能源,尤其是新型清潔能源。從目前形勢來看,疫情導致短時間內鋰銷量小幅降低不會影響行業發展趨勢和價格變化。當前,鋰電產業已進入成長期,會遇到一些困難。但隨著鹽湖提鋰技術的發展,現有高鎂鋰比鹽湖提鋰技術面對的困難和存在的問題將得到解決。堅信鋰電產業未來會有巨大的發展空間,讓我們攜手共進,開創鋰電產業更好的明天!


        標簽: 新能源

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