【原创】盐湖提锂,未来可期


来源:中国粉体网   长安

[导读]  锂电下游需求旺盛,原材料紧张情绪延续,我国拥有丰富的湖资源叠加锂电上游原材料对外依赖度高,特别是中央明确提出加快建设世界级盐湖产业基地,盐湖提锂有望迎来发展机遇期。


中国粉体网讯  锂常见的化合物包括碳酸锂、氢氧化锂等。其中,电池级碳酸锂主要用于制备钴酸锂、锰酸锂、三元材料及磷酸铁锂等锂离子电池正极材料;工业级碳酸锂主要用于陶瓷、玻璃、制冷液等领域。


全球锂资源以液体矿床为主(80%),矿石为辅(20%)。其中,液态锂主要存在于盐湖卤水、海水、油田卤水和井卤水中,而优质的盐湖锂资源则主要分布在南美洲,智利的Atacama、阿根廷的Hombre Muerto、玻利维亚的Uyuni构成了著名的锂三角区域;锂矿石有锂辉石、锂云母、透锂长石等,主要集中于澳大利亚、加拿大、津巴布韦等地。



▲全球锂资源区域分布


中国目前探明的锂资源以盐湖为主,多分布于自然环境较为恶劣的青藏地区。据中国地质调查局调查显示,我国约82%的锂资源量赋存于盐湖中。而青海、西藏两地的盐湖资源量占全国盐湖总资源量比例超过90%。其中察尔汗盐湖总面积为5856平方公里,是我国最大的可溶性钾镁盐矿床,同时也是世界上大型盐湖矿床之一,各类盐的总储量达600多亿吨。


▲中国锂资源区域分布



▲察尔汗盐湖位于柴达木盆地东侧


我国锂资源并不稀缺,但有效开发不足,原料对外依赖度高。据USGS,截至 2019年末,中国锂储量/资源量分别为100/450万金属吨,全球排名第4/6位,属于第二梯队。而2019年我国锂原料产量约7500金属吨,占全球比例仅10%。当年基础锂盐冶炼产能却高达全球的71%,锂盐出货量占全球消费量的49%,比例远高10%,意味着我国大量的锂原料需要从国外进口。



之前,制约我国锂资源开发有三大难关:①开采环境差。青藏地区海拔高、自然环境恶劣,叠加电力、运输等基础设施不完备,制约了当地盐湖资源的开发与生产;②盐湖品质低。我国盐湖镁锂比显著高于海外,青海盐湖镁锂比普遍高于60,察尔汗盐湖更是高达1577,而南美盐湖镁锂比均处于20以下。镁与锂的化学性质较为相似,是较难分离的元素,过高的镁锂比造成了提锂难度大、生产成本高等问题;③提锂技术尚不成熟。国内盐湖高镁锂比的特点导致国外相关的提锂技术在我国适用性较差,过去20年中我国自主研发的提锂工艺也一直处于摸索阶段,成为桎梏盐湖锂资源开发的核心因素。


锂资源在新能源汽车尚未大规模产业化之前,市场对锂的需求主要集中依托3C消费电子电池拉动,规模不够明显。


▲2012年/2020年锂电池消费占比


2020年起,全球主要国家先后加入了支持新能源汽车发展大潮。在经历疫情这样的环境下,新能源汽车行业不但能够保持以往的市场规模,而且在这个程度上逆袭利润总额同比增长将近一半。新能源汽车的火爆带动了锂电池的发展。锂作为新能源汽车行业发展的上游核心原材料供不应求。


从产业链角度来看,锂资源产业链大致可分为上游开采、中游提炼、下游消费三个环节。


上游开采:锂资源产业链的上游主要是锂资源开采,其一为盐湖提锂;其二为矿石提锂。


中游提炼:产业链中游主要是将初级锂产品(碳酸锂、氯化锂、氢氧化锂等各种锂盐)进行加工,进而生产各种电池级锂产品及其他锂化合物产品。


下游消费:锂资源下游应用领域广泛。锂应用在动力电池中,通常以碳酸锂或氢氧化锂的形式作为主要正极材料,或者以六氟磷酸锂的形式作为电解液;另外,锂还可以与多种元素制成合金,例如铝锂、硼锂、铜锂、镁锂等,用于原子能、航空、航天等工业。



▲锂电池产业链


根据锂矿资源在自然界存储形态的不同特点,目前主流的提锂技术分为矿石提锂和盐湖卤水提锂。相较于矿石提锂,盐湖提锂无需经历精矿加工环节,成本因此相对较低。盐湖提锂利用盐湖卤水提取钾盐后形成的含锂卤水,进行深度除镁、碳化除杂和络合除钙后便能得到碳酸锂。依托丰富的盐湖资源,智利、阿根廷等南美国家目前主要采取盐湖提锂。


▲盐湖提锂VS矿石提锂单吨碳酸锂生产成本对比



随着20余年基于不同的盐湖资源品质以及地理环境等,我国不断探索盐湖提锂工艺,已初步形成了若干可行的提锂路线,包括盐田沉淀法、太阳池技术、膜法(包括电渗析法和纳滤膜分离法)、吸附法、溶剂萃取法等。


▲盐湖提锂技术一览


沉淀法、太阳池技术较适用于镁锂比较低的盐湖卤水提锂,对于镁锂比过高的情况,沉淀剂耗量过大、经济性差。


纳滤技术可在一定程度上实现锂、镁的分离,镁锂比过高会显著降低分离效果,难以用于高镁锂比盐湖卤水提锂;随着一价离子选择性交换膜的不断开发完善,电渗析技术显示出较好的应用前景,但其用于高镁锂比盐湖卤水镁锂分离的研究还处于起步阶段,高镁锂比对提锂效果的影响,以及长期运行条件下的膜寿命、运行成本等工作尚需系统开展。


吸附法具有工艺简单、选择性好、回收率高、成本低、易规模化、对环境无污染 等优势,但存在粉末状吸附剂渗透性较差、溶损较严重,颗粒状吸附剂吸附性下降且造粒困难等问题。


溶剂萃适合从相对较高镁锂比盐湖卤水中提取盐酸锂,但是在萃取工艺中需要处理的卤水量大,对设备的腐蚀性较大,存在萃取剂的溶损问题,在实施过程中对设备材质的要求较高。一些行业专家认为,萃取法前景不明朗,由于废液有机物含量过高会对盐湖造成很大的污染,在越来越高的环保标准下无法达到行业要求。


此外,当前盐湖提锂工艺基本是从老卤中提锂,尽管随着技术的改进,老卤到产成品的收率已有明显提升,但是原卤到老卤以至于到产成品的整体收率还有提升空间,原卤提锂工艺可有效避免锂资源在盐田中的损耗,从而提升整体的收率。原卤提锂工艺省去分离浓缩时间长、收率低的盐田摊晒工序,实现从原始卤水进行钠、镁、钾与锂的同时分离及浓缩脱硼提锂,将原来2年的提锂生产周期缩短到20天,总的提锂收率提高至原来的2倍,达70%以上,延长了资源服务年限, 降低了生产成本和动力消耗,节能减排效果明显;同时,产品品质进一步提升,并提高了批次一致性,可以满足生产新能源锂电池高端材料的标准。

锂电下游需求旺盛,原材料紧张情绪延续,我国拥有丰富的湖资源叠加锂电上游原材料对外依赖度高,特别是中央明确提出加快建设世界级盐湖产业基地,盐湖提锂有望迎来发展机遇期。


资料来源:

未来智库官网、齐丁有色研究、国金证券、有色资讯、华尔街见闻、黑夜研究室


(中国粉体网编辑整理/长安)

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作者:长安

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