在SMM舉辦的“2020(第五屆)中國國際鎳鈷鋰高峰論壇暨中國國際新能源鋰電材料大會”上，五礦鹽湖有限公司副總經(jīng)理侯昭平就鹽湖提鋰技術(shù)發(fā)展歷程與展望給我們帶來了精彩演講。
我國鹽湖鋰資源及開發(fā)現(xiàn)狀
侯昭平表示目前，全球范圍內(nèi)能夠被開發(fā)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，主要分布在智利、玻利維亞、阿根廷、中國等地。
我國的鋰鹽湖資源主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(chǎn)儲量的鋰礦產(chǎn)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(qū)2個特大型礦床，西臺、東臺吉乃爾湖和一里坪礦區(qū)3個超大型礦床，10個鹽湖中鋰含量達到工業(yè)品位的鋰資源892萬t，可供開發(fā)利用。
西藏鹽湖資源主要分布在藏西北地區(qū)，其中鹵水鋰含量達到邊界工業(yè)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。主要礦床有扎布耶、龍木錯、結(jié)則茶卡、拉果錯、鄂雅措等鹽湖。
鹽湖提鋰技術(shù)發(fā)展歷程與成本演變
上世紀(jì)60年代以前，鹵水提鋰技術(shù)研究已經(jīng)起步，美國在這方面做了許多工作，但大多數(shù)只停留在研發(fā)階段，未能付諸實際應(yīng)用。1974年以后，隨著大量鹽湖鹵水鋰資源的發(fā)現(xiàn)，助推了世界上一些鹵水鋰資源大國和鋰礦開發(fā)企業(yè)的開發(fā)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(lǐng)域，拉開了鹽湖提鋰產(chǎn)業(yè)化的序幕。
鹽湖提鋰技術(shù)主要包括沉淀法、太陽池法、萃取法、煅燒法、吸附法、mo法以及其他新提鋰技術(shù)。
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(shù)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(yīng)用。該技術(shù)在鹽田工藝過程中就能實現(xiàn)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(chǎn)需求，具有工藝技術(shù)簡單、能耗低、投資省等優(yōu)點。
由于具備以上優(yōu)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(yè)生產(chǎn)，采用該工藝在美國內(nèi)華達州銀峰和南美阿塔卡瑪鹽湖投資建設(shè)碳酸鋰加工廠，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(yè)。2018年，雅保、SQM、Livent和Orocobre四家鹽湖提鋰企業(yè)采用該技術(shù)生產(chǎn)的鋰化工產(chǎn)品合計達到15.8萬t，占全球鋰總供應(yīng)比例為52.4%，其生產(chǎn)成本約為3000-5000$/t，在行業(yè)內(nèi)具有一定的優(yōu)勢。由于該技術(shù)簡單、成熟，因此，近40年來成本構(gòu)成基本未發(fā)生變化，價格變化主要源于物價上漲和人力成本提升。
太陽池法
該工藝技術(shù)路線是針對Mg2+/Li+極低(≤0.1)的碳酸鹽型鹽湖開發(fā)的技術(shù)。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(chǎn)品。
2003年3月，扎布耶鹽湖利用該技術(shù)啟動碳酸鋰一期項目建設(shè)，于2005年8月試車成功。但由于該鹽湖含碳酸根導(dǎo)致曬鹵過程損耗大，再加上海拔4000米以上高寒缺氧、基礎(chǔ)條件差等問題，導(dǎo)致產(chǎn)能提升受限，目前，設(shè)計產(chǎn)能仍然為3000t/a，2017年生產(chǎn)鋰鹽合計2728t。由于近十年來該技術(shù)未進行變革，因此，成本構(gòu)成未發(fā)生顯著變化，目前生產(chǎn)成本約為1.5-2萬元。
萃取法
溶劑萃取法鹵水提鋰的技術(shù)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(xué)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(shù)已建成產(chǎn)業(yè)化裝置，成功生產(chǎn)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(shè)備腐蝕等造成的生產(chǎn)不連續(xù)等問題，使成本曾高達6萬元。近年來，隨著該技術(shù)的不斷進步，目前的生產(chǎn)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(shù)。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(jié)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(zhì)，濾液凈化后經(jīng)蒸發(fā)、加堿沉淀烘干就可以得到碳酸鋰產(chǎn)品。
2007-2011年在西臺吉乃爾鹽湖建成煅燒工藝生產(chǎn)線，項目建成初期，由于設(shè)備材質(zhì)選型、氯化氫回收和鎂渣回收等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)無法連續(xù)，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(fā)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(chǎn)成本下降至4萬元左右(與大部分礦石提鋰企業(yè)成本相當(dāng))，特別是產(chǎn)品質(zhì)量有大幅度提高，目前產(chǎn)品已應(yīng)用到北京當(dāng)升科技等一些大型有影響力的電池材料生產(chǎn)企業(yè)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(chǎn)裝置。項目建成初期，由于裝置運行不穩(wěn)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(tǒng)的掌握以及電滲析膜制造技術(shù)的升級，裝置運行不穩(wěn)定的問題逐步得到解決，生產(chǎn)成本大幅下降至2萬元左右，較礦石法提鋰技術(shù)有很大的成本優(yōu)勢。2012年又新建建成7000t生產(chǎn)線成功生產(chǎn)，兩條生產(chǎn)線共1萬t產(chǎn)能經(jīng)過幾年的提升改造，目前兩條生產(chǎn)線能一次性生產(chǎn)出主含量大于99.6%，產(chǎn)品質(zhì)量完全達到《鹵水電池級碳酸鋰地方標(biāo)準(zhǔn)》，90%的產(chǎn)品銷往電池材料生產(chǎn)廠家，代表性的下游客戶有北大先行、天津巴莫、杉杉、北京當(dāng)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(chǎn)線已建成投產(chǎn)。截至目前利用該技術(shù)建成產(chǎn)業(yè)化裝置產(chǎn)能達到2萬t/a。
其他新提鋰技術(shù)
1。鋰離子篩吸附提鋰技術(shù)
離子篩是一種能夠?qū)⒛繕?biāo)離子導(dǎo)入無機化合物并發(fā)生反應(yīng)形成復(fù)合氧化物的新型合成材料。該材料可在不損壞結(jié)構(gòu)的情況下與目標(biāo)離子形成空間匹配的空穴，實現(xiàn)在多種離子共存環(huán)境中選擇性識別和篩分目標(biāo)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，該材料與鋁系鋰吸附劑相比具有吸附容量大的優(yōu)點，但是也存在溶損嚴(yán)重的缺點。近年來，科學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q鋰離子篩溶損問題開發(fā)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(fā)階段。
2。電化學(xué)脫嵌法鹽湖提鋰技術(shù)
中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院趙中偉教授團隊將鋰離子電池的工作原理應(yīng)用于從鹽湖鹵水中選擇性提取鋰，創(chuàng)造性地發(fā)明了“電化學(xué)脫嵌法鹽湖提鋰”新技術(shù)。基于這一創(chuàng)新思路，構(gòu)筑了“富鋰態(tài)吸附材料│支持電解質(zhì)│陰離子膜│鹵水│欠鋰態(tài)吸附材料”的電化學(xué)提鋰新體系，經(jīng)過近十年的攻關(guān)，實現(xiàn)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(shù)成果轉(zhuǎn)讓給上海鄲華科技發(fā)展有限公司(轉(zhuǎn)讓經(jīng)費1.048億元)，并由上海鄲華和中南大學(xué)共同成立江蘇中南鋰業(yè)有限公司，對技術(shù)進行持續(xù)開發(fā)和推廣。據(jù)悉，該成果轉(zhuǎn)化技術(shù)已經(jīng)完成工業(yè)化試驗，且開發(fā)出第二代電化學(xué)脫嵌法膜堆電解槽關(guān)鍵設(shè)備及智能專家控制系統(tǒng)，并與相關(guān)企業(yè)簽訂年產(chǎn)2萬t碳酸鋰項目的技術(shù)合作協(xié)議。
展望
近十年來，雖然高鎂鋰比鹽湖提鋰技術(shù)取得了很大的成績，但是與南美的低鎂鋰比鹽湖提鋰相比，在生產(chǎn)成本方面仍然存在很大的提升空間。未來，隨著鋰資源開發(fā)進程加快產(chǎn)能釋放及其他的因素影響下，市場價格若持續(xù)下行，諸多成本高、缺乏資源的企業(yè)就很難再支撐下去，甚至?xí)霈F(xiàn)虧損和停產(chǎn)。
為了在激烈的市場競爭中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，加大科技投入，提升和優(yōu)化工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本是每個高鎂鋰比鹽湖提鋰企業(yè)需要考慮的問題。
1、適時適度修改產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
早期的鋰鹽技術(shù)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YS/T582)，對硼、氯根等雜質(zhì)指標(biāo)要求非常高(≤30ppm)。而這種較為苛刻的硼、氯根指標(biāo)要求是否是電池級碳酸鋰所必須的？
鹽湖鹵水提鋰技術(shù)目前很難達到Y(jié)S/T-582-2013中對硼、氯根要求，需要二次提純才能達到，導(dǎo)致生產(chǎn)成本相當(dāng)高。為有效解決鹽湖提鋰技術(shù)在鋰行業(yè)的硼、氯根指標(biāo)共性問題，建議政府、行業(yè)協(xié)會和上下游企業(yè)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(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。制定較為科學(xué)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，推動鹽湖鋰產(chǎn)品在電池領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。
2、鹽湖資源綜合開發(fā)利用
鹽湖資源主要含有鈉、鎂、鉀、鋰、硼等元素，這五種元素中鎂、硼資源的開發(fā)利用是鹽湖資源開發(fā)利用的瓶頸，如果解決了鎂、硼資源的開發(fā)問題就會大大降低其他元素開發(fā)利用的難度，同時鎂產(chǎn)品種類多、應(yīng)用范圍廣、附加值高，具有更大的經(jīng)濟開發(fā)利用價值。
鎂硼資源的開發(fā)利用有望將高鎂鋰比鎂鋰分離的成本和除硼的成本轉(zhuǎn)嫁至鎂產(chǎn)品和硼產(chǎn)品上，屆時鋰產(chǎn)品生產(chǎn)成本將大幅降低，具備與南美鹽湖競爭抗衡的能力。
3、原始鹵水直接提鋰技術(shù)
傳統(tǒng)的鹽湖提鋰技術(shù)是以經(jīng)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，其主要體現(xiàn)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(guī)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(wù)年限，擴大生產(chǎn)規(guī)模，降低生產(chǎn)成本。
近年來，隨著吸附提鋰技術(shù)的發(fā)展，很多科研單位和企業(yè)開發(fā)出了適用于原鹵提鋰的鋰鈉分離樹脂，并在原鹵提鋰領(lǐng)域取得一定成績，目前已有多家企業(yè)正在馬不停蹄的進行與此相關(guān)的科技攻關(guān)。
4、重視科技研發(fā)，取長補短
目前這幾種提鋰(碳酸鋰)工藝一次下線產(chǎn)品質(zhì)量與電池材料要求都存在一定差距，主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(chǎn)出的碳酸鋰產(chǎn)品Na+、Mg2+、Cl-、B偏高，有些工藝碳酸鋰產(chǎn)品主含量在98%~99.5%之間，尚無法直接應(yīng)用在鋰電池材料行業(yè)。
因此，在加大科技研發(fā)力度的同時，各種成熟的鹽湖提鋰技術(shù)相互借鑒，取長補短，將有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
5、差異化競爭
目前無論是礦石法提鋰還是鹽湖提鋰，主要產(chǎn)品為碳酸鋰和氫氧化鋰，尤其是碳酸鋰產(chǎn)品同質(zhì)化競爭顯著，影響了行業(yè)的良好發(fā)展。假如各大鋰鹽生產(chǎn)廠家原料自身的特征生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，進行差異化競爭將有利于行業(yè)的發(fā)展。例如礦石法生產(chǎn)氫氧化鋰產(chǎn)品，碳酸鹽型鹽湖(西藏扎布耶)生產(chǎn)碳酸鋰，青海鹽湖生產(chǎn)磷酸鋰，不僅能發(fā)揮自身優(yōu)勢，而且能夠避免同質(zhì)化競爭帶來的壓力。
2019年底爆發(fā)的新型冠狀病毒，對全球的整體經(jīng)濟有很大的影響，鋰行業(yè)也不例外。但是，鋰行業(yè)畢竟是新型能源行業(yè)，是朝陽產(chǎn)業(yè)，社會的發(fā)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(dǎo)致短期內(nèi)鋰銷量小幅降低不會影響行業(yè)發(fā)展趨勢和價格變化。當(dāng)前，鋰電產(chǎn)業(yè)已進入成長期，會遇到一些困難。但隨著鹽湖提鋰技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有高鎂鋰比鹽湖提鋰技術(shù)面臨的困難和存在的問題將得到解決。堅信鋰電產(chǎn)業(yè)未來會有巨大的發(fā)展空間，讓我們攜手共進，開創(chuàng)鋰電產(chǎn)業(yè)更好的明天！
