中國儲能網(wǎng)訊：每天早上，當(dāng)你拿起手機查看時間，或是打開筆記本電腦開始一天的工作時，可能沒意識到——這些設(shè)備里都藏著一個“能源小精靈”：鋰。它不僅能讓手機待機一整天，還能讓電動汽車一口氣跑幾百公里。
國際能源署（IEA）在2024年5月發(fā)布的《世界能源展望》特別報告中指出，到2040年，全球?qū)︿嚨汝P(guān)鍵礦產(chǎn)的需求將增加6倍。
鋰：新時代的“白色石油”
近十年，鋰從傳統(tǒng)的冶金合金“配料”搖身一變成為最熱門的礦種之一
作為已知質(zhì)量最輕的金屬，鋰的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)活潑，在等質(zhì)量的情況下釋放的電子最多，適用于科技、儲能及軍工等領(lǐng)域。
鋰作為新能源和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵金屬，被世界主要經(jīng)濟體列為關(guān)鍵礦產(chǎn)資源之一，享有“白色石油”和“21世紀(jì)最有應(yīng)用潛力的金屬”等美譽。特別是近10年，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和可控核聚變技術(shù)研發(fā)不斷突破，鋰從傳統(tǒng)的冶金合金“配料”搖身一變成為最熱門的礦種之一，在全球發(fā)展中的戰(zhàn)略意義愈加凸顯，戰(zhàn)略地位不斷提升，直接且深度關(guān)系國家經(jīng)濟安全、國防安全和國際競爭等，具有重大戰(zhàn)略價值，對國家關(guān)鍵技術(shù)的突破和重大發(fā)展需求的滿足起到不可替代的作用。
我國作為全球第一大鋰資源消費國，國內(nèi)鋰資源供給不足，對外依存度長期保持較高水平，鋰資源安全形勢嚴(yán)峻。2023年8月25日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委等七部門聯(lián)合發(fā)布《有色金屬行業(yè)穩(wěn)增長工作方案》，重點強調(diào)要針對鋰等緊缺戰(zhàn)略性礦產(chǎn)加大國內(nèi)勘查開發(fā)力度，制定鋰等重點資源開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體方案，設(shè)立綠色通道，推動相關(guān)項目建設(shè)投產(chǎn)，穩(wěn)定關(guān)鍵產(chǎn)品供應(yīng)，培育有色產(chǎn)業(yè)鏈“鏈主”企業(yè)，提升供給能力。鼓勵上下游企業(yè)建立協(xié)作關(guān)系，促進鋰資源有效開發(fā)和利用，保障國家能源安全和經(jīng)濟發(fā)展。
鋰從哪里來？
液態(tài)鋰礦以游離態(tài)方式存在于鹵水中，固態(tài)鋰礦是指鋰鹽以礦石形式存在于固體礦中
在自然界中，鋰礦主要分為液態(tài)鋰礦和固態(tài)鋰礦。
液態(tài)鋰礦以游離態(tài)方式存在于鹵水中，包括鹽湖鹵水型鋰礦和地下鹵水型鋰礦。鋰在水體中的含量與水體溫度、蒸發(fā)程度、儲存條件及經(jīng)歷的演化過程密切相關(guān)，一般來說，隨著溫度升高，流體溶解巖石中鋰的能力增強，故自然界中溫泉與常溫地下水相比，鋰含量通常更高，可在1毫克/升以上；鹽湖鹵水由于受到地表強蒸發(fā)作用及周邊豐富的物源補給，鋰含量通常較高，多數(shù)高于10毫克/升，鋰含量極高者可在1000毫克/升以上。
固態(tài)鋰礦是指鋰鹽以礦石形式存在于固體礦中，主要包括花崗偉晶型鋰礦和花崗巖型鋰礦。根據(jù)氧化鋰含量及晶體形狀等特征，鋰礦石可進一步細(xì)分為鋰輝石、鋰云母、磷鋰鋁石、透鋰長石及鐵鋰云母，其中，鋰輝石和鋰云母是重要的工業(yè)用礦。
目前，國內(nèi)外鋰資源主要來自鹽湖鹵水、鋰輝石/鋰云母礦石、黏土型鋰礦。全球鋰礦分布呈現(xiàn)高度集中的特點，南美洲的“鋰三角”地區(qū)——玻利維亞、智利和阿根廷，坐擁超過全球一半的鋰資源。北美洲的美國、加拿大，大洋洲的澳大利亞，也是鋰資源大國。
我國鋰資源豐富，在全球鋰礦版圖中占據(jù)重要位置，鋰礦分布呈現(xiàn)多元化的特點，涵蓋鹽湖型、偉晶巖型、地下鹵水型和黏土型等類型。鹽湖型鋰礦主要集中在青海柴達(dá)木盆地和西藏地區(qū)；偉晶巖型鋰礦主要發(fā)育在阿爾泰、阿爾金、西昆侖、川西、喜馬拉雅、東秦嶺、武夷、南嶺、江南和興蒙等造山帶。
新藍(lán)海：油氣田采出水提鋰
在全球能源轉(zhuǎn)型與鋰資源需求激增的背景下，油氣田富鋰采出水成為“隱藏寶藏”
除了鹽湖“咸水”和礦山“鋰輝石”這些常規(guī)的鋰資源獲取來源，油氣田采出水、地?zé)崴仁卿囐Y源的非常規(guī)來源。
油氣田采出水是指與油氣藏有密切聯(lián)系的地下水，往往與石油和天然氣組成統(tǒng)一的流體系統(tǒng)。油氣田采出水在油氣成藏階段與烴類物質(zhì)共同經(jīng)歷了漫長的演化，發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，更大程度上溶解了地層中的鋰，導(dǎo)致鋰含量遠(yuǎn)高于自然界地表河流、湖泊等，部分甚至高于鹽湖鹵水，具有潛在的開采利用價值。
特別是在全球能源轉(zhuǎn)型與鋰資源需求激增的背景下，油氣田采出水這一“隱藏寶藏”正成為鋰資源開發(fā)的新藍(lán)海，含有多種無機鹽和微量金屬元素，包括鋰。
隨著全球鋰需求增長，從油氣田采出水中回收鋰成為研究熱點。美國能源部（DOE）2021年報告顯示，部分美國頁巖油氣田采出水鋰濃度為100~500毫克/升，高于傳統(tǒng)鹽湖鹵水鋰濃度（20~200毫克/升）。
油氣田企業(yè)憑借核心競爭優(yōu)勢，跨界布局鋰礦開發(fā)領(lǐng)域具有天然契合性。一方面，油氣田企業(yè)在液體資源開采與提煉方面積累了成熟經(jīng)驗，能快速形成技術(shù)協(xié)同效應(yīng)和成本管控優(yōu)勢。另一方面，這些企業(yè)在礦權(quán)獲取、土地資源整合等行政審批環(huán)節(jié)具備成熟的運作體系，加之雄厚的資金實力，快速切入鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上游具有獨特發(fā)展優(yōu)勢。
點水成鋰，采出水提取技術(shù)大比拼
每項單獨工藝技術(shù)都有局限性，整合各個單項技術(shù)的優(yōu)勢，可以提高鋰回收的效率
目前主流的油氣田采出水提鋰技術(shù)，主要有沉淀法、吸附法、萃取法、膜分離法等。
沉淀法是鹽湖鹵水提鋰中應(yīng)用最多的方法之一，也是最早研究并工業(yè)化使用的方法，主要通過濃縮使鋰離子沉淀得到鋰化合物。沉淀法有多種工藝，主要包括碳酸鹽沉淀法、鋁酸鹽沉淀法等。
吸附法是利用對鋰離子有選擇性的吸附劑來吸附鋰離子，洗脫獲得富鋰溶液，從而使鋰離子與其他雜質(zhì)離子分離。吸附法作為高選擇性的新型提鋰技術(shù)已在鹽湖鹵水、地?zé)崴蜌馓锊沙鏊徜囶I(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。
萃取法是利用溶質(zhì)分配系數(shù)或溶解度的不同，使溶質(zhì)轉(zhuǎn)相分離的方法。
膜分離法是通過在功能膜兩側(cè)施加驅(qū)動力，利用膜的孔徑篩分作用，將水中不同尺寸的組分選擇性截留或透過，從而得以分離的方法。
事實上，從油氣田采出水中提取或回收鋰，每項單獨工藝技術(shù)都有局限性。在這種情況下，形成以需求為導(dǎo)向的組合技術(shù)，可以整合各個單項技術(shù)的優(yōu)勢，提高鋰回收效率。
值得注意的是，相比鹽湖鹵水，油氣田采出水來源廣泛、成分復(fù)雜，其高濃度有機物和共存雜質(zhì)離子、高含油量、高懸浮物量、高礦化度的特性增加了鋰的分離難度，不同的地勢、儲層結(jié)構(gòu)及注水過程會對油氣田采出水水質(zhì)特征產(chǎn)生影響，因此，需要更全面地對油氣田采出水鋰資源礦藏分布和開采價值做針對性和綜合性的評估。
油氣田采出水提鋰技術(shù)實踐多點開花
不僅是資源領(lǐng)域的突破，更是循環(huán)經(jīng)濟與碳中和目標(biāo)下的重要實踐
當(dāng)前，大部分油氣田企業(yè)都在積極推進采出水提鋰技術(shù)實踐。
2022年7月4日，中國石油西南油氣田在實驗室制得100克氫氧化鋰和萃取出400克碳酸鋰，意味著國內(nèi)油氣田行業(yè)首次從氣田水中提取鋰元素，從工業(yè)角度驗證了提取工藝技術(shù)路線的可行性。
2024年初，青海油田首個油氣田伴生礦利用項目——尖北地區(qū)氣田水綜合處理試驗項目進入試運生產(chǎn)階段，標(biāo)志著我國首套利用油氣田伴生鹵水提鋰的工業(yè)化試驗裝置試運成功。
油氣田采出水提鋰技術(shù)的推進不僅是資源領(lǐng)域的突破，更是循環(huán)經(jīng)濟與碳中和目標(biāo)下的重要實踐。盡管當(dāng)前該技術(shù)仍需解決提鋰效率、雜質(zhì)處理、規(guī)?；瘧?yīng)用等問題，但隨著技術(shù)進步，油氣田采出水提鋰或?qū)⒊蔀殇嚬?yīng)的重要補充路徑。該技術(shù)的突破將給油氣田采出水其他伴生資源的開發(fā)及利用提供借鑒，為傳統(tǒng)油氣田企業(yè)注入綠色轉(zhuǎn)型新動能。
全球鋰資源分類示意圖 蘇三寶 制作
企業(yè)實踐：老油田探索開啟新“鋰”程
□本報記者 楊靜麗 通訊員 王 峰 向美強
在中原油田水務(wù)分公司技術(shù)創(chuàng)新實驗室，來自文三采出水處理站的采出水正經(jīng)歷神奇蝶變。近日，科研人員經(jīng)過兩年多的不懈攻關(guān)，首次從復(fù)雜的東濮老區(qū)采出水中獲得純度99.4%的工業(yè)級碳酸鋰。
“在油氣成藏的漫長時間內(nèi)，地層中的鋰資源溶解于水，水驅(qū)開采讓作為油氣‘附屬品’的鋰重見天日。”中原油田水務(wù)分公司水務(wù)技術(shù)專家、提鋰工藝技術(shù)研究項目負(fù)責(zé)人蘇三寶說。
資源摸排，繪就東濮“鋰地圖”
中原油田東濮老區(qū)產(chǎn)出水具有“一低三高”特征，即低鋰含量、高雜質(zhì)離子、高礦化度、高有機物，提取鋰資源面臨挑戰(zhàn)。2023年，一支由油田地質(zhì)、工藝、水務(wù)技術(shù)人員組成的科研團隊迅速集結(jié)，開啟尋“鋰”之旅?？蒲袌F隊采用“區(qū)塊摸排+井點跟蹤”技術(shù)，完成600余口井的采出水分析，首次在東濮凹陷鎖定4處鋰資源富集區(qū)，并繪制分級資源分布圖，為規(guī)?；_發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
科研團隊整合儲層物性、測井?dāng)?shù)據(jù)等資料，建立“砂體-鹽巖耦合”評價模型，精準(zhǔn)定位富鋰鹵水層位；通過復(fù)用老井?dāng)?shù)據(jù)，勘探成本大幅降低，驗證井采出水鋰濃度達(dá)到工業(yè)開采標(biāo)準(zhǔn)。
“該成果標(biāo)志著油田在伴生資源勘探方面取得突破，為后續(xù)推進提鋰工藝優(yōu)化打下了基礎(chǔ)。”油田勘探開發(fā)研究院實驗中心副主任高志飛表示。
“吸附+膜”法，探索東濮特色提鋰工藝
尋找合適的吸附劑是鋰提取工藝的第一步。在吸附劑篩選環(huán)節(jié)，科研團隊展開了一場吸附劑“選秀”比賽。“就像給鋰離子找專屬‘捕手’，使其能在東濮高鈣、高鎂的采出水中準(zhǔn)確捕獲鋰離子?！庇吞锸凸こ碳夹g(shù)研究院技術(shù)員王蓮蓮說。
鋁系、鈦系、錳系吸附劑輪流登場。通過上百次對比實驗，鋁系吸附劑脫穎而出。在同樣條件下，鋁系吸附劑鋰回收率超過85%。
2023年底，科研團隊在文三采出水處理站，利用鋁系“捕手”開展鋰富集現(xiàn)場小試，采用連續(xù)離交吸附裝置，在不同運行參數(shù)下，鋰離子平均回收率83.7%，濃縮倍數(shù)11.5倍，獲得解析合格液約1.5噸，鋰離子含量約170毫克/升。
“如果說吸附環(huán)節(jié)是通過吸附劑捕獲鋰離子，那么膜法則是給含有大量雜質(zhì)的‘混合液’減肥瘦身?！彼畡?wù)分公司技術(shù)員袁偉紅解釋?？蒲袌F隊自行改制膜試驗裝置，對混合液進行超濾等多級膜工藝處理。
“超濾膜先‘切除’大分子有機物，反滲透膜‘抽脂’去除鹽分，納濾膜精準(zhǔn)‘修剪’二價鈣、鎂離子，電滲析‘過濾’硼元素?！痹瑐ゼt說，“每一步都像是一場戰(zhàn)斗。”經(jīng)過多次試驗，最終確定了適配的工藝參數(shù)，1.5噸合格液通過膜法提純變成了5.25千克“鋰濃縮汁”。
純化結(jié)晶：實驗室里誕生碳酸鋰小樣
為了打通從“鋰濃縮汁”到碳酸鋰的“最后一公里”，科研團隊在實驗室搭建沉鋰裝置進行“化學(xué)魔術(shù)”，使“鋰濃縮汁”緩慢析出雪白的碳酸鋰粉末。首批生成約200克碳酸鋰樣品，經(jīng)第三方檢測，樣品純度為99.4%，達(dá)到工業(yè)級碳酸鋰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
歷經(jīng)兩年，技術(shù)團隊先后篩選出適用于高鈣、高鎂、高有機物、低鋰品位油田水提取鋰的吸附劑，論證了離子除雜技術(shù)的可行性，攻克了沉鋰技術(shù)等問題，實現(xiàn)了油田復(fù)雜水質(zhì)特性條件下低濃度鋰的分離、富集和提取，并成功制備出高純度碳酸鋰。
“我們打通從鋰資源評價到碳酸鋰提取的全套工藝流程，不僅為油田新能源開發(fā)拓展了新賽道，也為同類型低品位鋰資源高效提取探索出了一條可行路徑，接下來將加快形成油田鋰資源開發(fā)特色工藝技術(shù)，為油田采出水伴生資源高效開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。”蘇三寶信心滿滿。
新聞會客廳：油氣田采出水提鋰技術(shù)具有資源戰(zhàn)略價值和環(huán)保效益
華東理工大學(xué)原副校長、博士生導(dǎo)師 于建國
問：開展油氣田采出水提鋰技術(shù)研究對資源回收及環(huán)保有何意義？
答：油氣田采出水提鋰技術(shù)具有資源戰(zhàn)略價值和環(huán)保效益，將推動石油行業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型，主要意義如下：
一是拓寬鋰資源供應(yīng)渠道，油氣田采出水鋰資源分布廣泛、儲量可觀，可成為鋰資源的重要補充來源。
二是提高資源綜合利用率，油氣田采出水伴生資源轉(zhuǎn)化為有價產(chǎn)品，可提高油氣田整體經(jīng)濟效益和資源價值。
三是減少污染和降低環(huán)境風(fēng)險，在提取鋰資源的同時能去除部分有害物質(zhì)，減輕對環(huán)境污染的壓力。
四是促進綠色可持續(xù)發(fā)展，助推油氣田行業(yè)向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型協(xié)調(diào)發(fā)展，符合綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟理念。
問：目前國內(nèi)外油氣田采出水中鋰資源潛力如何？主要富集區(qū)域有哪些？
答：從已報道的資料來看，富鋰的油氣田采出水在美國、加拿大、德國、法國、意大利、伊朗、印度等國均有分布，油氣田鹵水提鋰項目主要集中于美國Smackover地層與加拿大Leduc地層。
我國富鋰的油氣田采出水主要集中在海相（四川盆地三疊系、渤海灣盆地等）、海陸混合相（北部灣盆地三潿油氣田、珠江口西部文昌油氣田）、陸相（江漢盆地、渤海灣盆地南端、柴達(dá)木盆地、塔里木盆地等）沉積盆地。
問：與傳統(tǒng)鋰礦（鹽湖、鋰輝石）開采相比，油氣田采出水提鋰的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)有哪些？
答：優(yōu)勢：一是資源潛力大且分布廣泛，采出水中含鋰、鉀、溴等多種礦產(chǎn)，可實現(xiàn)多種資源綜合利用；二是基礎(chǔ)設(shè)施與技術(shù)相通，油氣開采基礎(chǔ)設(shè)施、勘探開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)等可應(yīng)用于提鋰過程；三是環(huán)保低碳，采用綠色提鋰新工藝，與現(xiàn)有油氣系統(tǒng)協(xié)同，兼具資源循環(huán)與環(huán)境保護雙重效益。
挑戰(zhàn)：一是水質(zhì)成分復(fù)雜且鋰含量相對低，兼有點多、單點規(guī)模小的特點，需進行工藝優(yōu)化；二是技術(shù)成熟度不足，規(guī)模化經(jīng)濟性低于傳統(tǒng)方法，需進一步改進技術(shù)、降低成本；三是缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，尚無完整的油氣田采出水提鋰資源評價、勘探開發(fā)、環(huán)境保護方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
問：油氣田采出水提鋰的主流技術(shù)路線有哪些？
答：油氣田采出水提鋰主要借鑒了鹽湖提鋰技術(shù)，主要有吸附、膜分離、萃取、化學(xué)沉淀及其組合工藝等，采用耦合工藝法，如“預(yù)處理+富集濃縮（吸附-膜分離）”，是目前各油氣田鋰提取試驗的主流技術(shù)路線，適用于成分復(fù)雜、有機物含量高、鋰離子濃度相對較低的油氣田采出水。技術(shù)瓶頸主要是受吸附劑的高吸附量、選擇性、操作穩(wěn)定性及離子強度影響，分離工藝流程復(fù)雜、成本較高、整體規(guī)模經(jīng)濟性較低。
目前油氣田采出水提鋰技術(shù)仍處于試驗或初步工業(yè)化階段，不同技術(shù)路線的回收率和純度差異較大，整體技術(shù)水平較鹽湖提鋰規(guī)模小、成熟度低。采用耦合工藝技術(shù)的整體回收率大于70%，碳酸鋰成品純度在工業(yè)級碳酸鋰標(biāo)準(zhǔn)（純度≥99%）以上，通過進一步純化處理，可以達(dá)到電池級標(biāo)準(zhǔn)（純度≥99.6%）。
問：在推動油氣田采出水提鋰產(chǎn)業(yè)化方面有哪些建議？
答：通過政策激勵、技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式優(yōu)化等多方合力，助推采出水提鋰產(chǎn)業(yè)化。
政府要提供政策支持與引導(dǎo)，制定相應(yīng)優(yōu)惠政策（給予稅收減免、綠色信貸支持、專項補貼等），引導(dǎo)企業(yè)合理布局提鋰項目，在開采許可證中增加伴生資源回收等內(nèi)容。
企業(yè)要優(yōu)化技術(shù)路線與商業(yè)模式，探索“油氣開發(fā)+伴生資源多元素聯(lián)產(chǎn)”模式，加強上下游企業(yè)戰(zhàn)略合作，形成鋰提取、加工、銷售完整產(chǎn)業(yè)鏈，通過低碳工藝參與碳交易，增加收益。
科研機構(gòu)要加強技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)學(xué)研合作，突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，如高效吸附材料、抗污染膜材料等新技術(shù)研發(fā)，加強與企業(yè)對接合作，積極推動實驗室成果向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用轉(zhuǎn)化。（蘇三寶 王 峰 整 理）
