中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：每天早上，當(dāng)你拿起手機(jī)查看時(shí)間，或是打開筆記本電腦開始一天的工作時(shí)，可能沒意識(shí)到——這些設(shè)備里都藏著一個(gè)“能源小精靈”：鋰。它不僅能讓手機(jī)待機(jī)一整天，還能讓電動(dòng)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(bào)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(shí)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(chǔ)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(jì)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(yù)。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(jì)安全、國防安全和國際競(jìng)爭(zhēng)等，具有重大戰(zhàn)略價(jià)值，對(duì)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(fèi)國，國內(nèi)鋰資源供給不足，對(duì)外依存度長(zhǎng)期保持較高水平，鋰資源安全形勢(shì)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(zhǎng)工作方案》，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要針對(duì)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(diǎn)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(dòng)相關(guān)項(xiàng)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(lì)上下游企業(yè)建立協(xié)作關(guān)系，促進(jìn)鋰資源有效開發(fā)和利用，保障國家能源安全和經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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(qiáng)，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(qiáng)蒸發(fā)作用及周邊豐富的物源補(bǔ)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(jìn)一步細(xì)分為鋰輝石、鋰云母、磷鋰鋁石、透鋰長(zhǎng)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(diǎn)，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(diǎn)，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(zhǎng)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(jià)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(jī)鹽和微量金屬元素，包括鋰。
隨著全球鋰需求增長(zhǎng)，從油氣田采出水中回收鋰成為研究熱點(diǎn)。美國能源部（DOE）2021年報(bào)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，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(yàn)，能快速形成技術(shù)協(xié)同效應(yīng)和成本管控優(yōu)勢(shì)。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(yùn)作體系，加之雄厚的資金實(shí)力，快速切入鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上游具有獨(dú)特發(fā)展優(yōu)勢(shì)。
點(diǎn)水成鋰，采出水提取技術(shù)大比拼
每項(xiàng)單獨(dú)工藝技術(shù)都有局限性，整合各個(gè)單項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(dòng)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(shí)上，從油氣田采出水中提取或回收鋰，每項(xiàng)單獨(dú)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(gè)單項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，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(jī)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(shì)、儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及注水過程會(huì)對(duì)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(duì)油氣田采出水鋰資源礦藏分布和開采價(jià)值做針對(duì)性和綜合性的評(píng)估。
油氣田采出水提鋰技術(shù)實(shí)踐多點(diǎn)開花
不僅是資源領(lǐng)域的突破，更是循環(huán)經(jīng)濟(jì)與碳中和目標(biāo)下的重要實(shí)踐
當(dāng)前，大部分油氣田企業(yè)都在積極推進(jìn)采出水提鋰技術(shù)實(shí)踐。
2022年7月4日，中國石油西南油氣田在實(shí)驗(yàn)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(yàn)證了提取工藝技術(shù)路線的可行性。
2024年初，青海油田首個(gè)油氣田伴生礦利用項(xiàng)目——尖北地區(qū)氣田水綜合處理試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)入試運(yùn)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(yàn)裝置試運(yùn)成功。
油氣田采出水提鋰技術(shù)的推進(jìn)不僅是資源領(lǐng)域的突破，更是循環(huán)經(jīng)濟(jì)與碳中和目標(biāo)下的重要實(shí)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(jìn)步，油氣田采出水提鋰或?qū)⒊蔀殇嚬?yīng)的重要補(bǔ)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(dòng)能。
全球鋰資源分類示意圖 蘇三寶 制作
企業(yè)實(shí)踐：老油田探索開啟新“鋰”程
□本報(bào)記者 楊靜麗 通訊員 王 峰 向美強(qiáng)
在中原油田水務(wù)分公司技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(jí)碳酸鋰。
“在油氣成藏的漫長(zhǎng)時(shí)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?！敝性吞锼畡?wù)分公司水務(wù)技術(shù)專家、提鋰工藝技術(shù)研究項(xiàng)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(jī)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(tuán)隊(duì)迅速集結(jié)，開啟尋“鋰”之旅?？蒲袌F(tuán)隊(duì)采用“區(qū)塊摸排+井點(diǎn)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(jí)資源分布圖，為規(guī)?；_發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
科研團(tuán)隊(duì)整合儲(chǔ)層物性、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)等資料，建立“砂體-鹽巖耦合”評(píng)價(jià)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(yàn)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(jìn)提鋰工藝優(yōu)化打下了基礎(chǔ)?！庇吞锟碧介_發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)展開了一場(chǎng)吸附劑“選秀”比賽?！熬拖窠o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(chǎng)。通過上百次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，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(tuán)隊(duì)在文三采出水處理站，利用鋁系“捕手”開展鋰富集現(xiàn)場(chǎng)小試，采用連續(xù)離交吸附裝置，在不同運(yùn)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(tuán)隊(duì)自行改制膜試驗(yàn)裝置，對(duì)混合液進(jìn)行超濾等多級(jí)膜工藝處理。
“超濾膜先‘切除’大分子有機(jī)物，反滲透膜‘抽脂’去除鹽分，納濾膜精準(zhǔn)‘修剪’二價(jià)鈣、鎂離子，電滲析‘過濾’硼元素。”袁偉紅說，“每一步都像是一場(chǎng)戰(zhàn)斗。”經(jīng)過多次試驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室搭建沉鋰裝置進(jìn)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(cè)，樣品純度為99.4%，達(dá)到工業(yè)級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
歷經(jīng)兩年，技術(shù)團(tuán)隊(duì)先后篩選出適用于高鈣、高鎂、高有機(jī)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(shí)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(píng)價(jià)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(huì)客廳：油氣田采出水提鋰技術(shù)具有資源戰(zhàn)略價(jià)值和環(huán)保效益
華東理工大學(xué)原副校長(zhǎng)、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(duì)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(jià)值和環(huán)保效益，將推動(dòng)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(chǔ)量可觀，可成為鋰資源的重要補(bǔ)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(jià)產(chǎn)品，可提高油氣田整體經(jīng)濟(jì)效益和資源價(jià)值。
三是減少污染和降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，在提取鋰資源的同時(shí)能去除部分有害物質(zhì)，減輕對(duì)環(huán)境污染的壓力。
四是促進(jìn)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(jì)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(bào)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(xiàng)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(shì)和挑戰(zhàn)有哪些？
答：優(yōu)勢(shì)：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(shí)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(hù)雙重效益。
挑戰(zhàn)：一是水質(zhì)成分復(fù)雜且鋰含量相對(duì)低，兼有點(diǎn)多、單點(diǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，需進(jìn)行工藝優(yōu)化；二是技術(shù)成熟度不足，規(guī)?；?jīng)濟(jì)性低于傳統(tǒng)方法，需進(jìn)一步改進(jìn)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(píng)價(jià)、勘探開發(fā)、環(huán)境保護(hù)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(yàn)的主流技術(shù)路線，適用于成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高、鋰離子濃度相對(duì)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(qiáng)度影響，分離工藝流程復(fù)雜、成本較高、整體規(guī)模經(jīng)濟(jì)性較低。
目前油氣田采出水提鋰技術(shù)仍處于試驗(yàn)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(jí)碳酸鋰標(biāo)準(zhǔn)（純度≥99%）以上，通過進(jìn)一步純化處理，可以達(dá)到電池級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（純度≥99.6%）。
問：在推動(dòng)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(lì)、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(xiàng)補(bǔ)貼等），引導(dǎo)企業(yè)合理布局提鋰項(xiàng)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(qiáng)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(jī)構(gòu)要加強(qiáng)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(qiáng)與企業(yè)對(duì)接合作，積極推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用轉(zhuǎn)化。（蘇三寶 王 峰 整 理）
