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儲能材料丨鋰資源基本面:全球儲量、中國鹽湖分布、提煉成本與技術……

放大字體  縮小字體 發布日期:2018-12-06 154

  北極星儲能網訊:前言:鋰電池產業的快速發展,致中國已成為目前世界***的鋰消費大國,幾乎占用了全球每年40%的原鋰資源產量,為此需大量進口。一方面,我國新能源汽車作為七大新興產業領域之一,得到了***的大力支持,按照工信部的《汽車產業中長期發展規劃》,2020年新能源汽車產量達200萬輛,需要增加10~14萬噸碳酸鋰的消耗(合1.80~2.52萬噸金屬鋰)。

  鋰(Li)是一種銀白色的金屬元素,原子序數3,原子量6.941,熔點為180.54℃,沸點1342℃,密度0.534克/厘米,硬度0.6,是最輕的堿金屬元素。

  (來源:微信公眾號“商品定價權” ID:shanghaiyouse 作者:馬也大爺)

  鋰具備重量輕,質地軟,比熱大,負電位高等的一系列優良特性,***應用于空調、醫藥、農業、電子技術、紡織以及金屬的焊接和脫氣等領域。由于鋰的重要戰略價值,特別是在近幾年在新能源領域的應用,被譽為“21世紀”的能源金屬。

  隨著我國新能源汽車產業的快速發展,我國鋰資源消費結構已由潤滑脂領域為主,轉變成以鋰電池為主。

  鋰電池產業的快速發展,致中國已成為目前世界***的鋰消費大國,幾乎占用了全球每年40%的原鋰資源產量,為此需大量進口。一方面,我國新能源汽車作為七大新興產業領域之一,得到了***的大力支持,按照工信部的《汽車產業中長期發展規劃》,2020年新能源汽車產量達200萬輛,需要增加10~14萬噸碳酸鋰的消耗(合1.80~2.52萬噸金屬鋰)。

  再一方面,我國國內鋰資源的需求量也從2001年的1850.00噸增至2016年的17350.00噸,2017年約接近2萬噸;而同期我國國內鋰資源的產量從2013年的4700.00噸的高點降低到2016年的2300.00噸,缺口越來越大,對外依存度超過85%。2016年底,中國鋰鹽產能折合碳酸鋰約17萬噸,而中國的鋰鹽生產當中,其中絕大部分仍然依賴于進口鋰輝石加工,占比超過70%,2016年我國從海外進口鋰輝石49萬噸,我國自產鋰輝石礦僅有3.8萬噸,總量相差懸殊。

  因此,***層面上高度重視對鋰資源的勘查與開發,在《全國礦產資源規劃(2016—2020)》中18處提到鋰,把鋰作為9個需要“儲備和保護礦種”之一、24種戰略性礦種之一,“十三五”期間設立了1個***規劃礦區(甲基卡)和7個重點勘查區,下達的勘查指標是60萬噸Li2O,并要建設2個能源基地(甲基卡,柴達木)。

  當然,在大規模解決短缺之前,我們還得繼續面臨著進口的問題,畢竟鋰資源主要還是在南美和澳洲。

  全球鋰資源儲量及分布情況

  由于持續不斷的勘探,鋰資源在世界范圍內已大幅度增加。據美國地質調查局(USGS)2018年的報告稱,目前已探明的全球鋰資源儲量總計超過5300.00萬噸,附屬資源種類主要包括鹽湖鹵水鋰、地熱鹵水鋰、鋰蒙脫石鋰、油田鹵水鋰以及偉晶巖鋰等。其中,美國鋰資源總量約680萬噸,其他***約4700.00萬噸,主要包括阿根廷980.00萬噸、玻利維亞900.00萬噸、智利840.00萬噸、中國700.00萬噸、澳大利亞500.00萬噸,以及加拿大190.00萬噸等。

  從鋰資源分布看,主要集中在南美洲和澳洲,其中,阿根廷、玻利維亞、智利以及澳大利亞等4國的鋰資源儲量占全球儲量的六成以上。

  到目前為止,自然界中發現的鋰礦床最主要的有3種類型:鹵水型、偉晶巖型和沉積巖型,整體還是以鹵水型和偉晶巖型的鋰礦為主體,沉積型等新類型鋰礦的比重很小。

  含鋰鹵水型礦床占全球鋰資源的66%,偉晶巖型占26%,沉積巖型占8%。此外,黏土型(在黏土礦床中含有鋰)和湖成蒸發巖型(在湖成蒸發巖中含有鋰)也具有潛在開發意義。

  據初步統計,中國鋰儲量320萬噸左右,約占全球總儲量的22.90%,位列第二,主要分布在青海、西藏、新疆、四川、江西、湖南等省區。

  青海、西藏和四川鋰資源儲量占總量達85.23%,其中西藏和青海為鹽湖鹵水型,固體型鋰礦主要分布于四川、新疆、江西等地,屬花崗偉晶巖型的鋰輝石或鋰云母礦。

  雖然中國的鋰資源豐富,但受開發條件、技術等限制,國內鹵水鋰和礦石鋰的開發程度都較低。

  全球碳酸鋰生產的原料主要來自鹵水,中國鹽湖鹵水資源豐富,青海柴達木盆地鹽湖都是高鎂鋰比的鹵水,相關的提鋰技術還未達到工業化生產的成熟度;西藏扎比耶鹽湖鹵水中的鋰以碳酸鋰形態存在,易于提取,但是因交通、電力、能源等條件,限制了大規模開發。

  目前,我國碳酸鋰生產的原料主要為鋰輝石礦。國內鋰輝石資源豐富,分布集中,其中四川占57%,江西占33%。四川鋰礦成礦條件優越,資源豐富,在全國乃至全世界都占有重要地位,其中阿壩、甘孜兩州探明儲量大,具備大規模開發的條件,但礦山所在在自然環境惡劣,海拔高,基礎設施配套差,開采和尾礦處理難度大,環保問題也制約著開發。

  江西宜春是我國規模比較大的鉭鈮采選企業和鈮鋰原料生產基地,也是重要的鋰云母礦產地,已開發多年,但開采規模較小,礦石品質較低,部分鋰鹽生產中的技術難題尚未突破,鋰開發處于試生產階段。

  目前主流的提鋰技術有兩種:礦石提鋰和鹵水提鋰。

  礦石提鋰技術曾是世界上生產碳酸鋰的主要方法,經歷了100多年的發展,其工藝已經非常成熟,較易制備高純度的鋰產品,但成本較高。

  礦石提鋰現在主要有四種工藝:

  ***法:此方法先將天然鋰輝石在950-1100℃焙燒,使其晶型轉變,礦物的物理化學性質也隨著晶體結構的變化而產生明顯變化,化學活性增加,能與酸堿發生各種反應。然后將***與β-鋰輝石在250-300℃下焙燒,通過***化焙燒發生置換反應,即可生成可溶性***鋰和不溶性脈石。

  此方法碳酸鋰收率高,工藝簡單,但需要消耗大量的***及熱能,成本較高。

  ***鹽法:將鋰輝石與***鹽混合煅燒,使礦石中的鋰轉變為***鋰,通過熟料溶出即可使鋰從礦石中進入溶液。

  此方法碳酸鋰收率較高,但流程長,工藝耗能高。

  氯化焙燒法:利用氯化劑使礦石中的鋰及其它有價金屬轉化為氯化物,進而提取金屬及其化合物的。氯化劑常常為鉀、鈉、銨和鈣的氯化物。

  此方法具有流程簡單和不消耗貴重試劑的優點,但LiCl的收集較難,爐氣腐蝕性強,試劑用量大。

  石灰燒結法:用石灰或石灰石與含鋰礦石燒結,再將燒結塊溶出以制取碳酸鋰。

  此方法實用性好,不需要稀缺的試劑,但是蒸發能耗大、鋰的回收率低、設備維護困難。

  礦石提鋰技術工藝成熟但成本較高,目前世界上僅剩中國和澳大利亞還在采用礦石提鋰。

  而鹽湖提鋰整體來看,由于不需要類似礦石提鋰的煅燒過程,鎂鋰比較低的海外鹽湖甚至提鋰成本在2萬元以下。雖然鹵水鋰運輸成本較高,但綜合成本還是比礦石提鋰低很多。

  鹽湖是咸水湖的一種,干旱地區含鹽度很高的湖泊,是湖泊發展到老年期的產物,富集鈉、鉀、鎂、鋰等多種鹽類,是重要的礦產資源。根據不同鹵水賦存狀態,鹽湖可以劃分為鹵水湖、干鹽湖和沙下湖,鹽類資源存在于鹽蓋表面鹵水、含鹽沉積與晶間鹵水中。因此鹽湖儲量有兩個概念:孔隙度儲量(表面鹵水/中間鹵水儲量)和給水度儲量(含鹽沉積,如鹽蓋,加入淡水后可以溶解出來的資源量)。

  根據鹽湖鹵水化學成分來看,鹽湖可分為碳酸鹽型、***鹽型(包括***鈉亞型和***鎂亞型)和氯化物型。

  鹽湖中的鋰一般都是從生產過鈉、鉀以后剩下的老鹵中提取的,不同類型的鹽湖提鋰步驟基本一致,都是老鹵進行鋰富集后經過蒸發、除鎂、濃縮后提取鋰離子制取碳酸鋰。從鹽田中抽取鹵水—分離鹵水中的鉀、鈉等元素—得到老鹵—進一步加工—得到碳酸鋰。但是鹽湖的類型的不同及鎂離子濃度不一樣導致生產碳酸鋰的方法也不盡相同,每種方法使用對雜質的處理方法是不一樣的。我國鹽湖由于普遍鎂鋰比較高,相比海外鹽湖,需要額外進行鋰富集步驟,而不同鹽湖對應不同的鋰富集提鋰工藝。

  鹽湖型鋰礦儲量、資源量在各類型鋰礦中占***優勢。鹽湖鹵水型鋰礦約占全球鋰礦總儲量的76%-78%,而就經濟可采儲量而言,其占比高達91%,是全球最重要的一種鋰礦床類型。

  全球的鹽湖鹵水型鋰礦床分布在赤道兩邊的干旱緯度帶,南緯和北緯19~37°地區,其中有利成礦帶位于大陸西岸或內陸西側雨影區內。此外,鹽湖鹵水型鋰礦床也常位于新生代地質活動較為活躍的構造區域。其中,智利、阿根廷、玻利維亞以及中國等***鹽湖鹵水型鋰礦儲量較為豐富,占全球鹽湖鹵水型鋰礦總量的大部分。

  鹽湖提鋰相對礦石提鋰成本優勢明顯。據統計,全球鋰礦生產商中,當前在Atacama鹽湖開發的SQM和Rockwood公司鋰鹽生產成本比較低,初級純質碳酸鋰生產成本約10000元/噸。國外其他鹽湖碳酸鋰生產成本約10000~15000元/噸,而國內鹽湖碳酸鋰生產成本約15000~20000元/噸。

  雖然鋰輝石提鋰工藝成熟,但耗能高、污染重、成本高,開采規模比較大的礦山企業Talison的碳酸鋰生產成本也在23000~25000元/噸左右。鋰云母開采時,多伴生有鉭、鈮等多種稀有金屬元素,如果無法綜合利用,每噸碳酸鋰的生產成本至少也要30000元以上。

  成本的優勢,使得鹽湖提鋰將成為全球未來鋰礦開發必然趨勢。

  鹽湖提鋰的基本工藝流如下:

  前端工藝:

  1)抽取:利用水泵等將鹽田中的鹵水抽出置于人工鹽湖

  2)除雜:根據碳酸鋰溶解度隨著溫度升高而降低、而氯化 鉀、氯化 鈉溶解度隨著溫度升高而升高的原理,將從含鋰的鹽湖鹵水中提取碳酸鋰。鹽湖鹵水提鋰通常要鹽田日曬從而分階段得到不同鹽類;

  青海三大鹽湖在前端的鹵水處理都采取同樣的方式。通過泵從地下30-40米抽出原鹵后進入鈉鹽池,鈉鹽析出后,鹵水進入鉀鹽池,鉀鹽析出后,形成鎂鋰鹽池,也就是老鹵。

  后端工藝:

  3)提純:將鹽類液提純,除去鈣、鎂等雜質;

  4)分離:將鋰鹽從溶液中分離提取,得到所需鋰鹽產品。

  后端對于鎂鋰分離,不同的鹽湖由于鎂鋰比、鋰濃度、雜質不同,各有區別。

  鹽湖提鋰的關鍵在于通過較低成本的方式從鹽湖鹵水中富集鋰離子并析出至鋰精礦。鹵水提鋰能耗低和成本低,已成為未來生產基礎鋰產品的發展方向。

  鹽湖提鋰的主要影響因素有兩個:一是鹽湖中鋰含量,鋰含量越低,鹵水蒸發量越大,成本就相對越高;二是但更重要的是鹽湖中各礦物質離子比例關系,特別是鎂鋰比,一般鎂鋰比越小越好。采用何種提鋰方法主要取決于鹽湖鹵水鎂鋰比。

  從全球鋰鹽產量來看,我國屬于鋰資源大國,但因國內鹽湖稟賦較差,鋰鹽產品在全球占比較靠后。

  鹽湖資源集中分布在青海、西藏,預計青海鹽湖將有望成為主力供應。青海鹽湖資源以碳酸鹽型為主,其水文地質、氣候條件較好,多家鉀肥企業深耕多年,基礎設施完善,但由于鹵水呈現鎂鋰比高、離子濃度低的特點,鋰的富集和分離一直是大規模工業化生產的壁壘;相較青海,西藏鹽湖的以***鹽型為主,鎂鋰比低、鋰離子濃度高,加工難度更低,但受制于基礎設施、氣候等原因,開發進展緩慢。

  各個鹽湖之間鹵水差別較大,企業各自技術路徑呈現百花齊放局面。因各企業的鹽湖之間鎂鋰比、鋰離子濃度、雜質成本含量差別較大,往往都針對自身資源特點分別選擇通過沉淀法、煅燒法、萃取法、吸附法、納濾膜 法、離子交換膜 法等多種技術工藝實現提取碳酸鋰:其中藍科鋰業和藏格控股(察爾汗鹽湖)采取吸附法;東臺鋰資源公司(東臺吉乃爾鹽湖)采取納濾膜 法;西臺采用電滲析膜 法興華鋰鹽(大柴旦鹽湖)采取溶劑萃取法;五礦鹽湖(一里坪鹽湖)采取納濾膜分離技術。

  延伸閱讀:

  儲能材料丨鹽湖提鋰-***中國四大鹽湖、五大提煉技術路線!

  原標題:全球資源儲量、中國鹽湖分布、提煉成本與技術……關于鋰資源最扎實的基本面

文章來源地址: http://www.pdgb2b.com/article/dgdqxmhz/11135.html

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