鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2023年10月14日
鋰材料提取技術及產業化進展
十一月二日,我國電動汽車百人會召開了"動力鋰電池材料及材料綜合利用"研討會,來自高校、科研院所、公司的60余名嘉賓就此主題進行了深入探討。以下是青海鋰產業技術創新戰略聯盟理事長段東平在研討會上的發言整理:
鋰資源以及戰略概念
全球鋰資源分布比較廣,但儲量有限,目前來看重要集中在南美、我國以及非洲的一些地方。我國鋰資源分布集中在鹽湖和礦石當中,目前已探明儲量中,大概70%以上集中在青海的鹽湖里,還有一部分分散在礦山里。這兩種資源由于天生的稟賦不同,所以在后期的開采、提取、生產工藝以及產品質量上都有差別。
就國內的鹽湖資源來看,重要分布在西部的五個省份,但是有鋰資源的鹽湖只集中在青藏高原,這其中集中在青海的更多一些。西藏不允許建任何工業,因此,2013年青海和西藏經過中央協調,在青海的格爾木市建立了藏青工業園,所以西藏以資源開發為主的工業體系現在都在青海,也就是現在和未來能夠建立鹽湖鋰資源提取開發的產業,都集中在青海。
根據美國地調局公布的一些數據,鋰資源的儲量每年都有新的調查數據,最近兩年依然在變化,這些數據還有待核實。根據2013年核實公布的數據,我國鋰資源總儲量占全球總量的20%左右。
全球的鋰資源重要集中在鹽湖,從目前來看,技術開發和生產建設方面的基礎集中在對鹽湖資源的開發和有效利用上,因為鹽湖資源開發對環境的破壞目前來說是最小的,而對礦山的開發和開采破壞環境是及其嚴重的。我們可以分析一下國內外鹽湖的情況,國外的一些鹽湖,本身成分上講,含量高一點的比如像阿卡塔瑪大概是0.15克升的量,其它地方只在幾十到幾百個ppm這樣的范圍,低一點在幾個ppm這樣的范圍,其中儲量最大或者品質最好的還在開發過程中,現在開發最多的是玻利維亞的烏尤尼和阿根廷的里肯。
目前我國能夠開發的鹽湖都集中在青海,現在青海非常重要的幾個含鋰的大型鹽湖區一個是察爾汗鹽湖區域,另外是東臺、西臺和一里坪。從礦的稟賦來看,我們在鹽化工當中特別強調鎂鋰比例的問題,這使得難度和成本都大大提高。
今年八月份習近平總書記專門到了青海視察,特別指示了對鹽湖資源的綜合開發利用,其中最重要的就是鉀和鋰。有關鋰的問題,直接涉及到我們國家對外的依賴程度,同時涉及到我們國內一直在開發的,比如像我國科學院正在研發的第四代核能系統等,其中所用到的一些高純度的鋰7原料,都要從鹽湖資源來獲得,因此我們把鹽湖資源的開發以及提鋰提到了重要的議事日程上來。
國內鹽湖鋰資源開發現狀
目前,無論是礦石提鋰還是鹽湖提鋰都歸到五個方面:吸附法、焙燒法、萃取法、沉淀法、電滲析法。這五個方法在鹽湖資源的開發當中都有應用,有四個是集中在青海的鹽湖,其中沉淀法是在西藏的扎布耶鹽湖。
電滲析法是通過膜和電場的驅動,讓最小的離子通過膜,剩下的都流到膜的另一邊。其中,通過沉淀、電場的辦法有效消除掉鎂離子是技術的難點,所以解決這一問題是電滲析法的核心。由于要把鎂進行隔離,實現鎂離子在膜上面的吸附、粘結等效果,使得整個生產成本和生產周期都受到了一些影響。
萃取法在最近一兩年間發展迅速,我國在50年代末開始籌備研發第一顆氫彈的時候就提出了用萃取法來先提取高純的氯化鋰,然后再提純鋰同位素。但由于當時的設備、材料、萃取劑等幾個方面都沒有達到理想的狀態,所以一直沒有實現。這個方法在經過幾十年進步之后,最近兩年開始全方位推進,其核心問題是通過新研發的萃取劑,以及現在在萃取機和耐腐蝕材料方面的進步,滿足萃取法的要求。通過萃取、反萃液先得到高純的氯化鋰,再進行碳化,可以最終得到碳酸鋰。實際上,這個方法和技術方面和其它技術有很大的不同就是,在電池材料逐漸使用的過程中,已經不僅僅限于對碳酸鋰的需求,同時對氫氧化鋰、甚至未來的氯化鋰,都可以逐漸作為材料來使用。因此,這種方法可以進行多種原料的制備,而且純度完全可以滿足目前最高級別水平的電池級碳酸鋰的需求。
從化學基本原理上講,最常規或者是最簡單的方法就是沉淀法。沉淀法有兩個問題,一個是通過濃縮結晶,再一個是通過碳化來沉淀,產品的純度要差一些,當然后續進行提純加工以及一些輔助廠商或者二級廠商進行加工,所以還能夠滿足電池材料的需求。
現在技術難度一直沒有完全突破的是吸附法,由于它的吸附特性,所以目前重要把它應用于鋰含量濃度最低的一些鹽湖,例如察爾汗鹽湖,它的鎂鋰比高達1800倍,在原鹵當中的鋰離子濃度只有30左右的ppm。使用吸附法進行提碳酸鋰,到去年年底共生產1500噸左右,是全世界最大的吸附法的生產量力。比亞迪也正是和吸附法的廠商藍科鋰業開展了新一輪的合作,十月二十九日,年產3萬噸電池級碳酸鋰的生產線破土動工。
焙燒法是由中信國安這個公司在開展,這個工藝從化學原理上講沒有問題,但是在生產實際當中出現嚴重的環境污染問題,這個技術目前僅有一條線正在青海進行生產,產量大概1萬噸,實際生產量應該不超過3000噸。
從國內現有生產情況看,礦石法提鋰和用鹽湖資源提鋰的優劣勢差別很大,尤其在對環保進行明確的要求下,礦石法未來生存的壓力會非常巨大。一方面,它本身的生產成本較高,原料需大量進口。另一方面對環境污染嚴重,在礦石法過程中,因為有高溫,火法、濕法聯合作業,所以它的氣、液、固廢三種物體的排放都比較嚴重。用鹽湖資源提鋰,現有的幾種工藝成本控制起來都比礦石提鋰的成本低。同時,剛剛提到的五種方法各有不同,準確的數字沒有任何一家公布出來,大約在1-2萬這個范圍的生產成本。從環保的角度來講,因為提鋰是在數萬平方公里之內荒蕪人煙、寸草不生的鹽堿或者鹽湖區域,假如把提鋰之后的老鹵堆存或者排放到另外一個固定地點,對環境來說沒有直接的影響,不存在大氣污染和固體廢棄物的污染,老鹵的堆放只是把里邊的鋰和鉀提取之后換一個地方堆存,有可能影響的就是未來的地下水。所以從環保角度講,鹽湖資源提鋰要比礦石法優越很多。
鋰鹽產品的上升態勢
在鋰鹽產品消耗上我們做了大量的統計,其中電池需求量占總需求量50%左右,需求量增速最大的也是電池。
目前,從原料開始一直到后續各種工序的加工,技術上都逐漸完善,形成了一系列的產品,后續將針對產品需求進行進一步的開發。鹽湖資源的開發也建立了一系列完整的研發體系和產品體系。
青海已經明確要打造"十三五"一千億元的鋰電材料產業以及打造一千億元的鋰產業,鋰鹽產業"十三五"發展目標是實現碳酸鋰20萬噸產量、氯化鋰3萬噸、氫氧化鋰1萬噸、金屬鋰1萬噸。前三種都是和鋰電相關的,新型的材料像金屬鋰未來可能也會用到鋰電上來。
原標題:段東平:鋰材料提取技術及產業化進展
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