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储能材料丨锂资源基本面:全球储量、中国盐湖分布、提炼成本与技术……

北极星储能网  来源:商品定价权  作者:马也大爷  2018/12/6 11:51:48  我要投稿  

北极星储能网讯:前言:锂电池产业的快速发展,致中国已成为目前世界第一的锂消费大国,几乎占用了全球每年40%的原锂资源产量,为此需大量进口。一方面,我国新能源汽车作为七大新兴产业领域之一,得到了国家的大力支持,按照工信部的《汽车产业中长期发展规划》,2020年新能源汽车产量达200万辆,需要增加10~14万吨碳酸锂的消耗(合1.80~2.52万吨金属锂)。

锂(Li)是一种银白色的金属元素,原子序数3,原子量6.941,熔点为180.54℃,沸点1342℃,密度0.534克/厘米,硬度0.6,是最轻的碱金属元素。

(来源:微信公众号“商品定价权” ID:shanghaiyouse 作者:马也大爷)

锂具备重量轻,质地软,比热大,负电位高等的一系列优良特性,广泛应用于空调、医药、农业、电子技术、纺织以及金属的焊接和脱气等领域。由于锂的重要战略价值,特别是在近几年在新能源领域的应用,被誉为“21世纪”的能源金属。

随着我国新能源汽车产业的快速发展,我国锂资源消费结构已由润滑脂领域为主,转变成以锂电池为主。

锂电池产业的快速发展,致中国已成为目前世界第一的锂消费大国,几乎占用了全球每年40%的原锂资源产量,为此需大量进口。一方面,我国新能源汽车作为七大新兴产业领域之一,得到了国家的大力支持,按照工信部的《汽车产业中长期发展规划》,2020年新能源汽车产量达200万辆,需要增加10~14万吨碳酸锂的消耗(合1.80~2.52万吨金属锂)。

再一方面,我国国内锂资源的需求量也从2001年的1850.00吨增至2016年的17350.00吨,2017年约接近2万吨;而同期我国国内锂资源的产量从2013年的4700.00吨的高点降低到2016年的2300.00吨,缺口越来越大,对外依存度超过85%。2016年底,中国锂盐产能折合碳酸锂约17万吨,而中国的锂盐生产当中,其中绝大部分仍然依赖于进口锂辉石加工,占比超过70%,2016年我国从海外进口锂辉石49万吨,我国自产锂辉石矿仅有3.8万吨,总量相差悬殊。

因此,国家层面上高度重视对锂资源的勘查与开发,在《全国矿产资源规划(2016—2020)》中18处提到锂,把锂作为9个需要“储备和保护矿种”之一、24种战略性矿种之一,“十三五”期间设立了1个国家规划矿区(甲基卡)和7个重点勘查区,下达的勘查指标是60万吨Li2O,并要建设2个能源基地(甲基卡,柴达木)。

当然,在大规模解决短缺之前,我们还得继续面临着进口的问题,毕竟锂资源主要还是在南美和澳洲。

全球锂资源储量及分布情况

由于持续不断的勘探,锂资源在世界范围内已大幅度增加。据美国地质调查局(USGS)2018年的报告称,目前已探明的全球锂资源储量总计超过5300.00万吨,附属资源种类主要包括盐湖卤水锂、地热卤水锂、锂蒙脱石锂、油田卤水锂以及伟晶岩锂等。其中,美国锂资源总量约680万吨,其他国家约4700.00万吨,主要包括阿根廷980.00万吨、玻利维亚900.00万吨、智利840.00万吨、中国700.00万吨、澳大利亚500.00万吨,以及加拿大190.00万吨等。

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从锂资源分布看,主要集中在南美洲和澳洲,其中,阿根廷、玻利维亚、智利以及澳大利亚等4国的锂资源储量占全球储量的六成以上。

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到目前为止,自然界中发现的锂矿床最主要的有3种类型:卤水型、伟晶岩型和沉积岩型,整体还是以卤水型和伟晶岩型的锂矿为主体,沉积型等新类型锂矿的比重很小。

含锂卤水型矿床占全球锂资源的66%,伟晶岩型占26%,沉积岩型占8%。此外,黏土型(在黏土矿床中含有锂)和湖成蒸发岩型(在湖成蒸发岩中含有锂)也具有潜在开发意义。

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据初步统计,中国锂储量320万吨左右,约占全球总储量的22.90%,位列第二,主要分布在青海、西藏、新疆、四川、江西、湖南等省区。

青海、西藏和四川锂资源储量占总量达85.23%,其中西藏和青海为盐湖卤水型,固体型锂矿主要分布于四川、新疆、江西等地,属花岗伟晶岩型的锂辉石或锂云母矿。

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虽然中国的锂资源丰富,但受开发条件、技术等限制,国内卤水锂和矿石锂的开发程度都较低。

全球碳酸锂生产的原料主要来自卤水,中国盐湖卤水资源丰富,青海柴达木盆地盐湖都是高镁锂比的卤水,相关的提锂技术还未达到工业化生产的成熟度;西藏扎比耶盐湖卤水中的锂以碳酸锂形态存在,易于提取,但是因交通、电力、能源等条件,限制了大规模开发。

目前,我国碳酸锂生产的原料主要为锂辉石矿。国内锂辉石资源丰富,分布集中,其中四川占57%,江西占33%。四川锂矿成矿条件优越,资源丰富,在全国乃至全世界都占有重要地位,其中阿坝、甘孜两州探明储量大,具备大规模开发的条件,但矿山所在在自然环境恶劣,海拔高,基础设施配套差,开采和尾矿处理难度大,环保问题也制约着开发。

江西宜春是我国规模最大的钽铌采选企业和铌锂原料生产基地,也是重要的锂云母矿产地,已开发多年,但开采规模较小,矿石品质较低,部分锂盐生产中的技术难题尚未突破,锂开发处于试生产阶段。

目前主流的提锂技术有两种:矿石提锂和卤水提锂。

矿石提锂技术曾是世界上生产碳酸锂的主要方法,经历了100多年的发展,其工艺已经非常成熟,较易制备高纯度的锂产品,但成本较高。

矿石提锂现在主要有四种工艺:

硫酸法:此方法先将天然锂辉石在950-1100℃焙烧,使其晶型转变,矿物的物理化学性质也随着晶体结构的变化而产生明显变化,化学活性增加,能与酸碱发生各种反应。然后将硫酸与β-锂辉石在250-300℃下焙烧,通过硫酸化焙烧发生置换反应,即可生成可溶性硫酸锂和不溶性脉石。

此方法碳酸锂收率高,工艺简单,但需要消耗大量的硫酸及热能,成本较高。

硫酸盐法:将锂辉石与硫酸盐混合煅烧,使矿石中的锂转变为硫酸锂,通过熟料溶出即可使锂从矿石中进入溶液。

此方法碳酸锂收率较高,但流程长,工艺耗能高。

氯化焙烧法:利用氯化剂使矿石中的锂及其它有价金属转化为氯化物,进而提取金属及其化合物的。氯化剂常常为钾、钠、铵和钙的氯化物。

此方法具有流程简单和不消耗贵重试剂的优点,但LiCl的收集较难,炉气腐蚀性强,试剂用量大。

石灰烧结法:用石灰或石灰石与含锂矿石烧结,再将烧结块溶出以制取碳酸锂。

此方法实用性好,不需要稀缺的试剂,但是蒸发能耗大、锂的回收率低、设备维护困难。

矿石提锂技术工艺成熟但成本较高,目前世界上仅剩中国和澳大利亚还在采用矿石提锂。

而盐湖提锂整体来看,由于不需要类似矿石提锂的煅烧过程,镁锂比较低的海外盐湖甚至提锂成本在2万元以下。虽然卤水锂运输成本较高,但综合成本还是比矿石提锂低很多。

盐湖是咸水湖的一种,干旱地区含盐度很高的湖泊,是湖泊发展到老年期的产物,富集钠、钾、镁、锂等多种盐类,是重要的矿产资源。根据不同卤水赋存状态,盐湖可以划分为卤水湖、干盐湖和沙下湖,盐类资源存在于盐盖表面卤水、含盐沉积与晶间卤水中。因此盐湖储量有两个概念:孔隙度储量(表面卤水/中间卤水储量)和给水度储量(含盐沉积,如盐盖,加入淡水后可以溶解出来的资源量)。

根据盐湖卤水化学成分来看,盐湖可分为碳酸盐型、硫酸盐型(包括硫酸钠亚型和硫酸镁亚型)和氯化物型。

盐湖中的锂一般都是从生产过钠、钾以后剩下的老卤中提取的,不同类型的盐湖提锂步骤基本一致,都是老卤进行锂富集后经过蒸发、除镁、浓缩后提取锂离子制取碳酸锂。从盐田中抽取卤水—分离卤水中的钾、钠等元素—得到老卤—进一步加工—得到碳酸锂。但是盐湖的类型的不同及镁离子浓度不一样导致生产碳酸锂的方法也不尽相同,每种方法使用对杂质的处理方法是不一样的。我国盐湖由于普遍镁锂比较高,相比海外盐湖,需要额外进行锂富集步骤,而不同盐湖对应不同的锂富集提锂工艺。

盐湖型锂矿储量、资源量在各类型锂矿中占绝对优势。盐湖卤水型锂矿约占全球锂矿总储量的76%-78%,而就经济可采储量而言,其占比高达91%,是全球最重要的一种锂矿床类型。

全球的盐湖卤水型锂矿床分布在赤道两边的干旱纬度带,南纬和北纬19~37°地区,其中有利成矿带位于大陆西岸或内陆西侧雨影区内。此外,盐湖卤水型锂矿床也常位于新生代地质活动较为活跃的构造区域。其中,智利、阿根廷、玻利维亚以及中国等国家盐湖卤水型锂矿储量较为丰富,占全球盐湖卤水型锂矿总量的大部分。

盐湖提锂相对矿石提锂成本优势明显。据统计,全球锂矿生产商中,当前在Atacama盐湖开发的SQM和Rockwood公司锂盐生产成本最低,初级纯质碳酸锂生产成本约10000元/吨。国外其他盐湖碳酸锂生产成本约10000~15000元/吨,而国内盐湖碳酸锂生产成本约15000~20000元/吨。

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虽然锂辉石提锂工艺成熟,但耗能高、污染重、成本高,开采规模最大的矿山企业Talison的碳酸锂生产成本也在23000~25000元/吨左右。锂云母开采时,多伴生有钽、铌等多种稀有金属元素,如果无法综合利用,每吨碳酸锂的生产成本至少也要30000元以上。

成本的优势,使得盐湖提锂将成为全球未来锂矿开发必然趋势。

盐湖提锂的基本工艺流如下:

前端工艺:

1)抽取:利用水泵等将盐田中的卤水抽出置于人工盐湖

2)除杂:根据碳酸锂溶解度随着温度升高而降低、而氯化 钾、氯化 钠溶解度随着温度升高而升高的原理,将从含锂的盐湖卤水中提取碳酸锂。盐湖卤水提锂通常要盐田日晒从而分阶段得到不同盐类;

青海三大盐湖在前端的卤水处理都采取同样的方式。通过泵从地下30-40米抽出原卤后进入钠盐池,钠盐析出后,卤水进入钾盐池,钾盐析出后,形成镁锂盐池,也就是老卤。

后端工艺:

3)提纯:将盐类液提纯,除去钙、镁等杂质;

4)分离:将锂盐从溶液中分离提取,得到所需锂盐产品。

后端对于镁锂分离,不同的盐湖由于镁锂比、锂浓度、杂质不同,各有区别。

盐湖提锂的关键在于通过较低成本的方式从盐湖卤水中富集锂离子并析出至锂精矿。卤水提锂能耗低和成本低,已成为未来生产基础锂产品的发展方向。

盐湖提锂的主要影响因素有两个:一是盐湖中锂含量,锂含量越低,卤水蒸发量越大,成本就相对越高;二是但更重要的是盐湖中各矿物质离子比例关系,特别是镁锂比,一般镁锂比越小越好。采用何种提锂方法主要取决于盐湖卤水镁锂比。

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从全球锂盐产量来看,我国属于锂资源大国,但因国内盐湖禀赋较差,锂盐产品在全球占比较靠后。

盐湖资源集中分布在青海、西藏,预计青海盐湖将有望成为主力供应。青海盐湖资源以碳酸盐型为主,其水文地质、气候条件较好,多家钾肥企业深耕多年,基础设施完善,但由于卤水呈现镁锂比高、离子浓度低的特点,锂的富集和分离一直是大规模工业化生产的壁垒;相较青海,西藏盐湖的以硫酸盐型为主,镁锂比低、锂离子浓度高,加工难度更低,但受制于基础设施、气候等原因,开发进展缓慢。

各个盐湖之间卤水差别较大,企业各自技术路径呈现百花齐放局面。因各企业的盐湖之间镁锂比、锂离子浓度、杂质成本含量差别较大,往往都针对自身资源特点分别选择通过沉淀法、煅烧法、萃取法、吸附法、纳滤膜 法、离子交换膜 法等多种技术工艺实现提取碳酸锂:其中蓝科锂业和藏格控股(察尔汗盐湖)采取吸附法;东台锂资源公司(东台吉乃尔盐湖)采取纳滤膜 法;西台采用电渗析膜 法兴华锂盐(大柴旦盐湖)采取溶剂萃取法;五矿盐湖(一里坪盐湖)采取纳滤膜分离技术。

延伸阅读:

储能材料丨盐湖提锂-解密中国四大盐湖、五大提炼技术路线!

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原标题:全球资源储量、中国盐湖分布、提炼成本与技术……关于锂资源最扎实的基本面

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