锂资源介绍及储量分布

锂具有诸多优良的物理化学性质,其功能和用途十分广泛,被认为是“推动世界进步的能源金属”锂隶属于有色金属行业中的稀有金属,其实它在地壳中的含量不算“稀有”,地壳中约有0.0065%的锂,其丰度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多种,其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石和盐湖卤水等。海水中锂的含量不算少,总储量达2600亿吨,可惜浓度太小,提炼实在困难。

锂资源分种类储量看,盐湖为储量主体,矿石为供应主体。自然界中锂资源主要有盐湖卤水和伟晶岩两种形式存在,其中封闭盆地卤水占比 58%,伟晶岩占比 26%。全球已探明的锂资源量达到 8900 万金属吨。全球锂资源主要集中在南美锂三角(玻利维亚、智利、阿根廷)占比约 56.0%,中国占比 5.7%位列第六。其中澳洲锂矿石在资源量及品位上均具有优势,全球锂资源以澳洲矿石提取为主,2020 年西澳锂辉石与中国锂辉石/锂云母供应锂合计占比约达为 59%。

全球盐湖卤水锂矿主要分布在玻利维亚、智利、阿根廷、美国、中国等国家,其中较难开发的高镁锂比盐湖占比达到 58.3%,我国大部分盐湖以及资源量第一的玻利维亚 Uyuni 盐湖均属于镁锂比较高的盐湖;而墨西哥及美国矿石类型主要为黏土矿尚未实现商业化。随着锂需求日益膨胀,我们认为盐湖卤水型锂资源在种类多元和供给保障的战略需求下将受到重点开发。

锂产业链中,上游主是锂矿的开采,目前主要通过锂矿石和盐湖卤水提锂;中游主要是锂盐产品的生产,初级加工阶段的产品主要包括碳酸锂(最基础锂盐)、氢氧化锂、氯化锂等一次锂盐;基础锂盐进一步加工可制取丁基锂、金属锂等二次或多次锂产品,在这之中碳酸锂和氢氧化锂按照纯度与化学指标可以分为工业级和电池级,分别用于工业领域和电池领域;锂资源应用下游分布广泛, 主要应用于电池、陶瓷、玻璃、合金、润滑剂、医药、航天及军工等各领域。

目前锂资源主要提取技术

矿石提锂技术

锂辉石提锂已较成熟,锂云母提锂贡献新增长。锂辉石提锂技术较为成熟,主要采用硫酸焙烧法,短期内进步空间不大,难以解决成本高、环境污染较大等问题。与锂辉石相比,锂云母在提取过程中主要面临杂质较多的问题。我国江西省宜春市拥有全球最大的锂云母矿,具有“亚洲锂都”的美誉。目前宜春地区的企业多采用硫酸盐焙烧法进行云母提锂。新能源革命下锂需求日益高涨,锂云母将成为 我国锂资源供应的重要补充。

盐湖提锂技术

盐湖禀赋不同,提锂技术不同。根据盐湖卤水的资源禀赋,可将盐湖提锂技术分为高镁锂比盐湖提锂技术和低镁锂比盐湖提锂技术。目前已被工业化生产的盐湖大都是低镁锂比盐湖(镁锂比低于 8),包括沉淀法和太阳池法,其中沉淀法多应用于南美盐湖。而高镁锂比盐湖提锂技术正在趋于成熟,我国正积极探索高镁锂比盐湖的提取方法,目前比较成功的提锂方法有吸附法、膜法、萃取法、煅烧浸取法以及电渗析法等。

与锂矿石提锂相比,当前盐湖提锂主要特点为生产成本低,生产周期长,产能保障差。随着技术发展及成熟,未来盐湖提锂的发展方向为:(1)开采范围不断扩大:通过膜、吸附剂、萃取、电渗析等技术实现过去不具备经济性的低浓度、高镁锂比盐湖卤水的开发利用。(2)产能保障不断提升:目前盐湖提锂主要采用浓缩沉淀法,故受天气和自然环境等要素的影响,未来随着新兴技术的发展受外部环境限制度将降低。(3)生产周期不断缩短:采用新兴技术,在富集、分离和浓缩等环节不断优化改进,利用连续工业化生产来提高效率。

我国盐湖提锂不断优化,成本下行具备经济价值。我国盐湖提锂发展初期,技术不成熟导致成本过高,生产不具备经济价值。随着技术的不断升级与工艺的优化,当前新兴的高镁锂比盐湖提锂技术成本已基本不超过 4 万元 /吨 LCE,相较矿石提锂成本不具有劣势,预计随着技术的继续完善与产量规模的扩大盐湖提锂成本仍有望下行。

随着近几年新能源行业的高速发展,碳酸锂价格几年间增长十几倍,碳酸锂生产过程中产生的沉锂母液提锂逐渐被重视起来。

沉锂母液 (碳酸锂生产中的母液)提锂

在碳酸锂生产的过程中,沉锂反应完成后沉锂母液中含相当一部分锂资源,当污水处理会对环境造成巨大影响,同时造成碳酸锂生产过程中锂损失较多,当下解决沉锂母液问题是大规模、连续化生产碳酸锂产品工艺的关键环节。

目前沉锂母液处理的传统工艺是:采用将氟化氢加入至沉锂母液中生产氟化锂,提锂率只有70%左右,且提锂母液中含有大量氟离子,对环境造成很大的影响。

将沉锂母液直接返回系统进行循环使用,由于目前沉锂反应过程中均加入纯碱作为碳化剂进行沉锂,沉锂母液中含有相当量的钠离子、氯离子以及碳酸根离子,长期如此使用必然造成整个环节中的钠离子、氯离子、碳酸根富集,特别是沉锂过程加入的碳酸钠中的钠离子没有系统出口,最终使得沉锂反应处于氯化钠大量存在环境下进行,造成产品碳酸锂中钠离子和氯离子超标,不能满足生产需要。

萃取法在盐湖锂资源及沉锂母液提锂中的应用:

通过有机溶剂萃取锂实现锂与其他杂质成分的分离和浓缩,高浓度反萃液进一步生产各种锂盐。优点是可以处理高镁锂比卤水,且易于工业化,但对萃取设备的较高要求,通过离心萃取机提锂资源是目前比较高效的提锂技术。

离心萃取提锂取具有以下优点:

萃取回收率高

采用专用提锂萃取剂和离心机萃取工艺,可以直接从沉锂母液中萃取提锂,锂萃取收率可达95%以上,锂的回收率高。Li/Na分离系数高,选择性好。

技术流程简单

设备少,占地少,萃取剂投入量少,建设快,投资低、易推广。

生产成本低

采用该萃取工艺从沉锂母液生产氯化锂溶液,其生产成本约6-7千元,可提高锂的整体回收率的15-20%。

以年产1万t碳酸锂的产能盐湖提锂/矿石沉锂母液提锂为例,每小时产生约25m的沉锂母液,每天产生约600m,每年产生18万m,其母液中的锂,折合碳酸锂1500T以目前碳酸锂市场价格(50万元/t),其价值为7.5亿元。

案例介绍

离心萃取提锂目前已成功应用青海某盐湖提锂项目于2022年初开始投产,目前沉锂母液进料量为15m/h,目前碳酸锂的产能为2-3t碳酸锂/天。

相信随着技术的进步和推广我们的锂资源应用将更加绿色高效节能环保。

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