新工藝的創(chuàng)新性和難度達到國際領先水平
12月28日，從中國科學院過程工程所獲悉，由該所開發(fā)成功的“碳酸鹽型鹽湖多官能團螯合萃取——三相反應提鋰”新技術近日在北京通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織專家科技成果評價。
中國科學院費維揚院士擔任組長，中國工程院多吉院士擔任副組長的評價專家組，針對該新技術工藝流程、中試設備運行以及環(huán)境與經濟效益等進行評價后，一致認為，該項目整體達到了國際先進水平，其中新工藝的創(chuàng)新性和難度達到國際領先水平，具有顯著的經濟、社會和環(huán)境效益。
鋰是關鍵的能源金屬，在電子器件、新能源汽車以及儲能領域具有廣泛應用。近年來鋰消費增速明顯，從2010年11.3萬噸（以碳酸鋰計）迅速增長至2020年的34.4萬噸，預計2030年將增至100萬噸以上，低成本、高效開發(fā)利用鋰資源是滿足鋰消費快速增長的唯一途徑。
據介紹，西藏低鎂鹽湖多為碳酸型鹽湖，其中結則茶卡和扎布耶儲量最大，分別為200萬噸和180萬噸（碳酸鋰），占藏區(qū)鹽湖總儲量的30%以上，目前工業(yè)上主要采用“太陽池法”提鋰，該方法在太陽池中將碳酸型鹽湖鹵水蒸發(fā)濃縮，利用鹵水中自有的碳酸根形成50%-60%的碳酸鋰粗品，再運輸至甘肅白銀市異地精煉得到高純鋰產品。如何針對西藏地區(qū)鹽湖鋰資源特點，開發(fā)高效、低成本、環(huán)境友好的新技術與工藝成為備受業(yè)內外關注的難題。
據了解，根據西藏鹽湖資源稟賦以及生態(tài)環(huán)境特點，中科院過程所齊濤和朱兆武研究員團隊自主研發(fā)了多官能團螯合萃取體系，通過“預處理—萃取—反萃—熱解”等工藝流程，首次在西藏地區(qū)實現了鹵水直接制備電池級碳酸鋰。工藝流程中構建了“鈣循環(huán)”、“碳循環(huán)”、“水循環(huán)”和“萃取體系循環(huán)”四個循環(huán)體系，使得技術的能耗、物耗和水耗與其他技術相比均處于較低水平，保證了技術的高清潔度，同等規(guī)模的碳酸鋰產能下，新工藝對電力、淡水等輔料的需求量較其他工藝更低。
2021年8月，該項目團隊與西藏國能礦業(yè)發(fā)展有限公司、上海意定新材料科技有限公司合作，建成碳酸鋰中試生產線，以結則茶卡鹽湖鹵水為原料，經過CaO除鎂、萃取洗滌、碳化反萃、熱解等工藝一步制備高純度碳酸鋰產品，打通了全部工藝流程。并于10月底完成全部試驗，生產出數噸準電池級碳酸鋰產品。運行結果表明，鋰綜合收率90%以上，碳酸鋰產品純度99.5%以上，部分產品達到電池級標準，成為全球首個在海拔4600米以上建成并投產的鹽湖提鋰中試生產線。
據介紹，為了保護當地的生態(tài)系統(tǒng)，研究團隊和生產企業(yè)貫徹“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念，對工藝的清潔度進行了嚴格的把控。從工藝設計的源頭，就避免了廢渣和廢氣的大量產生，盡可能的實現輔料的全循環(huán)。同時對外界最為關心的萃取劑對水質影響問題，研究團隊選擇了水溶性極低的萃取體系，保證萃取劑的無毒無害。全流程僅有提鋰萃余液唯一一個水出口，便于嚴格把控出口水質，通過設置“澄清槽、儲罐、多道樹脂除油”等多項措施，保證出水中COD處于極低水平，經過國際權威機構SGS檢測，處理后的萃余液COD遠低于國標要求，其總氮、氨氮、總磷和重金屬等含量都遠遠優(yōu)于國家標準要求。生產企業(yè)時刻監(jiān)控水質情況，確保進入生態(tài)系統(tǒng)的水質達到國家和自治區(qū)相關要求。該技術的成功應用將為西藏地區(qū)碳酸型鹽湖鹵水鋰資源高效綠色開發(fā)利用提供新途徑。
據悉，該新技術已獲授權中國發(fā)明專利1項，實用新型3項，申請PCT專利1項。具有四大優(yōu)勢，一是開發(fā)了新型螯合萃取劑，鋰選擇性高且無毒無害，環(huán)境友好；二是采用CO?氣液液三相反萃鋰，避免了強酸引起的設備腐蝕及環(huán)境污染；三是建立了碳酸氫鋰溶液直接熱解制備高純度碳酸鋰工藝，實現碳酸鋰短流程生產；四是將CaO與鹽湖CO?2?結合CO?雙循環(huán)，實現了輔料的低消耗和碳的低排放，能夠滿足西藏地區(qū)環(huán)境保護要求。