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鹽湖提鋰主流工藝與標的梳理
發(fā)布時間:2023-01-12 來源:中國無機鹽工業(yè)協(xié)會     分享到:

       隨著新能源汽車、電子器件和儲能技術的迅速發(fā)展,鋰在新型能源材料領域的應用受到 高度關注,被譽為“21 世紀的能源金屬”、“白色石油”。全球鋰資源主要存在于鹽湖鹵 水和礦石中;目前已探明的鋰資源中,鹽湖鹵水占 58%,鋰精礦占 26%。根據(jù) USGS, 截至 2021 年,全球已探明的鋰資源儲量約為 8900 萬噸,主要集中在玻利維亞、阿根廷、 智利、美國、澳大利亞和中國。

       中國已探明的鋰資源(金屬當量)儲量約為 534 萬噸,占全球儲量的 6%,主要分布在 青海、西藏、湖北和四川等。鹽湖資源約占全國總儲量的 82%,礦石資源約占 18%。含 鋰鹽湖主要分布在青海、西藏和湖北;鋰輝石和鋰云母則主要分布在四川、江西和湖南。隨著新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展,對鋰資源的需求量日益增大,但受制于環(huán)保、交通、技 術等因素,國內礦石鋰和鹽湖提鋰難以滿足市場需求,2020 年我國鋰原料自給率僅 32%。

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       新能源汽車發(fā)展迅猛,拉動上游動力電池及金屬鋰需求。需求端來看,金屬鋰在新能源 產業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)、3C 電子數(shù)碼消費品和儲能電池領域廣泛應用,其中新能源汽車和儲 能電池增速較為可觀。2021 全年中國市場新能源汽車銷量為 352.1 萬輛,根據(jù)主流汽車 品牌的銷量與在建產線預測,2025 年中國新能源汽車銷量有望達到 1168 萬輛,2021- 2025 年 CAGR 為 35%。在全球市場,2021 年全球新能源汽車銷量為 650 萬輛,根據(jù) EVTank 等機構預測,2025 年全球新能源汽車銷量可達 1800 萬輛,2021-2025 年 CAGR為 29%。參考一輛純電動車帶電量約 60KWh,現(xiàn)階段電池度電耗鋰量 0.8kg/KWh,則 2021 年中國新能源汽車碳酸鋰需求量為 16.9 萬噸,全球需求量為 31.2 萬噸;2025 年中 國新能源汽車碳酸鋰需求量將達到 56.1 萬噸,全球需求量 86.4 萬噸。

       盡管中國 80%以上的鋰資源來自于鹽湖,但與南美鋰三角相比,中國鹽湖資源鋰含量低, 雜質較多,尤其是鎂、鋰因化學性質類似而難以分離;加之我國鹽湖分布的地方自然環(huán) 境較為惡劣,交通運輸不便,因而擴產難度大,國內擴產速度較緩慢。截至 2021 年, 青海地區(qū)鹽湖年產能僅 11.7 萬噸/年,產量 5.9 萬噸,產能利用率 50.4%;西藏地區(qū)僅扎 布耶鹽湖實現(xiàn)工業(yè)化生產,設計產能 0.5 萬噸/年。青?;A設施相對完善,是國內最早實施鹽湖提鋰項目開發(fā)的地區(qū)。青海省鹽湖鋰資源 儲量占比約占全國的 50%,主要集中于察爾汗鹽湖、 東臺吉乃爾鹽湖、 西臺吉乃爾鹽 湖、 一里坪鹽湖和大柴旦鹽湖。與國外鹽湖相比,青海鹽湖鹵水具有鋰含量低、鎂鋰 比高等特點(鎂鋰比普遍高于 60,鋰含量 0.02-0.085%),且鹵水中伴生硼、鉀、鎂、鈉 等眾多元素,成分更為復雜,鹵水鋰的分離難度更大。因此盡管資源豐富且具有較好的 晾曬條件,但難以直接運用傳統(tǒng)太陽池法,需要更先進的技術解決鋰離子濃縮、雜質分 離等問題。2018 年,中國首個萬噸級吸附+膜法項目,藍科鋰業(yè)察爾汗鹽湖 1 萬噸高純 優(yōu)質碳酸鋰項目達標達產,標志著中國鹽湖提鋰技術規(guī)模化生產正式打通,青海地區(qū)由 此開啟鹽湖提鋰的發(fā)展步伐。

       西藏地區(qū)鹽湖主要分布在藏西北地區(qū),整體多為碳酸型鹽湖,鹵水鋰、硼含量較高,含 鎂量低,鋰資源平均品位較高。但由于西藏鹽湖大多位于偏遠、艱苦的高寒高海拔地區(qū), 受限于嚴格的環(huán)保要求和基礎設施缺乏,目前整體開發(fā)程度較低,項目進展緩慢;只有 扎布耶鹽湖實現(xiàn) 5000 噸的工業(yè)化開發(fā),結則茶卡和捌千錯鹽湖有少量的碳酸鋰試驗性 產能。

      中國鹽湖開發(fā)難度更大,催生多種提鋰工藝。青海、西藏嚴格的環(huán)保要求限制了傳統(tǒng)太 陽池法的應用,各鹽湖間巨大的品位差異也使得鹽湖提鋰工藝難以像礦石提鋰具有通用 性。為“量體裁衣”開發(fā)出適合中國鹽湖的工藝,國內多所科研院校和鹽湖企業(yè)在鹽湖 提鋰領域投入多年,已摸索開發(fā)出吸附法、膜法、萃取法、電化學法等多種路線,通過 技術革新彌補中國鹽湖自然稟賦的缺陷。目前,國內鹽湖提鋰領域已形成一湖一策、多 工藝并行的局面。

        供需失衡推動碳酸鋰暴漲,短平快設備法鹽湖提鋰更具優(yōu)勢。伴隨下游需求的快速增長, 鋰資源的供需失衡推動鋰價暴漲。截至 12 月 25 日,碳酸鋰價格為 56.5 萬元/噸,氫氧 化鋰價格為 56.8 萬元/噸。參考百川盈孚,56.5 萬元/噸的碳酸鋰價格下,鹽湖提鋰(吸 附法)毛利率為 83.4%、礦石提鋰(硫酸法)毛利率為 21.0%。由于鹵水價格相對平穩(wěn), 高鋰價為采取鹽湖提鋰工藝的上游鋰企帶來豐厚利潤。目前,各大鋰企已紛紛披露碳酸 鋰擴產計劃,對業(yè)主而言,如何在高鋰價下更快開發(fā)在手鋰資源成為當務之急。由于鋰 精礦的開發(fā)周期為 3-5 年,傳統(tǒng)太陽池法修建鹽田+原鹵晾曬也需要至少 4 年時間;對 比之下,1-2 年建設期的設備法鹽湖提鋰工藝無疑成為最短平快的提鋰選擇。我們認為, 沉淀多年的技術攻關持續(xù)打磨中國鹽湖提鋰行業(yè)設備、技術供應商;伴隨行業(yè)擴產浪潮, 中國企業(yè)憑借更具性價比的工藝、技術服務,具有充分的潛力脫穎而出,立足行業(yè)前沿。

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太陽池法:適用于低鎂鋰比碳酸型鹽湖的傳統(tǒng)工藝
PART 02

太陽池法是鹽湖提鋰領域最傳統(tǒng)、最成熟的工藝,在南美鹽湖提鋰項目中廣泛使用。太 陽池法基于碳酸鋰溶解度的負溫度效應,將鹽湖鹵水在多級鹽田中分級灘曬濃縮,制得 達到要求的高鋰成鹵后,在鹽梯度太陽池中加熱該鹵水,使其中的鋰以碳酸鋰形式結晶 析出,再經過苛化法或碳化法等加工,即可獲得工業(yè)級或電池級碳酸鋰產品。太陽池法提鋰工藝的核心在于鹽梯度太陽池,其從上往下由 3 層組成:1) 上層為上對流層(淡水層),由淡水組成,其溫度與環(huán)境溫度相近,主要起形成和保 護中部鹽梯度層的作用;2) 中部為非對流層(鹽梯度層),其鹽濃度隨深度增加不斷增加,一方面阻止熱量散失 于池面,還利用淡水與鹵水折射率的不同,使熱能蓄存于池底鹵水中。由于鹽梯度 層的存在,下對流層鹵水蒸發(fā)緩慢,其他鹽類難以析出,易于碳酸鋰在池底大量沉 淀,提高品味。3) 下層為下對流層(儲能區(qū)),由飽和鹽溶液組成,溫度較上對流層高很多,主要達到 收集、儲存太陽能、提高鹵水溫度的功能。鹽梯度太陽池可以跨季節(jié)儲存熱量,即便在冬季,池底仍可維持一定的溫度,疊加冬季 鹵水中的鋰濃度較高,碳酸鋰依然可以在鹽梯度太陽池中沉淀析出,實現(xiàn)全年連續(xù)生產。

太陽池法的優(yōu)點在于工藝操作簡單、成本低;但缺點在于只適用于鎂鋰比極低的碳酸鹽 型鹽湖鹵水提鋰,且易受制于氣候條件,淡水消耗偏高,并不適用于中國的鹽湖。而南 美鋰鹽湖資源鎂鋰比低,且鹽湖灘曬條件優(yōu)越,因此多太陽池法為主,技術路線由 3 個 階段組成:鹽田蒸發(fā)、鋰與其他離子分離、純化沉淀。

目前太陽池法在國內的唯一應用即在西藏扎布耶鹽湖。扎布耶鹽湖鹵水類型為碳酸鹽型, 質量濃度為 100 mg/L,已接近碳酸鋰的飽和點,因此一期 0.5 萬噸產能采用了鹽梯度太陽池法(SGSP 法)。此外,扎布耶鹽湖地處高原,無電力、無礦物能源,且交通運輸不 便,缺乏燃料能源供給;該工藝路線充分利用青藏高原太陽能豐富、具備修建鹽田的地 理條件等顯著優(yōu)勢,不添加任何化學試劑,可在當?shù)靥崛〕銎肺辉?50%~80%的碳酸鋰 精礦產品,經過提純后碳酸鋰純度達 99.5%以上。但出于環(huán)保角度考慮,國內太陽池法有破壞自然生態(tài)的潛在威脅,未來新項目建設規(guī)劃極少采用該方法。



吸附耦合膜法:應用廣泛的設備法鹽湖提鋰工藝
PART 03

吸附耦合膜法是當前國內鹽湖提鋰領域應用最主流、產業(yè)化程度最完善的工藝之一,在 青海地區(qū)廣泛應用。該工藝分為吸附段和膜段,吸附段利用吸附劑的鋰離子選擇性吸附 提取鹵水中的鋰離子,再洗脫實現(xiàn)鋰離子的濃縮,以及與其他離子(主要是鎂離子)的 分離;膜段通過一系列有機膜梯度耦合進一步濃縮、純化鹵水:超濾膜(UF)主要用 于過濾合格液中的懸浮物顆粒降低對后續(xù)納濾膜的污染和損耗、納濾膜(NF)主要用 于實現(xiàn)一二價離子的分離、反滲透膜(RO)主要用于工藝后端對鋰溶液的濃縮。

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吸附+膜法主要優(yōu)勢在于對低鋰離子濃度+高鎂鋰比鹽湖的鋰提取。相比全球其他地區(qū) 鹽湖,低鋰離子濃度+高鎂鋰比是中國鹽湖的最顯著特征。由于鋰、鎂具有相似的性質 及水合半徑,因此鹵水中的鎂鋰比越高,提鋰難度越大,成本越高;該工藝的誕生則有 效解決了高鎂鋰比鹽湖提鋰的難題。


(一)

吸附工段

吸附段是將原鹵/老鹵作為提鋰原料,首先利用對鋰有選擇性的吸附劑將鹵水中的鋰離 子吸附,再用淡水/酸將吸附劑中的鋰離子洗脫,實現(xiàn)鋰離子與其他雜質離子的分離, 核心在于鎂鋰元素的分離。吸附段所使用的吸附劑主要分為無機吸附劑和有機吸附劑。有機吸附劑一般為離子交換樹脂型,其選擇性較差,且難洗脫;無機吸附劑主要有鋁系 吸附劑、錳系和鈦系尖晶石型氧化物吸附劑等,其對鋰具有高選擇性、吸附量大、洗脫 率也高,是鹽湖鹵水提鋰應用較多的吸附材料。鋁系吸附劑是目前較為成熟、且唯一得到產業(yè)化應用的吸附劑。鋁系吸附劑屬于層狀雙 氫氧化物(LDHs),由帶正電荷的層板(帶正電荷的鋁氧八面體和空穴中的 Li+)和層 間陰離子有序組裝疊層形成,吸附劑整體結構為電中性。淡水淋洗后,Li+被脫除而在 對應位置形成空穴;這些空穴只能容納與 Li+大致相當?shù)年栯x子。對于鎂鋰比高的鹵水, 雖然 Mg2+的半徑(0.065nm)與 Li+(0.060nm)接近,但是 Mg2+的標準水合自由能遠 大于 Li+,進入空穴需要更大的能量,因此鋁系吸附劑對鹽湖中的其他陽離子具有很好 的分離性,有效解決高鎂鋰比鹵水提鋰困難的問題?;阡X系吸附劑對鋰離子的選擇性 較高,制備工藝簡單,通過水洗即可實現(xiàn)無溶損脫鋰的優(yōu)點,產品現(xiàn)已在青海鹽湖實現(xiàn) 工業(yè)化應用。但鋁系吸附劑主要問題在于吸附容量小,且更適用于氯化物型和硫酸鎂亞 型的中性鹽湖,堿性或酸性環(huán)境會破壞鋁系吸附劑的結構。

針對鋁系吸附劑的缺陷,國內外又進行了新型吸附劑的研究;其中更具產業(yè)化應用前景 優(yōu)勢的是離子篩型鈦系、錳系吸附劑。鈦系、錳系離子篩是將鋰源與二氧化鈦、錳氧化 物等鈦源、錳源混合,反應生成離子篩前驅體,采用酸將其中的 Li+洗脫出去可獲得離 子篩,將離子篩放置于含鋰鹵水中吸附可再次形成鋰鈦、鋰錳復合氧化物。鈦系離子篩 對 Li+的理論吸附容量可達 39.8mg/g,造粒后容量為 3~5mg/g,與鋁系相當,具有溶損 率較低、鋰洗脫率高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點,且彌補了錳系溶損率高的問題。錳系離子篩在 脫鋰劑的作用下可將結構中的鋰離子幾乎全部脫除,因此具有更高的吸附容量,對 Li+ 的最大理論吸附容量最高可達 82.3mg/g。此外,鋁系吸附劑通常更適用于中性鹵水(不耐酸不耐堿),錳系吸附劑適用于中性偏 酸性鹵水(最高 7.5-8,耐酸不耐堿),鈦系吸附劑適用于碳酸鹽型鹽湖鹵水及強堿性液 態(tài)礦產(耐酸堿)。

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      盡管鈦系、錳系吸附劑在實驗過程中展現(xiàn)出更優(yōu)異的吸附性能,但在產業(yè)化過程中仍有 諸多難以克服的問題:1) 實際吸附容量與理論吸附容量之間存在巨大差距,主要系吸附劑前體洗脫過程中 Li+脫附不完全以及循環(huán)過程中吸附通道被堵塞,導致有效空位數(shù)減少。2) 在洗脫過程中,粉末吸附劑的核心骨架在溶液中溶損、破裂、塌陷;尤其是錳系吸 附劑,循環(huán)過程中 3、4 價錳離子容易發(fā)生歧化反應溶損,導致離子篩部分框架溶解, 嚴重影響離子篩的循環(huán)性能,對其工業(yè)化應用造成較大限制。3) 工業(yè)生產中造粒、成膜、發(fā)泡、成纖維、磁化等工序,容易導致吸附劑吸附位點被 堵塞和覆蓋,降低工業(yè)吸附劑的吸附容量。4) 鈦系、錳系離子篩均需采用酸性洗脫劑來洗脫 Li+,產業(yè)化應用易造成環(huán)保問題。 

重點公司分析

藍曉科技:中國高端吸附分離材料領導者


藍曉科技 2001 年成立于陜西西安,是一家專業(yè)從事吸附分離材料的研發(fā)、生產和銷售 的企業(yè),提供以特種吸附分離材料為核心的配套系統(tǒng)裝置和整體解決方案。公司生產的 吸附分離材料包括 30 多個系列,涵蓋 100 多個品種,廣泛用于食品、制藥、植物提取、 離子膜燒堿、環(huán)保、化工催化、濕法冶金、水處理等領域,是行業(yè)內產線品類最全的公 司之一。公司吸附分離材料產能 4.75 萬噸/年,產能集中于特種樹脂工廠(7500 噸/年)、 高陵新材料產業(yè)園(2.5 萬噸/年)和蒲城藍曉產業(yè)園(1.5 萬噸/年),是規(guī)模性與技術性 并行發(fā)展的中國高端吸附分離材料領導者。

公司在鹽湖提鋰領域深耕多年,自主開發(fā)的吸附+膜法提鋰整體解決方案具有諸多優(yōu)勢:在吸附材料方面,公司自主研發(fā)的鋁系吸附劑提鋰性能優(yōu)異,能實現(xiàn)貧礦鹵水的經濟性 提鋰,通過吸附法富集處理,大幅提高鋰濃度,降低鎂鋰比;此外公司產品有效解決鹽 湖提鋰的雜質問題,具有深度除雜能力,除硼-鰲合樹脂還可進一步實現(xiàn)深度除雜。在 工藝服務方面,公司可為客戶量身打造“材料+工藝+裝置+整線建設運行”的一體化解 決方案,提供鋰吸附劑、完整工藝技術、系統(tǒng)裝備;該整體解決方案已在多個規(guī)?;?目中成功運用。在技術層面,公司已在涉鋰產業(yè)鏈中形成獨特的“技術極”。公司擁有 10 余項專利,成 熟鋰吸附劑升級+新品吸附劑開發(fā),可針對中、高、低不同品位的鹵水提供不同方案, 技術輻射精制、回收、除硼、礦石鋰除雜等多個維度。在市場層面,公司廣泛開展海內 外鹽湖鹵水提鋰技術的市場拓展,采集不同國家地區(qū)的鹵水進行小試,針對南美、歐洲、 北美等的鹽湖,提供定制化的中試設備以及技術可行性方案等。


藍科鋰業(yè):國內吸附+膜法開創(chuàng)者


青海鹽湖藍科鋰業(yè)股份有限公司系科達制造與鹽湖股份的子公司,是國內最早使用“吸 附+膜法”工藝進行鹽湖提鋰的企業(yè)。藍科鋰業(yè)作為鹽湖股份的子公司,主要實施對青 海察爾汗鹽湖的開發(fā);其技術起源于俄羅斯,經過十余年完善與打磨,察爾汗鹽湖 3 萬 噸提鋰產能已實現(xiàn)滿產。

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藍科鋰業(yè)是國內鹽湖提鋰行業(yè)的先行者,率先布局察爾汗鹽湖 1 萬噸提鋰項目。2007 年,鹽湖股份與核工業(yè)北京冶金研究所合資成立藍科鋰業(yè)前身青海鹽湖藍科鋰業(yè)有限公 司,其中鹽湖股份持股 51%、核工業(yè)北京冶金研究所持股 45%。2007-2009 年,公司投 資 5.05 億元規(guī)劃建設年產 1 萬噸高純優(yōu)質碳酸鋰項目,在青海察爾汗鹽湖嘗試實施鹽湖 提鋰;但工藝關鍵環(huán)節(jié)吸附劑制造成本和破碎率過高,項目遭遇瓶頸。2010 年,公司通 過青海佛照鋰與青海威力引入俄羅斯院士團隊的吸附劑技術,成功實現(xiàn)鹵水提鋰技術的 突破;作為技術專利提供方的青海佛照鋰和青海威力分別以技術入股和后續(xù)增資獲得藍 科鋰業(yè) 16.91%和 10.78%股權。2012 年,公司 1 萬噸項目開始穩(wěn)定生產,日生產能力突 破 5 萬噸,品位達到 99.5%。2017 年,科達制造出資受讓青海佛照鋰、青海威力等持有 的藍科鋰業(yè)股權,合計持有公司 43.58%股份,投票權為 48.48%。2018 年,公司 1 萬噸 裝置正式實現(xiàn)達標達產,碳酸鋰純度可達 99.2%。

③ 久吾高科:頗具潛力的鈦系吸附劑開發(fā)者


久吾高科成立于 1997 年,是國內最早從事陶瓷膜等膜材料和膜分離技術研發(fā)和應用的 企業(yè)之一,面向工業(yè)過程分離與特種水處理領域提供系統(tǒng)化的膜集成技術整體解決方案。經過二十多年的發(fā)展,公司已具備了較強的陶瓷膜材料研發(fā)和生產、有機膜材料研發(fā)及 產業(yè)化、各類膜組件和成套設備研發(fā)和生產、膜工藝開發(fā)以及膜分離系統(tǒng)集成能力,能 夠面向不同應用領域提供系列化膜集成技術整體解決方案。公司現(xiàn)已被認定為“中國膜 行業(yè)陶瓷膜領域龍頭企業(yè)”,陶瓷濾膜產品及成套裝備被國家工信部認定為第六批制造 業(yè)單項冠軍產品。

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公司核心產品陶瓷膜是以氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦等粉體原料經過高溫燒結制成的具有 多孔結構的無機精密陶瓷過濾材料。陶瓷膜過濾是一種“錯流過濾”形式的流體分離過 程:陶瓷膜管壁密布微孔,在壓力作用下,原料液在膜管內的膜外側流動,小分子物質 (或液體)透過膜,大分子物質(或固體顆粒、液體液滴)被膜截留從而達到料液不同 成分的分離、濃縮和純化;過濾精度涵蓋微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)。公司 膜材料可應用在生物醫(yī)藥、化工、新能源等工業(yè)過程分離領域及工業(yè)污水、市政污水、 水環(huán)境治理等環(huán)保水處理領域。不同于鹽湖提鋰項目膜工段中納濾、反滲透、電滲析等 環(huán)節(jié)采用的有機膜材料,陶瓷膜作為無機膜材料通常僅用于前端預處理工段。

藍深科技:CMR 一步提鋰技術塑造核心競爭力


西安藍深新材料科技有限公司(藍深科技)成立于 2014 年,是一家專注于高分子功能 分離材料研發(fā)、制造、應用的高新技術企業(yè)。公司在陜西省渭南市蒲城高新區(qū)生產基地 擁有 5000 立方米特種樹脂、3000 立方米鋰吸附材料產能。公司專注于高難廢水、廢氣 深度處理高分子功能材料研發(fā)及應用,為用戶提供工業(yè)廢水、廢氣深度處理完整解決方 案;產品已廣泛應用于工業(yè)廢水處理、化工、制藥、食品、冶金等領域。在鹽湖提鋰領域,公司 CMR 一步提鋰技術可實現(xiàn)鹽湖原始含鋰鹵水中鋰與鎂、鉀、鈉、 鈣、鐵、硅、硼等元素的分離,不受鉀肥生產影響;提鋰過程不添加化學藥劑,提鋰之 后鹵水其它成份不變,可直接回注鹽湖。目前公司已在中國青海、西藏,阿根廷、智利、 玻利維亞等數(shù)十個鹽湖開展提鋰相關技術研究和產業(yè)化技術開發(fā)。

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公司在五礦鹽湖、中信國安鋰業(yè)的原鹵吸附提鋰項目運行穩(wěn)定,獲得客戶認可。2019 年,藍深科技與五礦鹽湖在一里坪鹽湖啟動合作研發(fā)“鹽湖原鹵高效提鋰技術研究”項 目,藍深負責研發(fā)生產分離鋰與鉀、鈉、鎂的吸附劑,并共同完成連續(xù)離交吸附裝置的 工藝研究驗證。2021 年 4 月,近千噸級的工業(yè)生產線投料運行;同年 5 月,五礦項目通 過青海省科技廳的專家評審。2022 年 7 月,公司與中信國安西臺吉乃爾鹽湖 2000 噸/年 吸附法原鹵提鋰項目達產并驗收,其中藍深負責吸附段整體工藝包、核心吸附材料及全 套設備集成;CMR 一步法技術成功應用于硫酸亞鎂型鹽湖中。

Eramet:吸附劑性能強勁的海外企業(yè)


法國 Eramet(埃赫曼)公司是全球最大的鐵合金生產商之一,在錳、鎳鐵合金及高品質 冶煉領域具有行業(yè)領導地位。2019 年,Eramet 通過其子公司 Eramine 全資獲得位于阿根 廷西北薩爾塔省、海拔 3800 米 Centenario-Ratones 鹽湖的永久性采礦權。該鹽湖總面積 約 500 平方公里,目前已探明碳酸鋰資源量 989 萬噸 LCE、儲量 110 萬噸 LCE,鋰的平 均品位為 366g/L。

Eramet 自 2010 年即開始投資進行鹽湖鹵水提取電池級碳酸鋰的技術研究并取得多項專利。公司 2017 年開始實施 Centenario-Ratones 鹽湖提鋰項目的可行性研究,2020 年初建 設中試工廠,直接提鋰收率達到 90%,加工周期約為一周,生產碳酸鋰的現(xiàn)金成本預計 僅 3500 美元/噸;較傳統(tǒng)自然蒸發(fā) 18 個月周期、50%收率顯著提升。但受疫情影響,項 目隨后被迫中斷。2021 年 11 月,Eramet 與中國青山集團簽署合作協(xié)議,于 22 年初再次 啟動 2.4 萬噸碳酸鋰項目建設。根據(jù)協(xié)議條款,青山集團出資 3.75 億美元收購項目 49.9% 股權,Eramet 前期投資 1.85 億美元+新注資 0.25 億美元,保留 50.1%股權和經營權,項 目投產后將按照股權比例包銷。

新疆泰利信:錳鈦系吸附劑領域的后起新秀


新疆泰利信成立于 2018 年,由成都理工大學特聘教授、中科院鹽湖研究所特聘研究員 楊建元與成都理工大學安蓮英教授創(chuàng)立。公司 TMS-M 系列錳系和 TMS-T 系列鈦系吸附 劑具有自主知識產權,適用于含鋰濃度 50mg/L 以上,PH 值 5-14 的含鋰溶液,包括氯 化物型、硫酸鹽型、碳酸型鹽湖鹵水及各種液態(tài)礦產資源(例如含鋰地熱水、油氣田水 等)。TMS 系列吸附劑材料均具有穩(wěn)定的晶體結構和三維離子交換通道,對鋰的選擇性 好,極少吸附其他陽離子。具有吸附容量高(錳系理論容量 6-15mg/g,鈦系理論容量 6-30mg/g)、吸附效率高、吸附解吸時間短(1 小時內)、溶損小、使用壽命長等性能。

2022 年 5 月,新疆泰利信參股的萬鋰資源與青海柴達木地礦公司簽署電池級碳酸鋰生產 線合作協(xié)議,擬共同出資 5000 萬元成立鹽湖提鋰項目公司,使用新疆泰利信新一代 “錳鈦系”鹽湖提鋰技術,建設千噸級以上電池級碳酸鋰批量生產線,開發(fā)青海柴達木 地礦公司鹽湖老鹵水及水氯鎂石夾帶鋰資源,這是公司首個千噸級鹽湖提鋰合作項目。其中萬鋰資源出資 2550 萬元,持股 51%,青海柴達木地礦公司出資 2450 萬元,持股 49%。2022 年 11 月,萬鋰資源控股子公司格爾木萬鋰新能源擬投資 2 億元建設年產 5000 噸電 池級碳酸鋰產線。該項目將以青海地礦集團老鹵水為原料,依托新疆泰利信吸附法提鋰 技術建設吸附法提鋰生產線。總體項目規(guī)模產能 5000 噸/年,一期工程擬投資 0.8 億元, 8 個月時間建成年產 2000 噸碳酸鋰生產線,設計產品為 2000 噸 99.5%純度電池級碳酸 鋰;投產后即啟動二期項目建設。目前一期項目正全力推進中,前段吸附解吸及濃縮車 間選址確定,后段除雜沉鋰已選定格爾木藏青工業(yè)園廠房;同時,已鎖定年供應量 100 萬立方米以上的鹵水,整體項目力爭在 2023 年 6 月底投產。


(二)
膜工段

膜分離技術是一種基于選擇透過功能的薄層物質,即分離膜材料,在一定濃度、壓力、 電場等驅動力場下實現(xiàn)物質分離的過程,起到濃縮和分離純化的作用,是一種純物理手 段。常用的膜分離方法主要有微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析等。近年許多膜材料 被開發(fā)應用于鹽湖提鋰,其優(yōu)點主要在于高選擇性、低能耗和良好的循環(huán)性能,有效解 決了離子篩吸附法的造粒問題,目前已實現(xiàn)規(guī)?;\行及自動化控制。傳統(tǒng)膜分離法鹵水提鋰典型工藝流程包括沉降過濾等預處理、納濾系統(tǒng)除鎂離子和反滲透系統(tǒng)富集鋰離子。

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1)納濾

納濾是一種壓力驅動的膜分離過程,是鹵水鎂鋰分離和雜質去除最關鍵的一步。特殊的 納米級孔徑和膜表面的荷電性,使其對二價、多價離子和其他有機物截留率較高(Mg2+、 SO4 2-等),但對單價離子(Li+、Na+、K+等)截留率較低(通常低于 30%)?;谝陨咸?點,納濾膜分離技術特別適合中國高鎂鋰比鹽湖鹵水在低鋰濃度下的鎂鋰分離需求。納濾的特點在于分離效率高、能量消耗低、操作過程簡捷、設備集成化高。但由于在納 濾過程中,截留側二價及二價以上離子濃度逐漸增加,而膜兩側一價離子濃度接近,因 此納濾膜兩側化學勢相差較大,需要增加操作壓力才可保證膜的產水量。但伴隨更大的 操作壓力,納濾膜對二價及二價以上離子的截留效率下降,因此實際操作中,納濾膜并 不能完全分離鎂和鋰,只能顯著降低鹵水中的鎂鋰比。這一缺陷使得納濾膜更適宜于鎂 鋰比低于 30 的鹵水;或需要在納濾分離前稀釋高鎂鋰比鹵水。此外,鹵水成分復雜, 直接處理會導致膜表面污染結構、膜組件堵塞等問題。因此,納濾膜很少被單獨應用在 鹽湖提鋰的工程化項目中,而是與反滲透、電滲析、吸附等技術結合形成耦合提鋰技術。納濾膜的成膜材料與反滲透膜基本一致。商品化納濾膜材料包括:醋酸纖維素(CA)、 磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)和聚乙烯醇(PVA)等。納濾膜組件大多為卷 式組件,也有采用管式和中空纖維式的納濾膜組件。


2)電滲析

電滲析是一種電位驅動的膜分離過程,在外加直流電場作用下,將鹵水通過交替放置的陽離子、陰離子選擇性交換膜;Li+、Na+、K+等一價陽離子在電場作用下通過陽離子交 換膜定向遷移至濃縮室,Mg2+、SO4 2-、H2BO3 -等其他溶質則被阻擋在外留在脫鹽室;該交替循環(huán)過程可實現(xiàn)鋰的濃縮,再加入純堿即可沉淀碳酸鋰,且產生的母液可循環(huán)利 用。目前國內電滲析法鹵水提鋰技術已經實現(xiàn)了產業(yè)化,其核心膜元件是一二價選擇性 離子交換膜材料。電滲析法由中國科學院青海鹽湖研究所自主研發(fā),由青海鋰業(yè)有限公司產業(yè)化驗證推廣;成功應用于中國青海東臺吉乃爾鹽湖鹵水提鋰,結合均相膜法、電滲析法和沉淀法,獲 得產品純度在 99.5%以上的電池級碳酸鋰,還可同步生產硫酸鉀、氯化鉀、硼酸和氫氧 化鎂等產品,在一定程度上做到了鹽湖資源綜合利用。


3)雙極膜電滲析

雙極膜電滲析原理為在普通電滲析系統(tǒng)中引入雙極膜,以促進水在電場下解離成 H+和 OH-的過程,在直流電場驅動下,OH-與從含鋰原料液遷移進入堿室的 Li+結合,形成 LiOH。該方法在由含鋰溶液制備氫氧化鋰方面具有應用前景,其電解過程產生的 HCl 也可應用于錳系、鈦系吸附過程中洗脫工段,在不添加額外化學試劑的情況下構成項目 內的酸循環(huán)。雙極膜電滲析法主要缺陷在于高鎂鋰鹵水比下的性能劣勢:電解產生的 OH-容易與 Mg2+結合生成 Mg(OH)2 沉淀,覆蓋離子交換膜;并且隨著質量濃度的升高,濃差極化 現(xiàn)象加劇,離子遷移阻力增大,影響電滲析效率,因此需要經常拆洗膜,維護成本較高。


4)多膜集成耦合

盡管鹽湖提鋰工業(yè)化領域已有多種膜材料的應用案例,但并未有一種膜材料可完全克服 工業(yè)生產中的所有問題,因此膜材料的工業(yè)化使用多采用納濾、反滲透、電滲析、雙極 膜電滲析等多膜集成耦合。在應用實例中,青海柴達木盆地東臺吉乃爾鹽湖采用“電滲析法+納濾法”的多級膜分 離技術。該工藝源于鹽湖所的離子膜交換技術,在電滲析法的基礎上使用納濾膜,靠陰 陽電極分離鋰離子和氯離子得到氯化鋰溶液,后段通過除雜濃縮、沉淀最終得到高純度 碳酸鋰產品。該方法優(yōu)點在于產品質量高、經濟性好,但對工藝條件控制和前端鹵水成 分組成要求嚴格,難以復刻在其他鹽湖中,且具有較高的膜材料維護成本。青海一里坪 鹽湖五礦鹽湖采用“梯度耦合膜分離技術”,并結合前端吸附法。該技術來自中科院鹽 湖所,以一里坪鹽湖析鉀后低鋰濃度鹵水為原料,充分利用納濾膜、電滲析膜等不同膜 分離過程的特點,采用純物理過程,進行鹵水預處理、鎂鋰高效分離和富鋰液濃縮,成 功突破了“梯度耦合膜分離技術”工程化應用的技術瓶頸,具有收率高、能耗低、無污 染等特點,對原料鹵水要求更低。

重點公司分析

① 啟迪清源:鹽湖提鋰膜法領軍者


啟迪清源(北京)科技有限公司是教育部直屬、啟迪控股旗下的環(huán)保能源新材料公司。啟迪控股成立于 2000 年 7 月,前身是 1994 年 8 月成立的清華科技園發(fā)展中心,是依托 清華大學設立的綜合性大型清華控股企業(yè),清華科技園開發(fā)建設與運營管理單位;公司 控參股上市及非上市企業(yè) 800 多家,總資產超過 2000 億元。啟迪清源作為啟迪控股在 節(jié)能環(huán)保、鋰電新材料領域的科技創(chuàng)新先鋒企業(yè),專業(yè)以工業(yè)過濾、凈化、分離、提純、 濃縮為核心技術,進行產品研發(fā)、制造、工藝過程應用開發(fā)、提供系統(tǒng)解決方案,是國 內外膜法鹽湖提鋰的典范和技術引領者。公司核心競爭力來自強大的研發(fā)能力。啟迪清源技術依托于清華大學新材料學院、環(huán)境 學院、化工學院等,在北京和上海擁有強大研發(fā)團隊和完善科研中心,開展膜分離技術 在鹽湖提鋰、海水淡化、物料分離濃縮、市政工程、中水回用、零排放工藝、工業(yè)水處 理等領域的應用開發(fā)。此外,公司投資 6 億元在蕪湖建設了現(xiàn)代化的微濾、超濾、納濾 膜等膜產品生產基地,為客戶提供高品質膜產品。

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從 0 到 1,與鹽湖股份的合作助力啟迪清源奠定膜法提鋰行業(yè)龍頭地位。鹽湖提鋰工業(yè) 化項目中,公司最早的項目起源于 2016 年與青海鹽湖合作的“1 萬噸碳酸鋰一期膜法鎂 鋰分離項目”,該項目于當年 11 月投產,是國內鹽湖提鋰碳酸鋰產量最多,運行時間最 長的項目。隨后公司開展了與鹽湖股份更緊密的合作,并于 2017 年共同成立青海鹽湖 啟迪新材料科技開發(fā)有限公司。2018 年 4 月,青海鹽湖佛照藍科鋰業(yè) 2 萬噸/年電池級 碳酸鋰項目開工建設;該項目啟迪清源采用 BOT 模式投資建設,主要對藍科鋰業(yè)吸附 單元合格鹵水洗脫液為原料進行鎂鋰分離、濃縮、精制除硼,處理能力為 2000m3 /h;2022 年 7 月,該項目正式全線貫通。

唯賽勃:專注上游膜材料與配套設備


公司是一家擁有高性能卷式分離膜及相關專業(yè)配套裝備原創(chuàng)技術、自主核心知識產權、 核心產品研發(fā)制造能力的高新技術企業(yè),主要產品包括反滲透膜及納濾膜系列產品、膜 元件壓力容器、復合材料壓力罐等,是國內極少數(shù)同時開展三大類產品研發(fā)及規(guī)?;?產的企業(yè)。公司處于膜產業(yè)上游膜材料及配套設備板塊,為下游各類型膜分離技術應用 領域提供核心部件,產品下游可廣泛應用于人居水處理、市政供水、污水處理、海水淡 化、超純水制備以及濃縮分離等民用、商用、市政、工業(yè)領域。

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公司三大類產品功能來看,反滲透膜或納濾膜元件、膜元件壓力容器一般組合成膜組件, 在反滲透或納濾環(huán)節(jié)中,實現(xiàn)脫鹽功能,在家用、商用、工業(yè)領域均有使用。復合材料 壓力罐可用于家用及商用領域中的凈水和軟水設備,其內部裝載活性炭、離子交換樹脂 等濾料,以實現(xiàn)水體的凈化和軟化;在市政及工業(yè)領域則內置石英砂、活性炭等濾料, 對原水進行初步過濾。

2022 年 9 月,公司工程隊正式抵達西藏結則茶卡鹽湖,實施唯賽勃-結則茶卡-低溫預處 理中試項目施工。該項目采用公司低溫預處理納濾膜,可實現(xiàn)原鹵直接提鋰,無需經過 晾曬得到老鹵;產品還具有兩大優(yōu)勢:1)產品使用特殊聚酰胺涂層,突破了傳統(tǒng)納濾 膜對水溫變化敏感的特性,在西藏等溫度低、晝夜變化大的情況下仍能保持良好的通水 量和截留率,克服了低溫環(huán)境狀況下的不穩(wěn)定因素。2)經過特殊設計的膜元件結構, 使容易造成污堵的成分容易從污水側排除,避免高鹽鹵水經預處理后出現(xiàn)納濾膜濃水側 結垢的現(xiàn)象。系列產品有效解決了傳統(tǒng)納濾膜低溫工作失效和高鹽鹵水結垢污堵的兩大難題。

三達膜:連續(xù)移動床打開公司提鋰業(yè)務優(yōu)勢


三達膜是中國膜技術開發(fā)與應用領域的開拓者,20 世紀 90 年代即開始在國內從事過程 工業(yè)先進膜分離應用工藝開發(fā),將國外先進膜技術引入國內并進行大規(guī)模工業(yè)化應用。公司業(yè)務包括膜材料研發(fā)、膜組件生產、膜軟件開發(fā)、膜設備制造、膜系統(tǒng)集成和膜技術應用,核心技術均為自主研發(fā),已構建一條涵蓋“膜材料-膜組件-膜設備-膜軟件-膜 應用”的膜產業(yè)鏈。公司產品主要服務特種分離與水處理兩大應用領域:為傳統(tǒng)工業(yè)生產過程升級改造提供清潔生產與綠色制造的手段與方法,為過程工業(yè)分離純化與污廢水 資源化提供基于膜技術應用的創(chuàng)新解決方案。

公司鹽湖提鋰業(yè)務始于 2016 年,先后在藍科鋰業(yè)、五礦鹽湖、青海鋰業(yè)、中信國安、 西藏金泰、西藏國能等 10 余個鹽湖開展中試、工業(yè)化驗證,并和吸附、電化學、萃取 等公司合作,開展不同工藝包的聯(lián)合實驗開發(fā)。公司鹽湖提鋰業(yè)務核心是圍繞連續(xù)移動 床(連續(xù)離交設備)+膜工藝包,為客戶提供鹽湖提鋰技術解決方案和關鍵設備,包括 原鹵或老鹵連續(xù)離交吸附工藝及設備、鹵水分鹽及鋰的濃縮技術。連續(xù)移動床方面,公 司連續(xù)移動床系離子交換行業(yè)第三代技術,與一、二代固定移動床、模擬移動床單臺 200-300 個閥門裝置相比,連續(xù)移動床僅需 1 個主閥,穩(wěn)定性更高,保證項目運行開工 率。膜產品方面,公司生產的陶瓷膜、超濾膜可用于鹽湖提鋰的預處理;納濾膜可以實 現(xiàn)鋰離子和鎂等二價以上離子的分離;反滲透膜可以實現(xiàn)鋰的濃縮。

倍杰特:向鹽湖提鋰拓展的老牌水處理系統(tǒng)供應商


倍杰特成立于 2004 年,是一家專注工業(yè)水處理領域的企業(yè),主營業(yè)務聚焦污水資源化 再利用和水深度處理,為客戶提供水處理解決方案、運營管理及技術服務、商品制造與 銷售三大板塊的服務。營收占比來看,公司水處理解決方案板塊收入占比 70%,是最重 要的業(yè)務板塊;該板塊主要針對大型工業(yè)與市政企業(yè)水處理需求,為客戶提供方案設計、 設備制造、系統(tǒng)集成、安裝施工、調試、試運行等綜合服務,根據(jù)客戶的不同項目需求, 實施全過程或若干階段服務的承包。

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2021 年起,公司開始布局鹽湖提鋰領域,核心競爭力在膜法+電滲析+蒸發(fā)結晶工藝段。2021 年 12 月,公司中標西藏扎布耶鹽湖萬噸提鋰項目納濾膜系統(tǒng)標段,項目總金額 2.73 億元。該項目規(guī)模年產電池級碳酸鋰 9600 噸、工業(yè)級碳酸鋰 2400 噸,氯化鉀 15.6 萬噸,采用納濾+蒸發(fā)結晶的先進鹵水提鋰工藝;公司提供納濾預處理系統(tǒng)、碳酸鈉回 收納濾系統(tǒng)及多級納濾系統(tǒng)等 5 個標段。在鹽湖提鋰項目中,公司主要提供系統(tǒng)裝置, 膜材料則以外采為主。通過創(chuàng)新工藝有效維護膜,公司可延長膜使用時間至 3-7 年,最 長延長至 10 年以上,大大降低后期運維成本。當前公司共承接 7 個鹽湖提鋰 EP 訂單:扎布耶鹽湖提鋰項目 5 個訂單涉及的全部設備已加工完畢,并通過了廠內驗收,部分設 備已到項目現(xiàn)場,進行安裝、調試。西藏拉果錯鹽湖提鋰項目膜處理系統(tǒng)和鹽水精制系 統(tǒng) 2 個訂單合同正在持續(xù)商談,11 月初已確認公司為西藏阿里拉果資源鹽水精制系統(tǒng)項 目供貨單位。

沃頓科技:專注納濾、反滲透膜的膜材料頭部供應商


沃頓科技是中國中車集團旗下公司,主業(yè)包括膜材料、膜分離和棕纖維三大板塊,其中 核心業(yè)務為膜材料板塊。公司深耕膜材料行業(yè) 20 余年,已規(guī)?;a 20 多個系列的膜 產品,擁有 130 余項國家專利,產品遍布 130 多個國家與地區(qū),是全球知名卷式分離膜 制造商和國內反滲透膜領域龍頭企業(yè)。公司膜分離板塊還可為客戶提供全過程膜分離解 決方案,在食品、醫(yī)藥、生物、化工、冶金、新能源和石化等行業(yè)具備多年項目實踐經 驗。

從營收構成來看,公司膜板塊以提供各類膜產品(55%)為主,膜分離工程項目業(yè)務占 比(6%)較低。公司處于膜行業(yè)中游產業(yè)鏈,為下游膜應用裝備制造商、膜工程公司 及工程運維企業(yè)提供膜材料和膜組件。在鹽湖提鋰領域,公司已有部分在手訂單,產品 有較為成熟的應用,但當前業(yè)務模式以提供膜材料和膜組件為主,并未參與到項目工程 建設中;膜分離項目將成為公司后續(xù)重點開拓領域。

(三)
吸附耦合膜法總結

此前,在鹽湖提鋰的工業(yè)化過程中,吸附法和膜法分別作為單一的提鋰方案進行測試。但吸附劑存在吸附容量小、解吸液鋰濃度低、雜質含量高等缺點,單獨產線難以達產達 標。純膜法的局限性則在于膜使用壽命較短,維護成本高,能耗較大;高鹽度、高礦化 度的鹵水也容易造成膜污染,頻繁更換增加生產成本。藍科鋰業(yè)通過與啟迪清源合作,將吸附法技術與膜法結合,開創(chuàng)了吸附耦合膜的系統(tǒng)提 鋰工藝路線,有效解決了單一吸附法、膜法生產過程中的問題。該方案經過藍科鋰業(yè)、 藍曉科技等公司的持續(xù)優(yōu)化,目前已成為國內青海地區(qū)鹽湖提鋰項目的最主流方案。吸附+膜法優(yōu)勢:1)可以原鹵直提或者從高鎂鋰比的鹽湖鹵水中提鋰,降低原鹵邊際品 位,提高鋰收率的同時大幅縮減鹽田面積,縮短生產周期;2)使用全程用水解吸即可, 無需添加任何化學試劑。吸附+膜法缺陷總結:1)成熟運用的鋁系吸附劑吸附容量通常小于 5mg/g,低于理論吸 附容量;2)解吸和頂液過程需要消耗大量淡水資源,在淡水資源稀缺的鹽湖礦區(qū)受限;3)吸附劑存在形式為粉末狀,制備和成型工藝影響較大,流動性和滲透性較差,生產 過程中易造成吸附劑的流失;4)吸附劑通用性差。



萃取法:沉鋰母液回收工段的核心工藝
PART 04

萃取法是一種成熟的液液分離工業(yè)化技術,萃取法提鋰通常采用對鋰具有高選擇性且對 其他雜質離子基本不存在萃取作用的有機溶劑萃取劑,將鋰從鹵水中萃取入有機相中, 實現(xiàn)鋰與雜質的分離,再將鋰反萃??;多級萃取、反萃取后,將含鋰溶液濃縮、除雜, 即可獲得氯化鋰。

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目前主要的鋰萃取體系包括中性磷酸酯類和酰胺類萃取體系、冠醚類萃取體系、離子液 體萃取體系等。其中應用最成熟、具有工業(yè)化嘗試經驗的是磷酸三丁酯(TBP)協(xié)同萃 取體系:以 TBP 為萃取劑,F(xiàn)e3+為共萃取離子。將 TBP 與 FeCl3共同加入鹽湖鹵水中, 鹵水中的 Cl-可與 FeCl3 形成 FeCl4 -配陰離子,配陰離子可與 Li+共同被萃入有機相,大 大提高鋰的萃取率。萃取法具有提鋰效率高、操作過程簡單、連續(xù)性強、固定投資小等諸多優(yōu)點;工業(yè)化應 用中,大華化工下屬興華鋰業(yè)利用萃取法工藝技術在大柴旦鹽湖建立了年產 10000t 碳 酸鋰的生產線。但萃取法作為主工藝在實際應用中,也存在一些問題:TBP 協(xié)同萃取體 系中,一方面磷酸三丁酯濃度較高,對萃取設備的腐蝕性較強;另外在攪拌過程中,三 氯化鐵容易乳化在萃取槽中形成絮狀物,從而無法充分混合萃取和反萃再生,對生產效 率和回收率影響很大;而萃取法本身也存在一定環(huán)保問題,尾液中容易殘留一些有機物, 需要額外的工藝進行尾液除油。因此,目前采用萃取法作為鹽湖提鋰主工藝的僅有興華 鋰業(yè),萃取法在沉鋰母液回收工段更具綜合優(yōu)勢。

沉鋰工段中,碳酸鋰沉鋰母液為碳酸鋰和硫酸鈉的水溶液,其中碳酸鋰為飽和狀態(tài),硫 酸鈉為不飽和狀態(tài),還包含少量碳酸鈉。由于高鹽環(huán)境下碳酸鋰的平衡溶解度受到限制, 因此沉鋰反應的單程收率只有 80%左右,還有 20%左右的鋰離子殘留在母液中。為避免 鋰的損失與污水對環(huán)境危害,通常需要進行母液回收處理。常用的沉鋰母液處理方法包 括磷酸鋰沉淀法、循環(huán)回收、太陽池蒸發(fā)法和溶劑萃取法。磷酸鋰沉淀法是目前使用最 廣泛的母液回收方法,即利用磷酸鋰與磷酸鈉的溶度積系數(shù)差異實現(xiàn)鋰鈉高效分離,母 液鋰資源回收率 90%+;但從經濟性角度來說,每生產 1 噸磷酸鋰需要約 3.3 噸 Na3PO4·12H2O,原料成本超過 10000 元,而磷酸鋰與碳酸鋰價格相比也缺乏工業(yè)經濟性 優(yōu)勢。循環(huán)回收是將沉鋰母液直接返回系統(tǒng)進行循環(huán),但由于母液中含有較多鈉離子、 氯離子和碳酸根,長期容易造成富集,尤其是沉鋰過程添加的碳酸鈉中鈉離子沒有系統(tǒng) 出口,易造成產品中攜帶大量氯化鈉,影響產品濃度。太陽池蒸發(fā)法是通過蒸發(fā)母液中 的水分,使其他金屬陽離子沉淀,獲得高濃度含鋰溶液;但該工藝蒸發(fā)結晶能耗高、鋰 的母液夾帶損失嚴重,且母液因 CO2 3-的存在而涉及 pH 的反復調節(jié),酸堿耗量大,成本高。萃取法作為在鋰回收率和雜質元素選擇性分離效果方面具有顯著優(yōu)勢的一種方法, 鹵水整體回收率可達 90%以上,且鋰鈉分離系數(shù)可達 100 以上。

重點公司分析

新化股份:精進技術、拓寬業(yè)務的萃取法提鋰新秀


公司前身為浙江新安江化肥廠,主業(yè)從事脂肪胺、有機溶劑、合成香料、雙氧水及其他 精細化工產品的生產經營,主導產品為脂肪胺系列、有機溶劑系列和合成香料系列。脂 肪胺系列主要用于農業(yè)、醫(yī)藥等領域;有機溶劑系列是重要的化工產品和原料,用途廣 泛;香精香料系列主要用于各類香精的生產。

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公司萃取法提鋰技術適用于鹽湖提鋰、鋰礦提鋰、回收鋰三大領域;針對不同鋰原料來 源,可采用不同工藝提升提取效果,具有回收率高、初期設備投資少、生產成本低、自 動化程度高等優(yōu)點。公司萃取法提鋰工藝尤其適用于西藏地區(qū)堿性鹽湖:西藏以堿性鹽 湖為主,且整體氣溫較低;公司萃取法一方面在碳酸鹽鹽湖中鋰回收率可達 95%,另外 萃取劑也可在低溫下運行(最低-10℃),使得生產周期由往常的 8 個月提升至 10 個月, 有效提升年生產時間。在沉鋰母液回收領域,公司萃取法也克服了其他提鋰技術缺陷, 從沉鋰母液中高效回收鋰,提升鋰整體回收率,提高裝置產能,增加額外收益。

中科院過程工程所:老牌萃取技術開發(fā)團隊


中科院過程工程所齊濤與朱兆武團隊針對青海高鎂鋰比下的鹽湖鎂鋰分離,首先開發(fā)出 了多組分協(xié)同溶劑萃取—水反萃清潔提鋰新技術,鋰收率大于 95%;該工藝解決了傳統(tǒng) 萃取工藝中高酸反萃,乳化嚴重、萃取劑降解損失大、設備腐蝕嚴重等缺陷,通過協(xié)同 配位和氯離子濃度控制鋰的萃取和反萃,并將 Fe3+固定在有機相,實現(xiàn)水反萃過程中 Li/Fe 分離:萃取有機相中無余酸,不需堿再生即可循環(huán)利用,大幅減少淡水消耗和廢 液排放,顯著降低運行成本;富鋰溶液酸度低,生產碳酸鋰產品步驟簡單。

2021 年 4 月項目團隊與興華鋰鹽、上海意定新材料合作,在青海柴達木盆地大柴旦鹽湖, 先后利用新型萃取體系在年產碳酸鋰 50 噸中試線和 8000 噸生產線上運行。截至目前, 生產體系運行平穩(wěn),鋰萃取收率大于 95%,反萃率大于 95%,反萃液中氯化鋰濃度一次 濃縮 20 倍達到 200g/L 以上,鋰與鎂等雜質分離效果優(yōu)異,其中鎂鋰分離系數(shù)大于 10000。與傳統(tǒng)高酸反萃工藝相比,新技術的單條生產線碳酸鋰實際產量大幅度提高, 每噸碳酸鋰的直接生產成本降低超萬元。該工藝技術具有完全自主知識產權,獲得授權 中國發(fā)明專利 2 項。與傳統(tǒng)萃取提鋰工藝相比,攜帶鐵的有機相中無余酸,不需要堿再 生即可循環(huán)使用。2021 年 8 月項目團隊與西藏國能礦業(yè)、上海意定新材料合作,在西藏結則茶卡鹽湖建成 全球最高海拔 4600 米電池級碳酸鋰中試生產線;該中試線于 10 月底完成全部試驗,產 品綜合收率 90%以上,碳酸鋰產品純度 99.5%以上,生產了數(shù)噸準電池級碳酸鋰產品, 并打通了全部工藝流程。



電化學脫嵌法:嶄露頭角的電化學提鋰技術
PART 05

電化學脫嵌法是一種電化學提鋰技術,主要利用正極材料在充放電過程中會伴隨鋰離子 在固相電極和液相電解液之間轉移的原理。當鹵水通入電流后,經過處理的陰極板材料 嵌入鋰離子;進入下個循環(huán)陰極板變?yōu)殛枠O板后,電流使得鋰離子從極板中脫出進入初 始富鋰液,富集形成富鋰液;通過多次重復電極的脫鋰和嵌鋰過程,富鋰液中鋰離子濃 度可達 4g/L;配合后續(xù)除雜、濃縮等工序,可獲得 15-25g/L 的濃縮富鋰液。

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優(yōu)點:電化學脫嵌法提鋰適用于低品位、復雜鹽湖鹵水體系,對原料適應性較強、提鋰 裝置可模塊化、提鋰效率高、成本低。缺點:鋰交換容量較低、電極循環(huán)性能較差、電極體系能耗偏高。中南大學趙中偉教授團隊持有專利技術的電化學脫嵌技術目前應用于西藏捌千錯鹽湖鹵 水提鋰產業(yè)化試驗,已建立年產 2000t 級碳酸鋰生產線并完成調試,生產出合格碳酸鋰 產品。該鹽湖計劃在一期基礎上進行優(yōu)化設計,利用電化學脫嵌法建成年產 8000- 10000t 碳酸鋰生產裝置。

重點公司分析

金圓股份:首家布局電化學脫嵌法規(guī)模化鹽湖提鋰


金圓股份是國內首家實施電化學脫嵌法鹽湖提鋰的公司。2021 年,公司以 5.1 億元收購 阿里鋰源礦業(yè) 51%股權,布局捌千錯鹽湖萬噸級鋰鹽項目。項目分兩期實施,一期擬建 成 2000 噸/年產能,驗證技術可行性;二期則在 2000 噸/年擴大試驗裝置基礎上優(yōu)化設 計,建成 8000-10000 噸/年生產裝置。2022 年 4 月,公司開始建設第一條 2000 噸產線。2022 年 8 月,公司年產 2000 噸產線全 線打通,批量產出碳酸鋰。2022 年 12 月,公司首批精制碳酸鋰產品成功交付客戶雅化 鋰業(yè)科技。

截至 2022 年 12 月,公司后續(xù)兩個 4000 噸(合計 8000 噸)碳酸鋰車間建設中,其中 1 個 4000 噸產能設備 3 號廠房主體結構已基本建設完成,暖氣管道接近安裝完畢;廠房 建設完成后,公司將加快電化學脫嵌設備的運輸和安裝。第 2 個 4000 噸廠房及基礎設 施建設將在 23 年氣溫回暖后,開展露天作業(yè)和設備調試工作。



磨礪于中國,發(fā)揚向世界
PART 06

通過梳理當前具有產業(yè)化潛質的主流鹽湖提鋰工藝,不難發(fā)現(xiàn),鹽湖提鋰規(guī)?;ㄔO當 前并未誕生出盡善盡美的完美解決方案,每種方法均有其優(yōu)勢與局限性;百花齊放的競 爭格局背后是中國鹽湖間的巨大差異和多年摸索后形成的“一湖一策”開發(fā)思路,中國 的設備法鹽湖提鋰工藝供應商仍在努力搶奪市場。盡管中國是全球主流鹽湖聚集地之一,但參考此前對國內青海、西藏地區(qū) 鹽湖的統(tǒng)計,青海、西藏地區(qū)在建(含規(guī)劃)鹽湖提鋰項目產能分別為 10.5 萬噸/年,24 萬噸/年,主流鹽湖均已有業(yè)主開發(fā)規(guī)劃。越來越多的國內業(yè)主走出國 門,尋求南美的投資開發(fā)機會,也為鹽湖提鋰工藝供應商打開了新的市場空間。南美鋰 三角現(xiàn)有開發(fā)情況來看:

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玻利維亞:南美鋰三角中資源最多、但開發(fā)進展最緩的國家,2022 重整旗鼓

玻利維亞鹽湖鋰資源全球占比 24%,主要集中于全球最大的鹽湖,Uyuni 鹽湖,碳酸鋰 資源量約 11219 萬噸,儲量約 2110 萬噸。與南美其他國家相比,玻利維亞鹽湖開發(fā)仍 處于規(guī)劃階段,當前并未有實際產能。一方面系鹵水鎂鋰比較高且當?shù)貧夂虺睗穸嘤辏?露天蒸發(fā)池濃縮效率較低,因此現(xiàn)有招標技術基本以 DLE 直提為主;另外玻利維亞規(guī) 定鋰資源屬于國有資源,必須由國家開發(fā),海外投資者若要開發(fā)國內鹽湖必須成立合資 公司,且合作均強調國家主導權;此外,當?shù)貙ψ匀毁Y源和生態(tài)環(huán)境的保護觀念極強, 環(huán)評要求也更加嚴格;因此玻利維亞此前多次與海外的合作均以失敗告終。2022 年以來,高鋰價大幅推動了玻利維亞對鹽湖提鋰資源開發(fā)的決心,根據(jù)玻利維亞國 有鋰礦公司(YLB)預計,2022 年全國碳酸鋰產量可達 750 噸,2025 年有望突破 4 萬 噸。當前,YLB 已開展在 Uyuni 鹽湖 1.5 萬噸碳酸鋰項目的建設,并于 2021 年 4 月重 啟項目招標;截至 2022 年 6 月,余下競標者為俄羅斯 Uranium One、美國 Lilac Solutions、寧德時代、聚能永拓、特變電工和中信國安。


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阿根廷:鹽湖開發(fā)步入正軌,中國業(yè)主積極入駐

阿根廷是全球除玻利維亞之外,鋰資源第二豐富的國家,鋰資源全球占比 22%。相比玻 利維亞,阿根廷鹽湖數(shù)量較多,但鹽湖品位更高,即鋰離子濃度更高、鎂鋰比更低,因 此運行中的鹽湖提鋰項目基本采用太陽池法。根據(jù)我們統(tǒng)計,阿根廷達當前鹽湖開發(fā)仍處于初期階段,現(xiàn)有運行中鹽湖產能為 7.4 萬 噸/年,主要集中在 Hombre Muerto-Posco、Olaroz 鹽湖中。其中 Livent 在 Hombre Muerto-Posco 的項目將太陽池法與具有專利的選擇性吸附法結合,濃縮鹵水濃度,較傳 統(tǒng)攤曬工藝加工時間大幅縮減。中遠期來看,阿根廷在建鹽湖提鋰產能為 35.1 萬噸/年, 規(guī)劃產能為 24 萬噸/年;在建產能中,明確采用太陽池法的產能為 8 萬噸/年,而規(guī)劃采 用吸附工藝(或其他鹵水直提工藝)的產能高達 23.9 萬噸/年。


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智利:成熟產線運行多年,海外業(yè)主逐步對接國內設備法提鋰供應商

智利鋰資源全球占比 11%,與玻利維亞類似,智利鹽湖集中度也相對較高,主要集中于 Atacama 鹽湖。智利鹽湖品質介于玻利維亞與阿根廷之間:鋰濃度高于阿根廷與玻利維 亞,但鎂鋰比高于阿根廷;因此傳統(tǒng)太陽池法生產出的碳酸鋰產品雜質相對較高。Atacama 鹽湖的主要開發(fā)企業(yè)為智利鋰礦業(yè)公司 SQM 與美國雅保,其中 SQM 運行中碳 酸鋰產能為 12 萬噸/年、氫氧化鋰產能為 2.15 萬噸/年;美國雅保運行中碳酸鋰產能為 8.5 萬噸/年,兩家企業(yè)均采用傳統(tǒng)太陽池法。遠期規(guī)劃來看,SQM 后續(xù)規(guī)劃了 9 萬噸/ 年碳酸鋰產能、1.85 萬噸/年氫氧化鋰產能。當前中國業(yè)主暫未入駐智利實施鹽湖開發(fā),但智利業(yè)主也在積極嘗試中國設備法供應商的工藝;根據(jù)藍曉科技披露,公司已為 SQM 提供鹽湖提鋰項目中試及精制工段生產線。


綜合來看,南美鋰三角中,阿根廷已成為國內鋰資源開發(fā)企業(yè)著力布局板塊,產能規(guī)劃 高達 26+萬噸/年;玻利維亞、智利盡管暫未接納中國業(yè)主的投資,但對于新的提鋰工藝, 尤其是 DLE 直提技術,卻抱有開放接納的態(tài)度。依托于多年豐富項目經驗和持續(xù)更新 迭代的產品,中國企業(yè)在設備法鹽湖提鋰領域走在全球前沿。從業(yè)主角度來看,業(yè)主無 疑愿意選擇提鋰效果更好、更具性價比的工藝,也更關注供應商是否有能力、有經驗將 技術放大化,平穩(wěn)順利地應用于新項目建設中;對一些從 0 到 1 的,有潛力改革現(xiàn)有工 藝,可顯著提升產線運行效果的技術,業(yè)主也常抱有嘗試的態(tài)度積極探索。

來源:未來智庫











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