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            “鋰戰”不斷上演,鹽湖提鋰技藝革新,各顯神通

            鋰電中國瀏覽量:628時間:2021-06-08 11:47:02

            在各類動力電池種類中,鋰是不可或缺的重要元素。新能源行業的持續發展,固態電池未來的商業化,“碳達峰和碳中和”背景下儲能需求的爆發等,推動鋰進入新一輪需求超級周期。

            近日與鋰相關的電池材料價格持續上揚,再創新高。數據顯示,截至5月6日,電池級碳酸鋰價格已從去年價格“低谷”3.8萬元/噸漲到現在的8.9萬元/噸(均價),漲幅超1倍;氫氧化鋰則從6萬元/噸漲到8.25萬元/噸(均價)。

            需求看好,價格暴漲,“搶鋰”大戰不斷上演。4月10日,寧德時代與洛陽鉬業在新能源金屬資源領域達成全方位戰略合作。董事長曾毓群當時表示,鋰電行業已經迎來了TWh時代,保證高質量交付的關鍵條件是原材料的穩定合規供應。寧德時代在核心原材料方面已經形成了“銅、鈷、鋰、鎳資源-碳酸鋰/氫氧化鋰-正極材料(含前驅體)-回收循環”的閉環式產業版圖,其中與鋰相關的原材料成為其重點環節之一。

            5月6日晚,贛鋒鋰業發布公告稱,以不高于1.9億英鎊(約合2.64億美元,17.06億人民幣)的價格對Bacanora公司所有已發行股份(上海贛鋒已持有股份除外)進行要約收購,主要資產為位于墨西哥的Sonora鋰黏土項目。

            事實上,不論是動力電池的上中下游企業,還是國內國外企業,均在積極布局鋰資源。

            來源:贛鋒鋰業

            鋰資源緊張,鹽湖提鋰技術顯神通。

            從資源形態上看,全球鋰資源供給來源主要包含硬巖礦(包括偉晶巖型、白云母型、石英脈型和沉積泥型)、鹽湖鹵水、地下鹵水以及地熱鹵水等。

            根據USGS,2020年全球鋰資源量/儲量分別為8600/2100萬金屬噸。其中,鹵水鋰和硬巖鋰作為主要的鋰資源類型,分別占全球鋰資源的58%和36%;國內約90%的鋰資源賦存于鹽湖鹵水,主要集中分布于青海西藏地區。

            從全球范圍看,鹽湖提鋰技術產業化應用普及度弱于鋰輝石,這不僅是鋰資源稟賦差異性所決定的,更是由于傳統生產工藝存在固有的局限性。但隨著新能源行業的快速發展,鋰鹽需求爆發式增長,為盡快擺脫對海外鋰輝石供給的高度依賴,豐富鋰鹽生產原料供給渠道迫在眉睫。鹽湖提鋰工藝革新,或迎來行業的黃金時代。

            主流鹽湖提鋰工藝原理、優劣勢

            (1)鹽田濃縮沉淀法

            鹽田濃縮沉淀法是目前應用項目最多、應用產能最高的主流鹽湖提鋰工藝,按工藝細節與應用鹽湖情況的不同還可進一步細分為碳酸鹽沉淀法、鋁酸鹽沉淀法、水合硫酸鋰結晶沉淀法、硼鎂和硼鋰共沉淀法。

            鹽田濃縮沉淀法流程一覽

            *以Albemarle公司SalardeAtacama鹽湖項目為例

            資料來源:Albemarle,華安證券研究所

            優勢:簡單成熟、生產成本低;兼顧鉀肥生產和伴生產品的回收利用。

            劣勢:僅適合鋰含量高、鎂鋰比小于6的優質鹽湖;需建設大規模鹽田,建設成本高,生產周期長;鋰回收率低。

            (2)太陽池技術

            在鹽田濃縮沉淀工藝的基礎上對鹽田設施稍加改進,即可形成利用太陽能資源,采用鹽梯度保溫技術的太陽池析鋰工藝,目前西藏礦業在其西藏扎布耶鹽湖項目中采用此工藝。

            扎布耶鹽湖提鋰項目流程一覽

            資料來源:中科院鹽湖所,華安證券研究所

            優勢:工藝簡單高效;周期較一般鹽田濃縮沉淀法較短,且無需大規模建設鹽田,具有成本優勢。

            劣勢:鋰資源回收率較低:鹽湖含碳酸根導致曬鹵過程中損耗較大;實際生產擴建存在一定難度。

            (3)膜法

            該技術采用具有選擇透過性能的薄膜,在外力推動下對雙組分或多組分溶質和溶劑進行分離、提純、濃縮的方法,統稱為膜分離法。膜分離技術在鹽湖提鋰中應用主要是鎂鋰分離和鋰的濃縮。

            目前國內比較成熟的膜法提鋰工藝主要有電滲析法與納濾膜法,主要應用在中國青海一里坪、東臺、西臺吉乃爾鹽湖等具有高鎂鋰比的鹽湖。

            膜法基本流程一覽

            資料來源:CNKI,華安證券研究所

            優勢:適用高鎂鋰比鹽湖;操作簡單、生產周期短;鎂鋰分離效果好、鋰的回收率高;綠色環保無污染。

            劣勢:對濾膜質量要求高,濾膜研發和生產成本高;目前濾膜使用壽命短,工藝成熟度不夠,大多尚處于工業試驗階段。

            (4)吸附法

            吸附法生產工藝,首先利用鋰離子選擇性吸附劑將鹵水中的鋰離子吸附提取,然后將鋰離子洗脫下來,達到鋰離子與其他離子分離的目的,經深度除雜、蒸發濃縮后用于后續工序轉化利用。該方法最為關鍵的因素為選用鋰離子選擇性高、吸附容量大、材料穩定性高等吸附性能優良的吸附材料,主要有鋁系、鈦系、錳系等。目前真正實現產業化應用的僅為鋁系吸附劑。

            吸附法基本工藝流程一覽

            資料來源:CNKI,華安證券研究所

            優勢:適用高鎂鋰比、低鋰含量鹽湖;工藝簡單、鋰回收率高。

            劣勢:吸附劑容損嚴重,造粒后吸附容量顯著下降,難以制備出完善的尖晶石結構;使用壽命短,尚未實現工業規;。

            (5)溶劑萃取法

            溶劑萃取法的原理是相似相溶,指將與鹵水(水相)不互溶且密度不小于的有機溶劑(稱為萃取劑或有機相)混合接觸,在物理過程(溶解、分離)或化學反應(絡合物、螯合物)作用下將鹵水中所需組分萃取轉移到有機相中,再通過反萃取將所需組分從有機溶劑中萃取水相的過程。

            溶劑萃取法基本工藝流程一覽

            資料來源:CNKI,華安證券研究所

            優勢:適用高鎂鋰比鹽湖、鋰回收率高;易于工業化。

            劣勢:高性能萃取劑研究投入大,目前進展慢、生產成本高,工藝成熟度不夠;萃取工藝對設備防腐要求高,有機物較為危險。

            (6)其他鹽湖提鋰技術的創新與應用

            l 電化學脫嵌法:中南鋰業

            該工藝由中南鋰業研發并逐步實現產業化,工藝路線是“電化學脫嵌+蒸發濃縮”。目前該工藝被多家青海鹽湖企業與南美鹽湖企業所接納。

            電化學脫嵌法提鋰原理一覽

            優勢:對鹽田依賴性低,鹵水適應性強,不會造成資源浪費、環境污染。建設周期短,后期維護成本低。

            劣勢:工藝對配套電力基礎設施要求較高,不適合西藏高海拔以及南美電力資源缺乏的鹽湖。

            l 改良后的吸附工藝:久吾高科

            久吾高科研發的“高性能鋰吸附耦合膜分離工藝”配套連續移動床鋰吸附裝置,可進行原鹵提鋰,突破鉀鹽產能限制,提高鋰收率。該工藝吸附劑成本低,可在20℃下的常溫環境下使用,無需加熱鹵水,且吸附周期較長,同時連續移動床技術可以充分利用吸附劑,占地面積較小。

            久吾高科吸附技術流程一覽

            l 雙極膜電滲析法

            針對我國鹽湖高鎂鋰比特點,可將雙極膜電滲析與其他鎂鋰分離方法相結合,制備較高純度的氫氧化鋰產品。該方法與傳統鹽湖氫氧化鋰制備技術相比,具有低能耗、綠色環保、產品品質高等特點,在提升鹽湖鋰鹽產品品質、豐富鋰產品種類方面具有一定優勢。

            雙擊膜電滲析工藝提鋰原理一覽

            l TMS吸附劑連續吸附解吸提鋰新工藝

            楊建元教授帶領的泰利信技術團隊成功研發完全自主知識產權的重大原始創新技術成果——“TMS吸附劑連續吸附解吸提鋰新工藝”,不僅能夠可實現鹽湖提鋰生態綠色開發,而且可將鹽湖鋰資源利用率提高到85%以上,并大幅降低碳酸鋰、氫氧化鋰產品成本,具有吸附效率高、操作簡單易控、設備投資小、資源利用率高、生產成本低等競爭優勢,可廣泛應用于我國不同地區鹽湖原鹵水進行直接提鋰。

            TMS吸附劑連續吸附解吸提鋰新工藝

            小結

            我國鋰資源并不稀缺,但有效開發不足,原料對外依賴度高。目前工業化提鋰技術中并沒有一種技術能夠適應所有的鹽湖鹵水類型,提鋰技術適用性單一,所以工業化提鋰發展可以將綜合法作為日后關注的研究熱點,將不同提鋰技術進行綜合應用,才能更高效地回收鹽湖中鋰資源。隨著鹽湖的提鋰工藝的不斷突破,未來產量高增可期。

            參考資料:

            華安證券.鹽湖提鋰工藝革新,行業迎來黃金時代

            張亮等.全球提鋰技術進展

            丁濤等.鹽湖鹵水提鋰技術及產業化發展

            電池中國CBEA、真鋰研究、東方財富網等

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