技術|鹽湖提鋰技術的重要突破

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鋰是一種重要的戰略性資源物質,是現代高科技產品不可或缺的重要原料。隨著鋰及鋰鹽的廣泛應用和高新技術的不斷髮展,特別是近幾年鋰電池工業發展迅速,市場對鋰的需求以每年10%的速率快速增長。早期的鋰鹽大都從礦石中提取,但隨著高品位鋰礦石的不斷減少和礦石提鋰的成本不斷提高,而鹽湖中富含的像鋰一樣的金屬元素眾多,因此鹽湖提鋰逐漸引起人們的關注。


技術|鹽湖提鋰技術的重要突破


鹽湖提鋰方法

鹽湖滷水中鉀、鎂、硼等元素眾多,物理化學性質特殊,尤其是鎂,由於其與鋰元素的物理化學性質相似,分離難度很大。目前鹽湖提鋰的生產工藝主要有溶劑萃取法、沉澱法、吸附法、煅燒浸取法、碳化法和電滲析法等。


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國內外的鹽湖資源

20世紀80年代以前,世界各國主要還是從鋰輝礦石中提取鋰元素,主要的生產國包括美國、德國、智利等。隨著鋰礦石的不斷消耗,礦石提鋰的成本不斷提高,世界上一些鋰鹽公司開始不斷謀求新的資源和擴大產品產量的方法。實際上,礦石中鋰的儲量只能佔到總的鋰儲量的20%~30%,而大多數鋰資源則存在於鹽湖滷水中。20世紀90年代後,隨著國外鹽湖提鋰技術的發展和滷水資源的成功開發,鹽湖提鋰開始逐漸取代礦石提鋰,成為碳酸鋰生產的主要途徑。

在我國,我國滷水資源十分豐富,鹽湖滷水中鋰的資源儲量可以佔到我國已探明的鋰總儲量的87%,主要分佈於青海、西藏、內蒙古、新疆等四個省區。而其中青海和西藏的鹽湖鋰資源是我國鋰鹽生產工業的重要基礎。被譽為“鋰海”的青海新疆柴達木甕地是鹽湖最集中地區,有大型滷水礦一里坪湖、東臺吉乃爾湖、西臺吉乃爾鹽湖和中型滷水礦大柴旦鹽湖、察爾汗湖、大浪灘等15個鹽湖分佈其中。下表列出了我國幾大鹽湖的位置和特點。


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國外的鹽湖滷水資源主要分佈在智利、美國、中東等地區,其中已經開發的鹽湖主要有智利的阿塔卡瑪鹽湖、美國的西爾斯湖和阿根廷的翁佈雷穆爾託鹽沼等等。還有一些大的鹽湖,如以色列和約旦的死海等,為進行開發生產。下表列出了國外主要的鹽湖資源。


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從以上這些典型的鹽湖滷水資源的分佈及特點可以看出,全球含鋰鹽湖滷水主要是位於北緯30~40℃的溫帶乾旱地區以及難為20~30℃的熱帶乾旱地區,大多是處於大路的西岸或西側地區,這些地方乾旱、少雨、蒸發強度大、風力強勁,不適於人類生產和生活。

我國鹽湖提鋰的優勢

由於過去對從鹽湖滷水中提取鋰鹽重視成不不高,技術投入較少,我國起步較晚。但近年來,鹽湖提鋰工業在我國卻有了很大的發展,這主要是因為我國具有以下幾點得天獨厚的優勢:

1、資源優勢

我國鋰資源儲量巨大,僅次於玻利維亞,位於世界第二的位置。其中滷水鋰資源佔探明鋰總資源的87%,尤其是被譽為“鋰海”的柴達木盆地,有15個富鋰鹽湖環繞其中。而且鹽湖中鋰濃度較大,符合工業化提鋰的要求。

2、 政策優勢

鹽湖資源是西部地區的優勢資源,加強鹽湖資源的綜合利用和開發是加快西部地區經濟發展的重要途徑,是縮短西部地區與其他地區貧富差距的一條捷徑,也是國家“西部大開發”戰略的重要組成。因此在資金投入、優先貸款、基礎設施建設等方面,國家對鹽湖開發實行傾斜政策。國家的扶持,當地政府的重視,將大大加快鹽湖資源的綜合開發和利用。

3、 成本優勢

在工業級碳酸鋰市場中,鹽湖提鋰的成本優勢非常明顯。目前國外從鹽湖滷水中生產碳酸鋰的成本約為從鋰礦石中生產碳酸鋰成本的50%,這極大的促進了各企業、高校對於鹽湖提鋰工藝的研究,從而推動了我國鹽湖提鋰的發展。

鹽湖提鋰技術的重大進展

突破一:電化學脫嵌法

中南大學趙中偉教授團隊長期以來從事溼法冶金、 相似元素深度分離等方面的基礎理論和工藝研究,在這一領域有較深厚的作積累。在多年研發的基礎上,針對我國鹽湖滷水鎂鋰比高的特點,創新性地提出了電化學脫嵌法,並研發了相關裝備和工藝,可從高“鎂鋰比”鹽湖滷水中實現鋰的高效選擇性提取和富集。在實驗室擴大試驗階段取得了非常好的效果,研究成果得到國際同行的高度認可。

該成果於2017年轉讓給上海鄲華科技發展有限公司,其轉讓許可實施使用費共計1.048億元,其中貨幣資金2480萬元,股權8000萬元。

技術|鹽湖提鋰技術的重要突破

新技術處理高鎂鋰比鹽湖滷水時無需添加任何化工試劑,整個過程不涉及任何有害物質,環保意義顯著。

突破二:選擇性離子遷移法

中科院青海鹽湖所馬培華研究員及其團隊,在長期探索鎂鋰分離工藝及設備優化的不同階段,系統研究了複雜鹽溶液體系鎂鋰分離物化機理,構建了鋰資源選擇性分離提取之新模式,開發了“選擇性離子遷移”高效膜分離綠色技術,成功解決了高鎂鋰比鹽湖中鋰、鉀、鎂、硼的平衡利用問題。

首次創立了我國鹽湖提鋰及資源綜合利用技術體系,建成了年產1萬噸碳酸鋰及資源綜合利用生產線,專利許可兩家企業實施獲 4 000 萬元,取得了顯著的經濟和社會效益,為我國鹽湖鋰產業的可持續發展提供了可靠技術支撐。

2014 年 1 月—2016 年 8月,共生產碳酸鋰約 12600噸,累計銷售收入 7.66 億元,實現利潤總額 5.41億元。工廠建在生態脆弱的 2 600米以上的高海拔地區,採用清潔生產工藝技術開發鹽湖資源,對生態環境保護具有特殊意義。

該技術的應用對我國和世界上高鎂鋰比鹽湖提鋰生產具有引領和示範作用,為打造青海省千億元鋰電產業基地和支撐我國電動汽車產業發展打下了堅實的基礎。

(青海高鎂鋰比鹽湖提鋰關鍵技術及應用[J]. 中國科學院院刊, 2017(7):788-789.)

突破三:鋰離子篩吸附法

上海空間電源研究所研發的鋰離子篩吸附法在青海鹽湖滷水的鋰離子分離中成功應用,基本將鹽湖滷水中的鋰“吃幹榨乾”,為鹽湖提鋰技術帶來新突破。

該技術適用於規模化生產,利用吸附劑結晶結構中的超微孔同鋰離子大小相同的“體積效應”,使吸附劑對鋰離子產生選擇性吸附效應,達到從高鎂含量鹽湖滷水中分離鋰離子的目的。該技術分離效果明顯優於現有的離子交換膜法,可以將鹽湖滷水中95%~96%的鋰分離提取出來。

(米然. 鹽湖提鋰技術獲重大突破[J]. 浙江化工, 2013(11):59-59. )

總結

鋰被譽為“金屬味精”,鹽湖提鋰技術是我國鋰鹽工業發展的希望所在。開發鹽湖提鋰新技術,將極大地促使國內高鎂鋰比鹽湖資源轉化為可經濟開發利用的資源,有利於國內外鹽湖提鋰行業的整合,推動新能源產業的向前發展,取得新興戰略產業的話語權。

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