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三种提锂技术

 胖咸鱼的树洞 2022-04-21
当今世界最大的趋势就是小趋势,“小”决定着“大”。
  -----马克·佩恩
锂在自然界主要有两种类型存在,一是以锂辉石、锂云母、透锂长石等含锂矿石的形成存在于岩矿中,另一类是以锂离子形式存在于盐湖卤水、地下卤水和海水中。目前锂资源获取主要有三种工艺:锂辉石提锂、锂云母提锂和卤水(盐湖提锂)。锂资源处于产业链最上游,商业化投产周期较长,目前,面对庞大的下游消费市场需求,短期内资源供给存在一定难度。
全球探明锂资源量约8551万金属吨,集中在南美、美国、澳洲等地。全球锂资源封闭盆地卤水占主要份额。根据《中国锂矿资源调查报告》,锂矿类型分为卤水型和硬岩型两大类,其中卤水型锂矿包括盐湖卤水型锂矿和地下卤水型锂矿,硬岩型锂矿包括花岗伟晶岩型锂矿和花岗岩型锂矿。南美“锂三角”锂资源量占 60%,中国锂资源储量占6%。根据美国地质调查局 USGS 数据,截至 2020 年末,全球锂资源量约 8600 万吨,其中南美“锂三角”地区(智利、阿根廷和玻利维亚交界处的高海拔湖泊和盐沼)的锂资源量之和约占全球锂资源总量的近 60%,其他资源量丰富的国家还有澳大利亚、美国和中国,其中澳大利亚锂资源量为 630 万吨且大部分为硬岩型锂矿,是世界上最大的硬岩型锂矿出口国。我国锂资源储量约占全球锂资源储量的 6%。
根据中国地质调查局的地球资源利用报告书,我国锂资源量约 714 万吨,主要分布在青海、西藏、新疆、四川、江西、湖南等省区。锂资源分布总体相对集中,青海、西藏和四川锂资源储量占国内锂资源储量的绝大部分,其中西藏和青海为盐湖卤水型,硬岩型锂矿主要分布于四川、江西、新疆等地。
我国盐湖锂资源量占比超过 80%,其中青海地区资源量 310.04 万吨,西藏地区 222.3 万吨,湖北地区 50.61 万吨。锂辉石占比 10.9%,四川地区资源量 76 万吨。锂云母占比 7.5%,江西地区 34.2 万吨,湖南地区 16.5 万吨。我国盐湖卤水镁锂比极高和自然条件恶劣,盐湖提锂受到限制,因此锂的来源以锂云母矿和锂辉石矿为主。

锂资源处于产业链最上游

三种技术路线相比较,锂辉石提锂技术产出质量最高,但锂精矿优质资源多集中在南美锂三角和澳洲,国内产能依赖进口,且南美资源税不断提升,资源成本较高,澳洲还存在矿产出口受限等政治风险。
而成熟的盐湖不仅分布在南美锂三角,在我国的青海和西藏地区也有所分布,虽然目前盐湖提锂提纯难度较大,产量较低,但随着盐湖提锂技术的提高,盐湖提锂有望成为我国锂资源开发的新趋势。我国锂资源中盐湖占比最大,约82%,盐湖提锂是未来我国锂资源开发非常重要的方向。我国盐湖卤水具有高镁锂比、高镁含量、低锂含量的特征。锂和镁在周期表中呈对角线关系,物理、化学性质相近,特别是 Mg2+和 Li+的半径相近,分别为 72和 76pm。高镁锂比盐湖镁锂高效分离是世界性难题。

未来盐湖有望一步直接生产电池级氢氧化锂

同时,我国江西宜春有亚洲最大的锂云母矿,锂云母提锂技术在制备碳酸锂的同时,还可得到氟化钙,硫酸铝铯铷和明矾等有用的副产品,可提高资源利用率大幅度降低生产成本。
据《宜春地区锂资源类型及工业应用报告》等政府资料,宜春市及其下属管辖地拥有探明可利用氧化锂储量逾 258 万吨,折碳酸锂当量约 636 万吨,可生产出氧化锂品位在 4%左右的锂云母精矿约 6250 万吨。其中宜春钽铌矿可开采氧化锂的储量为 110 万吨,占全国储量的 34%、世界储量的 7%,是世界最大的锂矿山之一。由于早期宜春锂云母矿勘探工作不完全,因此实际的储量规模可能更高。
宜春锂矿石资源有两类:一类是露天含锂矿石,该类矿石风化度高、云母片大,现已能选别出高品位锂云母精矿,实现工业化生产;另一类是地下含锂瓷石矿,该类矿石埋藏深度大、云母片细、难选别,该类矿石由于难选别,现只开采用作玻陶行业,没能将资源充分利用。
宜春位于“袁州-宜丰-奉新”成矿带之上,锂瓷石资源丰厚。全市(除宜春钽铌矿外)氧化锂含量 0.4%以上的锂矿企业采矿权 16 个,探矿权 4 个。宜春锂云母矿资源分布主要集中于两个区域,总体呈现表现为南高北低的态势:一是宜春市袁州区新坊镇,即江西钨业所属的宜春钽铌矿所在地,也是目前在产的主要锂云母矿山,原矿品味较高(0.8%左右);二是宜丰县及奉新县,包括宜丰县花桥乡、同安乡及奉新县上富镇等。这部分地区矿权零散分布(品味 0.4%-0.7%),以前多数是将原矿作为陶瓷原料直接出售。
2020年7月,科研人员在玉溪市小石桥附近打下了一个勘探钻孔,进行科研性示范勘查后发现,从这里延及滇中3800平方公里的土地下,氧化锂资源量高达489万吨,矿床为碳酸盐粘土型锂。资料显示,小石桥锂矿的碳酸锂当量LCE高达1207万吨,约占全国总量的四分之一,为世界级锂矿。(产资源合作开发项目为设立两家公司,一家主要从事矿产资源开发,另一家主要从事矿产深加工。两家合资公司的基本股权结构均为:玉溪市政府或其制定主体持股23%,为第一大股东;恩捷股份、亿纬锂能、华友控股、云天化持股比例分别为22%、20%、18%、17%。隔离膜及电池正负极材料等配套项目则是恩捷股份、亿纬锂能、华友控股、云天化计划未来围绕玉溪市目标矿产资源,在玉溪市建设新能源电池、锂电池隔离膜、磷酸铁及磷酸铁锂、铜箔项目等电池配套项目。四家公司计划分三期投资:项目一期承诺投资约180.5亿元,在2023年12月31日前完成项目二期承诺投资约336.5亿元,在2025年12月31日前完成;项目三期投资计划在2030年前完成。一二期合计517亿元。)
锂业企业从锂矿资源中制备出的碳酸锂和氢氧化锂都是锂电池的原材料,通常来说,采用氢氧化锂生产出的电池通常性能更为优异,应用范围更广,因此氢氧化锂的市场价格也一直高于碳酸锂。
在制备成本上,锂辉石既可以制备出氢氧化锂也可以制备碳酸锂,只是工艺路线有所不同,设备无法共用,成本上并没有太大的差异;但盐湖卤水制备氢氧化锂的成本则比碳酸锂的要高很多,因此盐湖锂企产品绝大部分都为碳酸锂。
盐湖卤水提锂具有成本相对较低的优势,一般直接产品为工业级碳酸锂,需要经过一定的提纯技术方可转化为深加工锂产品,提锂技术难度相对较高,技术通用性差,不同盐湖资源禀赋需要不同的提锂技术,副产品较多,一般为钾肥、硫酸钾镁肥、硼镁矿等,且盐湖开发一次性投入较大。
锂辉石锂含量通常高于锂云母,更适合生产含锂原材料。但我国锂辉石矿资源少,主要依赖澳洲等地进口,供应保障稳定性不足。内锂辉石矿主要分布在四川和新疆,四川的甲基卡是亚洲最大锂辉石矿。我国拥有亚洲储量最大的锂云母矿,宜春。因此从资源禀赋和开发成本的角度,锂云母提锂具有一定优势。锂云母提锂方法主要有石灰焙烧法、硫酸焙烧法、硫酸盐焙烧法、氯化焙烧法和压煮法。目前,经过过年的反复尝试,硫酸法基本被淘汰,厂商多使用复合盐焙烧法,且基本定型。
目前,国内氢氧化锂产能前四名分别为赣锋锂业、雅化集团、天华超净和盛新锂能。


数据来源:USGS、中国地质调查局、中信建投

全球代表性的盐湖、矿石提锂项目分布

数据来源:五矿证券研究所


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