高 峰,鄭綿平,乜 貞,劉建華,宋彭生

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;

2)中國地質(zhì)科學(xué)院鹽湖與熱水資源研究發(fā)展中心,北京 100037;

3)中國地質(zhì)科學(xué)院鹽湖資源與環(huán)境研究重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,北京 100037;

4)中國科學(xué)院青海鹽湖研究所,青海西寧 810008

鹽湖鹵水鋰資源及其開發(fā)進(jìn)展

高 峰1,2,3),鄭綿平1,2,3),乜 貞1,2,3),劉建華1,2,3),宋彭生3,4)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所,北京 100037;

2)中國地質(zhì)科學(xué)院鹽湖與熱水資源研究發(fā)展中心,北京 100037;

3)中國地質(zhì)科學(xué)院鹽湖資源與環(huán)境研究重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,北京 100037;

4)中國科學(xué)院青海鹽湖研究所,青海西寧 810008

隨著全球資源與環(huán)境問題的日益突出,鋰資源的開發(fā)和利用受到人們的高度關(guān)注。由于鹽湖鹵水中含有豐富的鋰資源,所以對其鋰資源的開發(fā)利用具有重要意義。本文在全球鹽湖鹵水鋰資源的分布及其水化學(xué)分類特征論述的基礎(chǔ)上,對目前鹽湖鹵水鋰資源的提取工藝進(jìn)行了比較分類,對鹵水鋰資源的開發(fā)進(jìn)展情況進(jìn)行了綜述。指出我國鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)利用要充分考慮湖區(qū)環(huán)境,“因地制宜,就地取材”,依托當(dāng)?shù)刈匀毁Y源;在鋰資源開發(fā)的同時對鹽湖鹵水中的其它資源進(jìn)行“綜合利用”;加速研究開發(fā)高附加值鋰鹽產(chǎn)品,對鋰資源進(jìn)行“深度開發(fā)”;根據(jù)我國礦產(chǎn)資源的國情和世界開發(fā)的發(fā)展形勢,制定我國鋰資源開發(fā)的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃。

鹽湖;鹵水;鋰資源;開發(fā)進(jìn)展

近年,隨著全球資源與環(huán)境問題的日益突出,鋰作為新世紀(jì)綠色能源的重要材料之一,其開發(fā)應(yīng)用廣受關(guān)注(鄭綿平等,2007;Kang et al.,2009;Chan et al.,2009;Sun et al.,2009)。有研究人員認(rèn)為,隨著汽車鋰動力電池的開發(fā)應(yīng)用很可能導(dǎo)致未來鋰資源緊缺(Tahil,2008),所以鋰資源作為一種重要的戰(zhàn)略資源而備受各國重視。美國國會在2007年將鋰列為美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的資源,隨后2009年,歐盟委員會將鋰列為歐洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要的元素。在自然界中,鋰資源主要是鋰輝石、鋰云母、鋰皂石等硬巖和富鋰的天然水,包括鹽湖鹵水、地?zé)崴陀蜌馓锼?鄭綿平,1999;Evans,2008),其分布情況見圖1。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2011年公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全球鋰儲量為1300萬噸,鋰資源量約為3300萬噸(U.S.Geological Survey,2011),其中約59%的鋰都賦存于鹽湖鹵水中(Evans,2008)。由于鹽湖鹵水中富含大量鋰,從鹵水中提鋰具有資源豐富、耗能少、成本低等特點(diǎn),自1997年智利阿卡塔瑪鹽湖提鋰成功后,鹽湖鹵水中鋰資源的開發(fā)已成為鋰資源開發(fā)利用的主要方向。各國研究人員亦針對不同鹽湖鹵水鋰礦的特點(diǎn)成功開發(fā)了多種提鋰工藝,鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)利用也成為礦產(chǎn)、冶金、化工等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題。

圖1 鋰資源在不同賦存形式中的分配Fig.1 Distribution of lithium resources in different mineral forms

1 鹽湖鹵水鋰資源的分布

全球鹽湖鹵水鋰礦主要分布于北緯 30°～40°溫帶干旱氣候區(qū)及南緯 20°～30°熱帶干旱氣候區(qū),多位于大陸西岸或內(nèi)陸西側(cè)雨影區(qū)內(nèi)降雨量少、日照及風(fēng)力強(qiáng)度大、蒸發(fā)量大、干旱,不利于人類生存的荒漠氣候帶內(nèi)的封閉匯水盆地,其地理位置分布如圖2所示。這樣的地理環(huán)境使得鹵水中的溶質(zhì)鋰能夠在這一封閉系統(tǒng)中進(jìn)行自然富集濃縮。鹽湖鹵水鋰礦中的鋰物質(zhì)主要源于巖石圈和洋殼的火山噴出物和熱水,所以鹽湖鹵水鋰礦常位于新生代地質(zhì)活動較為活躍的構(gòu)造區(qū)域。例如:碰撞帶微裂谷和山間盆地、板塊大陸邊緣火山弧后盆地、板塊轉(zhuǎn)換斷裂帶后盆地等區(qū)域(鄭綿平,2001)。全球鹵水鋰資源分布極不均衡(Naumov et al.,2010),鹵水鋰礦主要分布于中國的青藏高原和南美洲的安第斯高原,其資源量分布參見圖3。

圖2 全球著名的鹽湖鹵水鋰礦分布圖Fig.2 Distribution of well-known global lithium salt lake brine deposits in the world

圖3 鹵水鋰礦資源分布Fig.3 Distribution of brine lithium resources in different countries

中國的青藏高原和南美洲安第斯高原是全球富鋰鹽湖分布最密集、鋰儲量最大的兩個區(qū)域。青藏高原分布有富鋰鹽湖80多個(LiCl≥300mg/l),鹵水中含有豐富的鋰、硼、鉀、鈉、鎂、銣及銫的氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽(孔凡晶等,2007;乜貞等,2010a;鄭綿平,2010;鄭綿平等,1989)。青藏高原鹽湖鹵水中的鋰含量從北(柴達(dá)木盆地)向南(西藏)逐漸增大,其中柴達(dá)木盆地鹽湖鋰平均含量約為68mg/l,可可西里鹽湖約為74mg/l,西藏鹽湖約為264mg/l(韓鳳清,2001)。最具代表性的富鋰鹽湖為西藏扎布耶鹽湖、當(dāng)雄錯鹽湖、麻米錯鹽湖以及青海柴達(dá)木盆地的東臺吉乃爾鹽湖和西臺吉乃爾鹽湖、一里坪鹽湖、大柴旦鹽湖等,這些鹽湖中的鋰含量均達(dá)到或超過邊界品位以上(LiCl≥150mg/l)。青藏高原鹽湖鹵水中鋰資源儲量查明可達(dá) 550萬噸(鄭綿平等,2007),其鋰資源的提取利用,是中國鋰鹽產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重要方向之一。

南美洲安底斯中部高原地區(qū)100多萬km2范圍內(nèi),發(fā)育有 100多個鹽湖,其中著名的富鋰鹽湖有:智利的阿塔卡瑪鹽湖(Salar de Atacama);阿根廷霍姆布雷托鹽湖(Salar del Hombre Muerto)和里肯鹽湖(Salar de Rincon);玻利維亞的烏尤尼鹽湖(Salar de Uyuni)等。該地區(qū)鹽湖鹵水鋰含量很高,同時也富含鉀、硼、鎂、銣和銫等元素。安底斯高原地區(qū)氣候干燥、日照充足、蒸發(fā)量大等得天獨(dú)厚的自然條件,這使得該地區(qū)鹽湖鋰資源的開發(fā)成為全球鋰資源開發(fā)的一大熱點(diǎn)(宋彭生等,2011)。

表1 一些鹵水鋰礦的鋰資源量及其鹵水鋰平均濃度與當(dāng)?shù)貧夂騎able 1 Climate,lithium average concentration and resource data of some brine deposits

2 富鋰鹽湖鹵水的化學(xué)特征

富鋰鹽湖鹵水中的鋰常以微量形式與大量的鉀、鈣、鈉、鎂等堿金屬、堿土金屬陽離子及氯根、硫酸根和硼酸根的陰離子共存。鹽湖鹵水通常分為碳酸鹽型、硫酸鹽型(硫酸鈉亞型、硫酸鎂亞型)及氯化物型三種類型。鄭綿平在此基礎(chǔ)上,對碳酸鹽型鹽湖鹵水進(jìn)一步分為強(qiáng)度碳酸鹽型、中度碳酸鹽型和弱度碳酸鹽型(Zheng et al.,2009),判斷鹽湖鹵水類型的相關(guān)參數(shù)見表2。

中國青藏高原地區(qū)富鋰鹽湖有硫酸鎂亞型、硫酸鈉亞型和碳酸鹽型。其中西藏扎布耶為碳酸鹽型鹽湖,青海東臺吉乃爾、西臺吉乃爾鹽湖皆為硫酸鎂亞型。南美中安第斯山地區(qū)的富鋰鹽湖多為硫酸鎂亞型和硫酸鈉亞型,尚未見氯化物型富鋰鹽湖的報道。青藏高原和安第斯高原的這些富鋰鹽湖具有鋰濃度高、共生元素多、具有較高綜合利用價值等特點(diǎn)。表3列出了全球一些富鋰鹵水的化學(xué)組分和類型。

3 鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)進(jìn)展

3.1 鹽湖鹵水提鋰產(chǎn)品及其產(chǎn)量

自1938年始,美國從西爾斯鹽湖鹵水獲得鋰鹽(Averill et al.,1978)以來,世界鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)利用已有70多年的歷史。近年鹽湖鹵水鋰行業(yè)發(fā)展迅速,全球鹵水鋰產(chǎn)品的產(chǎn)量從 1997年的5000噸到2008年約1.5萬噸(以Li計(jì)),平均每年以11%左右的速率增長,近十多年來產(chǎn)量增加了約 3倍,2009—2010年產(chǎn)量受全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響波動較大(U.S.Department of the Interior,2010),參見圖4。由于碳酸鋰性質(zhì)穩(wěn)定,易于運(yùn)輸,所用沉淀劑易得,生產(chǎn)成本低,且碳酸鋰溶解度較小,產(chǎn)品回收率較高,鹽湖鹵水鋰礦制備的鋰鹽產(chǎn)品多為碳酸鋰,再以碳酸鋰為原料加工生產(chǎn)其它下游產(chǎn)品。世界主要的碳酸鋰生產(chǎn)商有智利化學(xué)和礦業(yè)有限公司(SQM)、智利鋰業(yè)公司(SCL)、 美國福特公司(Chemtall Foote)、美國芝加哥食品機(jī)械有限公司(FMC)以及中國西藏扎布耶鋰業(yè)高科技有限公司,青海中信國安科技發(fā)展有限公司,其近年產(chǎn)量比例如圖5所示(U.S.Geological Survey,2011)。

表2 鹽湖鹵水的水化學(xué)分類Table 2 Classification of chemical types of saline lake brine

表3 一些富鋰鹽湖鹵水的主要化學(xué)組成(wt%)、鎂鋰比及其化學(xué)類型Table 3 Main components (wt% ),Mg/ Li ratio and chemical types of brine in some lithium salt lakes

圖4 1997年至2008年全球鹵水鋰產(chǎn)量(以Li計(jì))Fig.4 Production volume of lithium from brine,1997-2008

圖5 全球鹵水鋰礦提取碳酸鋰的主要生產(chǎn)商Fig.5 Main producers of lithium carbonate from brine

3.2 鹽湖鹵水鋰鹽生產(chǎn)工藝及其進(jìn)展

在鹽湖鹵水提鋰工藝中,通常首先需將原始鹵水中鋰進(jìn)一步蒸發(fā)濃縮,然后再采用適當(dāng)?shù)姆蛛x技術(shù)對濃縮鹵水中的鋰進(jìn)行分離、提取,最終制備碳酸鋰。從濃縮鹵水中分離鋰的工藝主要有太陽池升溫沉鋰法(鄭綿平,2001)、沉淀法、煅燒法、吸附法和溶劑萃取法等(劉向磊等,2009)。從實(shí)際應(yīng)用情況看,太陽池升溫沉鋰法主要適用于高鋰、低鎂鋰比值的碳酸鹽型鹵水;沉淀法較為適用于中低鎂鋰比值的鹵水;煅燒法較為適用于高鎂鋰比值的鹵水;而吸附法具有應(yīng)用于鋰濃度較低且鎂鋰比值較高的鹵水的潛力(Epstein et al.,1981;Hawash et al.,2010)。此外,由于有機(jī)溶劑易造成環(huán)境污染、萃取工藝條件較為苛刻以及耗能較高等因素,溶劑萃取法在鹽湖鹵水鋰礦碳酸鋰生產(chǎn)中未獲廣泛應(yīng)用。

3.2.1 低鎂鋰比鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)

我國西藏扎布耶鹽湖為低鎂鋰比鹵水鋰礦開發(fā)的典型,其鹵水為Na+、K+//Cl-、CO32-、SO42--H2O體系,鹵水鎂鋰比值低(Mg/Li＜0.1)。可通過蒸發(fā)直接析出碳酸鋰,其主要開發(fā)工藝為太陽池升溫沉鋰法。目前國內(nèi)外進(jìn)行生產(chǎn)開發(fā)的碳酸鹽型鹵水鋰礦,只有我國西藏扎布耶鹽湖。

扎布耶鹽湖由西藏扎布耶鋰業(yè)高科技有限公司開發(fā),其提鋰工藝為鄭綿平等發(fā)明的“冷凍除堿硝-梯度太陽池升溫沉鋰”工藝(鄭綿平等,2002),其工藝如圖6所示。鹽湖鹵水在冬季低溫蒸發(fā)過程中,從鹵水中除去大量芒硝和泡堿,以使鹵水中的鋰得到快速富集。鹵水經(jīng)鹽田曬鹵蒸發(fā)到含鋰1.5 g/l以上,灌入太陽池,在鹵水上鋪淡水,依靠太陽光輻照升溫,過渡層、淡水層和池壁保溫,形成太陽池效應(yīng),使得池溫升高 30～50℃。由于碳酸鋰在鹵水中的溶解度隨溫度升高而降低,從而使較多的碳酸鋰結(jié)晶析出,而由鹵水中生產(chǎn)出碳酸鋰精礦,然后經(jīng)進(jìn)一步化學(xué)加工,獲得工業(yè)級碳酸鋰產(chǎn)品(乜貞等,2010b)。該工藝充分利用了湖區(qū)的自然條件,依靠高原太陽能和冷能的資源優(yōu)勢,在提鋰過程中不添加任何化學(xué)原料。目前西藏扎布耶鋰業(yè)高科技有限公司在其礦區(qū)已形成年產(chǎn)7200 t含碳酸鋰75%精礦的生產(chǎn)能力,其在白銀的鋰精煉廠也具有 5000噸/年工業(yè)級碳酸鋰的生產(chǎn)能力(安豐,2001;黃維農(nóng)等,2008)。2005年西藏扎布耶鋰業(yè)高科技有限公司產(chǎn)品投放市場,其提鋰成本接近世界提鋰成本最低的阿塔卡瑪鹽湖。扎布耶鹽湖鹵水提鋰生產(chǎn)線的建成,標(biāo)志著中國鹽湖提鋰實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化,從此我國由鋰資源大國向鋰生產(chǎn)大國開始轉(zhuǎn)變,具有里程碑意義(曹菲等,2006)。

3.2.2 中低鎂鋰比鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)

智利阿塔卡瑪鹽湖為已開發(fā)的中低鎂鋰比鹵水鋰礦的代表。此類鹽湖鹵水為Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO42--H2O的海水型體系,其鎂鋰比較低(Mg/Li=0.1～10),其開發(fā)工藝多采用簡單實(shí)用的堿法分離工藝。國外已開發(fā)的鹵水鋰礦多為此類,如:阿卡塔瑪鹽湖、里肯鹽湖及銀峰鹵水等。阿塔卡瑪鹽湖目前由智利化學(xué)礦業(yè)有限公司(Sociedad Químicay Minera de Chile,簡稱 SQM)和智利鋰業(yè)公司(SCL)分別進(jìn)行開發(fā)。

表4 一些鹵水鋰礦的鋰提取工藝及其鹽湖水化學(xué)性質(zhì)Table 4 Chemical types and extraction methods of some lithium deposits

圖6 扎布耶鹽湖鹵水提取碳酸鋰工藝流程示意圖Fig.6 Flow chart for production of Li2CO3 from Zabuye brine

1996年,智利化學(xué)礦業(yè)有限公司在阿塔卡瑪鹽湖北部建立鹽田,并在安托法加斯塔港附近的Carmen鹽湖建成一座碳酸鋰廠進(jìn)行碳酸鋰生產(chǎn)。其生產(chǎn)工藝為:從曬池析出來的石鹽從氯化鈉池分離掉,而富含鉀、鋰和硼酸鹽的鹵水用管道輸至相鄰的太陽濃縮池,繼續(xù)蒸發(fā)析出鉀石鹽。析出氯化鉀后剩余的母液含有大約 1%的鋰,鹵水經(jīng)管道輸送至附近的鹽田,在此鹵水被濃縮到鋰含量約為6%。富鋰鹵水用槽車運(yùn)至250km以外的安托法加斯塔的碳酸鋰生產(chǎn)廠,采用煤油溶劑萃取除硼,使鹵水中硼含量低于 5×10-4%。鹵水中的鎂可分兩步去除:1)向鹵水中加入純堿沉淀出碳酸鎂,用轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)分離掉碳酸鎂,這一步可除掉鹵水中 80%的鎂。2)再加石灰沉淀出氫氧化鎂,這一步可除掉鹵水中剩余的20%的鎂。生成的富含氯化鋰的鹵水凈化后用純堿處理生成碳酸鋰料漿,采用帶式過濾機(jī)過濾出碳酸鋰。用水洗滌粗碳酸鋰以去除殘留的氯化鈉,再經(jīng)回轉(zhuǎn)干燥器干燥,獲得 99%純度的優(yōu)級碳酸鋰細(xì)粉末(宋彭生,2000a)。1997年SQM碳酸鋰產(chǎn)量擴(kuò)建至1.8萬噸/年。此外,SQM也進(jìn)行了氫氧化鋰和氯化鋰的生產(chǎn),并積極進(jìn)行其它鋰產(chǎn)品的開發(fā)。到2002年,SQM已向40個國家的180個客戶出售其產(chǎn)品,銷售量現(xiàn)為2.2萬噸/年左右。目前SQM碳酸鋰生產(chǎn)能力為4萬噸/年,占全球碳酸鋰產(chǎn)量的40%,是全球最大的鋰初級產(chǎn)品的生產(chǎn)者和供應(yīng)商。

智利鋰業(yè)公司(Sociedad Chilena de Litio Ltda,簡稱SCL)于1998年6月,被美國Rockwood Holding控股的德國 Chemtall Group公司收購,成立Chemtall SCL公司,獲得在阿塔卡瑪鹽湖的開采權(quán),并進(jìn)行碳酸鋰的生產(chǎn)開發(fā)。SCL的碳酸鋰生產(chǎn)工藝為:用含鈣溶液與鹵水混合,使硫酸根形成石膏沉淀除去,從而避免夏季(9月至次年3月份)溫度較高時,在鹽田中形成硫酸鉀鋰復(fù)鹽而損失鋰,然后繼續(xù)在鹽田曬制鹵水,使鋰離子濃度達(dá)到4.3%,最后將濃縮鹵水運(yùn)至安托法加斯塔的拉內(nèi)格拉化學(xué)精煉廠化學(xué)加工。先用石灰乳使pH值升至11左右,以除去大部分 Mg2+和 SO42-,再用Na2CO3除去鹵水殘留的Ca2+和 Mg2+,經(jīng)凈化、濃縮后,最后加熱鹵水并用Na2CO3進(jìn)行處理,然后過濾、干燥制得碳酸鋰(肖明順,1997)。2007年SCL公司碳酸鋰生產(chǎn)能力約 2.3萬噸/年,其碳酸鋰產(chǎn)品全部運(yùn)往 Chemtall Group在美國的加工廠,用于生產(chǎn)下游產(chǎn)品。

另一個已開發(fā)中低鎂鋰比硫酸鹽型鹽湖代表是阿根廷的霍姆布雷托鹽湖,由美國芝加哥食品機(jī)械有限公司(FMC)開發(fā)。1985年,FMC被美國鋰業(yè)公司,即當(dāng)時世界第一大鋰業(yè)生產(chǎn)廠家合并。1990年FMC成立其子公司——高原礦物公司(Ninera de Alto Plano),專門經(jīng)營霍姆布雷托鹽湖的開發(fā)。由于鹵水 Mg/Li比值小,僅為1.5左右,雜質(zhì)含量低,1990年公司試驗(yàn)工作結(jié)果非常成功,鋰的產(chǎn)率可達(dá)85%。FMC公司采用與其它鋰業(yè)公司不同的提鋰工藝——選擇性凈化吸附法專利技術(shù),使用鋁鹽吸附劑直接從NaCl飽和的高離子強(qiáng)度鹵水中吸附鋰,再用低離子強(qiáng)度的稀溶液進(jìn)行洗脫,洗脫液在太陽池進(jìn)行濃縮后,直接用于制備 LiCl(Garrett,2004),或用 Na2CO3處理、過濾、干燥等制得碳酸鋰。FMC公司未披露其生產(chǎn)工藝技術(shù)細(xì)節(jié),只報道其鋰鹽回收率高、生產(chǎn)成本低(宋彭生,2000b)。FMC公司確信,霍姆布雷托鹽湖的生產(chǎn)要比南美洲其它鹵水加工廠效率高20%。1996年11月FMC在霍姆布雷托的工廠正式投產(chǎn),生產(chǎn)能力約為2萬噸/年(以碳酸鋰當(dāng)量計(jì))。目前碳酸鋰和氯化鋰產(chǎn)量皆為8500噸/年左右(U.S.Department of the Interior,2008)。

圖7 智利化學(xué)礦業(yè)公司阿卡塔瑪鹽湖鹵水沉鋰工藝路線圖Fig.7 Flow chart for Li2CO3 production of SQM from Atacama brine

3.2.3 高鎂鋰比硫酸鹽型鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)

我國青海的西臺吉乃爾鹽湖為高鎂鋰比鹽湖鹵水鋰礦開發(fā)的代表,該鹽湖鹵水鎂鋰比較高(Mg/Li=10～100),為Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO42--H2O海水型體系。由于此類鹵水在鈉、鉀等鹽類析出后的鹵水蒸發(fā)后期,鹵水體系轉(zhuǎn)變?yōu)長i+、Mg2+//Cl-、SO42、B4O72--H2O體系(趙元藝,2003),導(dǎo)致鹵水中的Li+常在濃縮過程中與其它鹽類一起分散析出,而且濃縮后鹵水的鎂含量很高,所以此類鹵水提鋰較為困難、技術(shù)相對復(fù)雜(張逢星等,2002)。目前,對高鎂鋰比硫酸鹽型鹽湖鹵水提鋰的主要方法為煅燒法。

西臺吉乃爾鹽湖目前由中信國安科技發(fā)展有限公司(CITIC)進(jìn)行開發(fā),采用煅燒法從該鹽湖鹵水中提取碳酸鋰。中信國安在西臺吉乃爾直接將析鹽除硼后的富鋰鹵水蒸干,形成水氯鎂石及鋰混鹽固相,然后再行煅燒。其工藝流程如圖8所示:1)將鹵水抽至石鹽池,自然蒸發(fā)曬制使石鹽析出,至軟鉀鎂礬飽和;2)將第一步產(chǎn)生的鹵水轉(zhuǎn)入鉀鎂鹽池,析出鉀鎂混鹽,鹵水酸化提硼;3)將第二步產(chǎn)生的鹵水倒入鎂鹽池,蒸發(fā)至硫酸鋰接近飽和,母液噴淋干燥,使鋰、鎂分別以硫酸鋰和水氯鎂石鹽礦物與少量其它鹽混合結(jié)晶析出;4)將上一步產(chǎn)生的混鹽在 550℃以上煅燒,使水氯鎂石脫水形成MgO;5)然后冷卻至常溫,用淡水浸取過濾得到鋰溶液,用石灰乳二次除鎂;6)母液濃縮后用碳酸鈉沉淀鋰,分離得到工業(yè)級碳酸鋰產(chǎn)品(祝增虎等,2008;乜貞等,2010b)。中信國安的碳酸鋰產(chǎn)品目前在西臺吉乃爾生產(chǎn)。在 2007年,中信國安西臺吉乃爾5000 t碳酸鋰車間建成投產(chǎn),2010年產(chǎn)量已超過 5000 t。

4 對我國鹽湖鹵水鋰資源開發(fā)的思考

隨著近年科技的發(fā)展,人們越來越認(rèn)識到稀堿金屬鋰物理化學(xué)性質(zhì)的特殊性和不可替代性,全球鋰產(chǎn)品需求旺盛,價格也持續(xù)走高。但全球已探明的鹽湖鹵水鋰資源分布不均,主要集中在南美洲安第斯高原的智利、阿根廷及玻利維亞和我國青藏高原。世界鋰產(chǎn)品市場上智利 SQM、SCL和阿根廷FMC三家公司產(chǎn)自鹽湖的鋰產(chǎn)品分別占40%、28%和 21%,而我國鋰鹽產(chǎn)品卻大部分來自硬巖,其原料和產(chǎn)品皆受制于國外供貨商。我國目前已成為全球石油的第二大消耗國,在未來鋰資源可能緊缺的情況下,加快我國鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)利用顯得尤為重要。借鑒全球鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)利用情況,我們認(rèn)為在我國鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)過程中需要注意以下幾個問題:

圖8 智利鋰業(yè)公司阿卡塔瑪鹽湖鹵水沉鋰工藝路線圖Fig.8 Flow chart for Li2CO3 production of SCL from Atacama brine

圖9 中信國安西臺吉乃爾鹽湖鹵水沉鋰工藝路線圖Fig.9 Flow chart for Li2CO3 production of CITIC from Xitaijinaier salt Lake brine

1)我國鹽湖鹵水鋰礦大都分布于氣候惡劣、交通不便、能源缺乏的荒漠半荒漠化干旱地區(qū)。在開發(fā)鹽湖鹵水鋰資源時,應(yīng)本著“因地制宜”的原則,充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,如:太陽能、風(fēng)能及冷能等,發(fā)展鹽田工藝技術(shù)。在鹽湖鹵水鋰資源開發(fā)中應(yīng)盡量“就地取材”,利用本地及周邊礦產(chǎn)資源,減少外來化學(xué)品,避免化學(xué)殘留物。

2)在進(jìn)行鹽湖鹵水鋰資源開發(fā)利用的同時,必須要“綜合利用”鹽湖鹵水中的其它礦產(chǎn)資源。單一的開發(fā)方式不僅會使產(chǎn)品成本高,而且會造成資源浪費(fèi)。我國鹽湖鋰資源豐富,鹵水中同時富含其它元素,例如西藏扎布耶鹽湖、柴達(dá)木盆地東、西臺吉乃爾鹽湖鹵水中B、K、Br等都具有開發(fā)價值。如果將這些資源綜合開發(fā)利用,將會大大降低鋰鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,提高其在市場中的競爭能力,并使其它有用成分得以利用。

3)在碳酸鋰等初級鋰鹽生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)上,應(yīng)進(jìn)行“深度開發(fā)”,加速研究和開發(fā)高附加值的下游鋰產(chǎn)品。我國對鹵水鋰資源的研究和開發(fā)起步較晚,鹵水鋰資源的開發(fā)目前還僅停留在初級鋰產(chǎn)品階段。隨著鋰產(chǎn)品在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大,新的鋰化合物產(chǎn)品種類不斷增多,應(yīng)該重視鋰產(chǎn)品的深加工和高附加值產(chǎn)品的研究和開發(fā),延長產(chǎn)業(yè)鏈,依靠技術(shù)進(jìn)步開發(fā)出多品種、高質(zhì)量、高附加值的鋰產(chǎn)品,以滿足相關(guān)行業(yè)對各種鋰化合物的需求。使中國從鋰資源大國盡快成為鋰生產(chǎn)大國。

4)鋰是具有長遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義的資源,需要盡快根據(jù)我國礦產(chǎn)資源的國情和世界鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,建立我國鋰資源開發(fā)的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃,合理、有序、可持續(xù)地開發(fā)我國的鋰資源。

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Brine Lithium Resource in the Salt Lake and Advances in Its Exploitation

GAO Feng1,2,3),ZHENG Mian-ping1,2,3),NIE Zhen1,2,3),LIU Jian-hua1,2,3),SONG Peng-sheng3,4)
1)Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037;
2)R&D Center for Saline Lakes and Epithermal Deposits,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037;
3)Key Laboratory of the Research on Saline Lake Resources and Environment,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037;
4)Qinghai Research Institute of Salt Lakes,Chinese Academy of Sciences,Xining,Qinghai810008

As the global resources and environmental problem have become increasingly prominent,the development and utilization of lithium resources have attracted more and more attention.There exist a lot of lithium resources in the salt lake (probably 59% lithium resource is brine lithium),and hence it is important to develop and utilize brine lithium.This paper has discussed the distribution and chemical types of brine lithium deposits in the whole globe.According to the lithium carbonate production technology and production volume of main brine lithium manufacturers in the world,the authors analyzed the advances in the technology for extraction and utilization of lithium from the salt lake and pointed out that the brine lithium resource development and utilization in China should rely on local conditions and local materials,strengthen the development of downstream products of lithium carbonate,comprehensively develop and utilize the mineral resources of salt lakes,such as boron,potassium and magnesium,and constitute long-term strategic plan of lithium resource development and utilization at the national level.

salt lake;brine;lithium resource;development

TQ131.11;P618.71

A

10.3975/cagsb.2011.04.13

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號:1212010011810;1212011085523)聯(lián)合資助。

2011-05-12;改回日期:2011-06-13。責(zé)任編輯:閆立娟。

高峰,男,1978年生。博士研究生。主要從事鹽湖資源綜合利用研究。

鄭綿平,男,1934年生。中國工程院院士。通訊地址:100037,北京市西城區(qū)百萬莊大街26號。電話:010-68999076。E-mail:zmp@public.bta.net.cn。