彭建忠

(中藍(lán)長化工程科技有限公司，湖南長沙 410116)

鋰(Li)是自然界最輕的金屬元素，被譽為21世紀(jì)“白色石油”和“推動世界進(jìn)步的重要能源元素”之一。金屬鋰及其化合物性質(zhì)優(yōu)良，應(yīng)用領(lǐng)域遍及新能源、新藥品與新材料三大新興朝陽行業(yè)，特別是新能源行業(yè)，鋰離子電池作為一種新型的二次能源電池，廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、電動工具、工業(yè)儲能和電動汽車中[1]。2018-07國務(wù)院發(fā)布《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，提出要加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建清潔低碳高效能源體系。隨著新能源電動汽車的發(fā)展，我國鋰產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著鋰電新能源市場的崛起，碳酸鋰(Li2CO3)作為鋰離子電池的一種關(guān)鍵原材料，其市場需求也快速增長。文章結(jié)合我國碳酸鋰的基本生產(chǎn)情況，介紹當(dāng)前國內(nèi)碳酸鋰的生產(chǎn)工藝和經(jīng)濟效益。

1 我國碳酸鋰生產(chǎn)現(xiàn)狀

根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2018年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，世界已查明的鋰資源量約6 200萬t(金屬鋰計)，中國的儲量約700萬t，占全球的11%。2018年中國鋰鹽產(chǎn)量16.7萬t(碳酸鋰當(dāng)量)，其中，碳酸鋰產(chǎn)量12.5萬t。生產(chǎn)碳酸鋰的主要原料是含鋰礦石和鹽湖鹵水，我國四川、湖北、江西、湖南以鋰礦石資源為主，占我國鋰資源的15%；青海、西藏以鹽湖資源為主，占我國鋰資源的85%。

碳酸鋰的主要生產(chǎn)國是智利、美國、澳大利亞和中國。雖然我國擁有豐富的資源儲量，但是國內(nèi)鋰產(chǎn)品加工原料對外依存度達(dá)80%，鋰加工企業(yè)需要從南半球運鋰輝石礦和鹵水來生產(chǎn)鋰鹽，其中，進(jìn)口鋰輝石加工占比66%，進(jìn)口高濃度鹵水加工占比18%。我國鋰資源進(jìn)口主要原因，一是礦石提鋰中鋰云母資源生產(chǎn)成本居高不下，鋰輝石礦石資源或地理開采難度大，或品質(zhì)差分布散，基本無法長期滿足碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)需求，國內(nèi)企業(yè)紛紛從國外進(jìn)口高品質(zhì)鋰精礦資源。二是鹵水提鋰技術(shù)難度大，我國鹽湖鹵水鎂鋰比高，從高鎂低鋰?yán)消u中提純分離碳酸鋰的工藝技術(shù)難度大，在很長一段時間內(nèi)這些技術(shù)僅掌握在SQM、FMC、和Chemetall三家手中，技術(shù)壁壘使得國內(nèi)企業(yè)不得不從國外進(jìn)口鎂含量較低的高濃度鹵水。

2 我國碳酸鋰生產(chǎn)工藝

礦石提鋰與鹵水提鋰由于原料路線不同形成兩種生產(chǎn)工藝。就現(xiàn)實情況而言，我國的礦石提鋰技術(shù)在工藝和產(chǎn)能上具有較大優(yōu)勢，成為當(dāng)前主流；而鹵水提鋰技術(shù)則發(fā)展相對較慢，但近年來青海鹽湖鹵水提鋰技術(shù)取得重大突破，雖然青海已有大規(guī)模鹵水提鋰項目投產(chǎn)，但是由于資源和成本的限制，今后國內(nèi)碳酸鋰生產(chǎn)將仍由礦石提鋰主導(dǎo)，并將長期保持該格局。下面介紹我國碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)不同原料下的生產(chǎn)工藝。

2.1 礦石提鋰

當(dāng)前我國企業(yè)的礦石提鋰主要以鋰輝石和鋰云母為原料。國內(nèi)四川阿壩、甘孜等地的鋰輝石礦由于地理位置等因素開發(fā)進(jìn)展緩慢，而其他地區(qū)的礦石品味低導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高，目前絕大部分鋰輝石礦依靠進(jìn)口；江西省宜春市擁有世界儲量最大的鋰云母礦山，經(jīng)探明可利用的氧化鋰資源在250萬t以上，可生產(chǎn)出氧化鋰品位在4%左右的鋰云母精礦約6 250萬t，市場潛力巨大。由于原礦含量和組分不同也有不同工藝。

2.1.1 利用鋰輝石生產(chǎn)碳酸鋰工藝

硫酸法處理鋰輝石精礦生產(chǎn)工藝如圖1[2]。

利用鋰輝石制備碳酸鋰的生產(chǎn)工藝較為成熟，國內(nèi)碳酸鋰的主要生產(chǎn)廠家多采用此工藝。該法的優(yōu)點是：收率高；可以從含鋰量較低(含量1%～1.5%)提??；浸取焙燒液中鋰含量高(35 g/L～55 g/L)。缺點是：相當(dāng)量硫酸與純堿反應(yīng)生成價值較低硫酸鹽；加入硫酸進(jìn)行焙燒，環(huán)保壓力大，尾氣處理投資和運行費用較高。因此，硫酸法應(yīng)控制硫酸加入量。

2.1.2 利用鋰云母生產(chǎn)碳酸鋰工藝

目前，國內(nèi)開發(fā)的鋰云母提鋰主要工藝有硫酸鹽焙燒法、石灰石燒結(jié)法、硫酸焙燒法幾種，目前應(yīng)用較為成熟的硫酸鹽焙燒法。

硫酸鹽焙燒法生產(chǎn)工藝如圖2[3-4]。

這個方法的優(yōu)點是：渣量只有硫酸焙燒法的40%；氧化鋰的回收率最高可達(dá)到75%；能耗較低，相當(dāng)于石灰石燒結(jié)法的35%。該工藝的不足也比較明顯：輔料加入量大，成本較高；該體系為硫酸鹽體系，副產(chǎn)物需進(jìn)一步分離；鋰云母成分復(fù)雜，流程長；鋰云母中鉀、銣、銫等貴重金屬均未回收；渣的利用性是一個未知數(shù)。

圖1 硫酸法處理鋰輝石精礦生產(chǎn)工藝Fig.1 Production process of spodumene concentrate treated by sulphuric acid process

圖2 硫酸鹽焙燒法生產(chǎn)工藝Fig.2 Production process of sulfate roasting method

2.2 鹵水提鋰

我國鹽湖鋰資源主要分布在西藏和青海兩地。西藏地區(qū)鹽湖鹵水品質(zhì)高，部分鹽湖的鎂鋰比低至0.03，但其鹽湖資源分散，且西藏自然環(huán)境惡劣，配套基礎(chǔ)設(shè)施缺乏，不利于規(guī)?；a(chǎn)，如西藏礦業(yè)扎布耶鹽湖的開采技術(shù)成熟，但生產(chǎn)效率低下。青海鹽湖鹵水大多為高鎂鋰比的鹵水，鋰資源開采的技術(shù)難度大。2014年青海鹽湖集團旗下的藍(lán)科鋰業(yè)取得高鎂低鋰?yán)消u提取碳酸鋰的關(guān)鍵技術(shù)突破，藍(lán)科鋰業(yè)主要開采察爾汗鹽湖鋰鹽資源，采用了離子樹脂交換吸附法，已大規(guī)模生產(chǎn)工業(yè)級碳酸鋰。

鹽湖鹵水生產(chǎn)碳酸鋰工藝如圖3[5-6]。

圖3 鹽湖鹵水生產(chǎn)碳酸鋰工藝Fig.3 Lithium carbonate production from salt lake brine

該工藝優(yōu)點是解決了察爾汗鹽湖高鎂、鋰比鹽湖鹵水提鋰的難題，綜合利用鹽湖鹵水資源。該工藝缺點是投資較大，生產(chǎn)成本高，碳酸鋰產(chǎn)品質(zhì)量低。該工藝?yán)梦絼┻x擇性的吸附鹵水中的鋰，選擇性能優(yōu)良且可循環(huán)利用的吸附劑是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。除此之外，還需要吸附劑成本低且制作簡便，容易進(jìn)行洗脫，污染環(huán)境少。

無論采用鋰礦石還是鹽湖鹵水生產(chǎn)碳酸鋰，或多或少都存在技術(shù)問題需要進(jìn)一步解決和完善。鋰資源高效開發(fā)與綜合利用是該行業(yè)的必然發(fā)展趨勢，各生產(chǎn)企業(yè)在選擇合適的生產(chǎn)工藝時應(yīng)該結(jié)合實際情況同時考慮原料來源，運輸成本，能源消耗，廢氣、廢渣、廢水處理等問題，以實現(xiàn)清潔、高效、綜合利用的提鋰過程。

3 我國碳酸鋰生產(chǎn)經(jīng)濟效益

據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鋰業(yè)分會初步統(tǒng)計，2017年全球鋰鹽產(chǎn)量為23.54萬t(碳酸鋰當(dāng)量)，2018年全球鋰鹽產(chǎn)量約27.6萬t。鋰鹽產(chǎn)量增加主要來自中國，其中國內(nèi)產(chǎn)量16.7萬t，同比增長35.77%。2018年我國進(jìn)口鋰鹽總計2.79萬t(碳酸鋰當(dāng)量)，出口3.54萬t，全年鋰鹽凈出口7 518 t，首次實現(xiàn)鋰鹽凈出口。此外，目前國內(nèi)主要碳酸鋰、氫氧化鋰生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能利用率約85%，產(chǎn)能未完全釋放。我國生產(chǎn)的碳酸鋰雖然已具備一定規(guī)模，但綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟效益，與國外龍頭企業(yè)相比還存在一定差距，仍然有較大的進(jìn)步空間。

2018年我國從澳大利亞進(jìn)口鋰輝石精礦137萬t，鋰輝石原礦287萬t。經(jīng)粗略估算，進(jìn)口品位為5%～6%的鋰輝石精礦需750 S|/t，大約每9 t鋰輝石精礦能夠生產(chǎn)1 t碳酸鋰，原料成本4萬元～5萬元，加工成本2萬元，用鋰輝石精礦生產(chǎn)1 t碳酸鋰的整體成本為6萬元～7萬元；國產(chǎn)4%品位的鋰云母精礦價格為1 900元/t，大約每15 t～16 t鋰云母精礦能夠生產(chǎn)1 t碳酸鋰，原料成本約3萬元，加工成本3萬元/t，用鋰云母精礦生產(chǎn)1 t碳酸鋰的整體成本約6萬元。2018年，碳酸鋰產(chǎn)品價格大幅下降，電池級碳酸鋰從16.6萬元/t降到7.95萬元/t；工業(yè)級碳酸鋰從15萬元/t降到6.85萬元/t。當(dāng)前礦石提鋰的龍頭企業(yè)是天齊和贛鋒。2018年天齊鋰業(yè)電池級碳酸鋰產(chǎn)能2.8萬t，電池級氫氧化鋰產(chǎn)能0.5萬t，其在澳大利亞投資新建的2.4萬t電池級氫氧化鋰裝置將于2019年年初投產(chǎn)。在其2018年公布的年報中指出，公司全年營收62.44億元，凈利潤為22億元，凈利潤率為35%。2017年贛鋒鋰業(yè)產(chǎn)能4萬t(碳酸鋰當(dāng)量)，2019年預(yù)計產(chǎn)能將達(dá)到8萬t～9萬t。在其2017年公布的年報中也提到，公司全年營收為43.83億元，凈利潤為14.69億元，凈利潤率為33.5%。

國內(nèi)鹽湖提鋰的開采企業(yè)主要有中信國安、鹽湖集團、西藏礦業(yè)，青海鹽湖集團旗下的藍(lán)科鋰業(yè)通過近10 a的研究，摸索出一條可工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)路線。該公司采用鹽湖生產(chǎn)鉀肥后排放的老鹵作為主要初始原料，大大節(jié)約了原料成本。經(jīng)估算，大約每1 800 m3的鹵水能生產(chǎn)1 t碳酸鋰，每立方米鹵水折合成本2元，能將鹽湖提鋰的整體成本控制在3.5萬元/t。按藍(lán)科鋰業(yè)2018年全年碳酸鋰產(chǎn)量約11 000 t，凈利潤在3億元以上。

文章結(jié)合我國碳酸鋰的生產(chǎn)情況，介紹當(dāng)前國內(nèi)碳酸鋰生產(chǎn)的基本工藝和經(jīng)濟效益。隨著人們對環(huán)境保護(hù)的迫切希望和新能源汽車消費的崛起，可以預(yù)測碳酸鋰[7]還具有巨大的市場潛力可挖掘。改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高碳酸鋰產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)鋰電新能源的發(fā)展是我國工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的又一重要命題。