吳西順 ，王登紅 ，楊添天 ，姚翔 ，張惠 ，邵明娟 ，張煒 ，劉丹

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)際礦業(yè)研究中心，北京 100037；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地學(xué)文獻(xiàn)中心，中國(guó)地質(zhì)圖書(shū)館，北京 100083；3.自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；4.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176；5.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東 廣州 510075）

全球氣候變暖，極端天氣增多，主要原因是工業(yè)革命以來(lái)人類(lèi)活動(dòng)破壞了地球自身平衡。聯(lián)合國(guó)數(shù)據(jù)顯示，大氣中CO2的濃度由1750 年的280×10-6增長(zhǎng)到2019 年的(409.9±0.3)×10-6[1],突破了原有自然變化區(qū)間,成為引發(fā)全球氣候變暖的主要原因。工業(yè)革命后,人類(lèi)行為成為地球溫室氣體最主要的來(lái)源，其中3 個(gè)主要CO2源是:化石燃料燃燒、工業(yè)過(guò)程和土地利用變化[2]。因此，碳達(dá)峰與碳中和成為世界氣候大會(huì)的最重要課題，各國(guó)均應(yīng)積極應(yīng)對(duì)采取措施。李采等（2021）提出基于“ 減碳”“ 增匯”“ 封存”的地質(zhì)解決路徑有助于實(shí)現(xiàn)各國(guó)“雙碳”目標(biāo)[3]。在這些宏觀(guān)目標(biāo)和具體路徑的實(shí)現(xiàn)上，鋰礦資源將發(fā)揮多方面軍的巨大基礎(chǔ)和先導(dǎo)作用。

1 鋰在儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)⑼苿?dòng)低碳社會(huì)建設(shè)

眾所周知，新能源汽車(chē)等低碳環(huán)保產(chǎn)品本身具有替代化石燃料的巨大減碳價(jià)值而備受推崇，并由此強(qiáng)勁拉動(dòng)鋰鈷鎳等戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬的巨大需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛普通的電動(dòng)汽車(chē)電池板需要約8 kg 的鋰、35 kg 的鎳、20 kg 的錳和14 kg 的鈷。除了鋰離子電池，電池制造商麻省固能（SES）公司還開(kāi)發(fā)出世界最大鋰金屬電池，陰極、陽(yáng)極和電解液都使用鋰元素而大大改善電池性能，并有望在2025 年前商業(yè)化應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)從而也大大強(qiáng)化了鋰需求容量[4]。特斯拉公司正在通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能屋頂電池板以及家庭企業(yè)的綜合可再生能源解決方案，鼓勵(lì)網(wǎng)絡(luò)家庭用戶(hù)利用VTOG（雙向逆變充放電技術(shù)）將多余電量銷(xiāo)售匯集到公司進(jìn)行儲(chǔ)能而加速世界向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)變。蘋(píng)果、谷歌也都在經(jīng)營(yíng)太陽(yáng)能、風(fēng)能、水電等“綠電”的網(wǎng)絡(luò)匯集與銷(xiāo)售。一旦清潔電能存儲(chǔ)普及化全球，世界低碳社會(huì)即為期不遠(yuǎn)。這一切都以?xún)?chǔ)能技術(shù)為基礎(chǔ)，而其中“能源金屬”鋰將占很大的市場(chǎng)比重。鑒于此，鋰礦全產(chǎn)業(yè)鏈的政策與技術(shù)優(yōu)化，對(duì)于應(yīng)對(duì)全球氣候變暖和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重大歷史和現(xiàn)實(shí)意義。

用低碳技術(shù)取代化石燃料需要將可再生能源投資增加8 倍，并導(dǎo)致對(duì)金屬的需求大幅增加。許多國(guó)家都設(shè)定了“脫碳”和“減碳”目標(biāo)，在此背景下，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)電池金屬特別是鋰的需求正加速增長(zhǎng)。2015 年前后，充電電池市場(chǎng)就成為了全球鋰需求增長(zhǎng)的主要推動(dòng)力?？沙潆婋姵氐闹匾K端市場(chǎng)包括電動(dòng)汽車(chē)、便攜式電子、電動(dòng)自行車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）等多種產(chǎn)品，其中電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)是主要的需求增長(zhǎng)點(diǎn)。到2020 年，可充電池占鋰總需求的65%，預(yù)計(jì)到2025 年這一比例將超過(guò)80%。2020 年，電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)占鋰離子電池需求的70%以上，預(yù)計(jì)到2031 年，這兩個(gè)領(lǐng)域的鋰用量比重將持續(xù)增加（圖1）[4]。由此可見(jiàn)，綠色環(huán)保鋰供應(yīng)鏈的發(fā)展將影響到所有下游消費(fèi)端，包括汽車(chē)、陶瓷、玻璃和建筑行業(yè)的應(yīng)用。

圖1 充電電池鋰市場(chǎng)細(xì)分趨勢(shì)Fig.1 Rechargeable battery lithium market segmentation trend chart

2 鋰在新核能領(lǐng)域?qū)⒋蠓女惒?/h2>

“可控核聚變”作為全世界僅次于國(guó)際空間站的第二大國(guó)際合作大計(jì)劃項(xiàng)目，將為新核能的應(yīng)用開(kāi)拓道路。據(jù)研究，1 g 鋰放出的有效能量最高達(dá)8500～72000 kw/h，比普通核能235U 裂變所產(chǎn)生的能量大8 倍，相當(dāng)于3.7 t 標(biāo)準(zhǔn)煤[5-6]，而且是“零碳”排放。將來(lái)可控核聚變技術(shù)一旦成熟和商業(yè)化，新核能氫聚變大量代替燃燒煤，中國(guó)的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題將會(huì)得到極大的改觀(guān)。我國(guó)是國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃的成員，超導(dǎo)托卡馬克裝置“東方超環(huán)（EAST）”2006 年以來(lái)多次取得突破，全球首次實(shí)現(xiàn)了101 s 穩(wěn)態(tài)高約束運(yùn)行模式，相當(dāng)于穩(wěn)定地“燃燒”了上百秒，向“人造太陽(yáng)”工程更進(jìn)了一步，標(biāo)志著人類(lèi)離實(shí)現(xiàn)可控核聚變的夢(mèng)想越來(lái)越近。目前的“聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施”（CRAFT）將成為國(guó)際磁約束聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究平臺(tái)。中國(guó)磁約束核聚變研究的最終目標(biāo)就是要率先在中國(guó)實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電。這都與6Li 同位素密切相關(guān)。

川西鋰礦國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略基地蘊(yùn)藏著極為豐富的6Li 重要戰(zhàn)略資源[7-8]。而據(jù)研究，由于6Li 相對(duì)7Li旋磁比和同核偶極相互作用低得多,具有較高分辨率,對(duì)于強(qiáng)超精細(xì)相互作用樣品往往通過(guò)6Li NMR可獲得較好的分辨率[9]。6Li 同位素通過(guò)核磁等先進(jìn)傳感器即可以在探采過(guò)程的早期就予以分辨、識(shí)別并分離出來(lái)。與液體NMR 相比,固體NMR中具有很強(qiáng)的偶極相互作用、化學(xué)位移各向異性相互作用和核四極矩作用而導(dǎo)致譜峰寬化,而通過(guò)高轉(zhuǎn)速魔角旋轉(zhuǎn)(MAS)方法可完全消除或部分消除這些相互作用,提高譜圖分辨率,獲得高分辨核磁共振譜[10-11]。在鋰離子電池材料的NMR 研究中,一般采用Li 核(7Li 和6Li)作為探針表征其中的結(jié)構(gòu)變化。6Li (I=1)相對(duì)7Li(I=3/2)具有較低的自然豐度和旋磁比，6Li NMR 核磁譜線(xiàn)有較高的分辨率，只是靈敏度低很多。雖然在抗磁性材料中，6,7Li 化學(xué)位移區(qū)間非常小而難以分辨不同環(huán)境的共振信號(hào)，但幸運(yùn)的是大部分鋰離子電池正極材料含有順磁性的過(guò)渡金屬離子，負(fù)極材料具有導(dǎo)電性，使得6,7Li 核磁共振信號(hào)受到未成對(duì)電子也就是費(fèi)米接觸作用的影響產(chǎn)生費(fèi)米接觸位移或者受導(dǎo)電電子的影響產(chǎn)生 Knight 位移[12-14]而偏離0，與抗磁性環(huán)境相區(qū)別。因此，我們可以通過(guò)6，7Li NMR 譜來(lái)研究和識(shí)別鋰元素在固體材料的局域結(jié)構(gòu)。我國(guó)已經(jīng)采用非原位固體MAS NMR 來(lái)研究鋰離子而獲得高分辨 NMR 譜圖，并用于電池材料的充放電機(jī)理研究，但是在礦業(yè)行業(yè)采選礦環(huán)節(jié)并未開(kāi)展相應(yīng)應(yīng)用研究。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家正在大量測(cè)試MR 選礦技術(shù)，也并未用于鋰礦行業(yè)，因此我國(guó)應(yīng)盡快加強(qiáng)這一方面的研究。如能繼續(xù)完善成熟則有望實(shí)現(xiàn)鋰同位素的識(shí)別與分離從而為可控核聚變這一終極能源發(fā)展上貢獻(xiàn)力量，并形成超越西方發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)。

3 技術(shù)創(chuàng)新和非常規(guī)資源利于碳排放強(qiáng)度降低

綠色鋰供應(yīng)鏈非常重要。目前，不同來(lái)源渠道的鋰產(chǎn)品所含二氧化碳排放強(qiáng)度差異較大（見(jiàn)圖2），鹵水生產(chǎn)商的排放強(qiáng)度最低[4]。鋰輝石生產(chǎn)鋰鹽時(shí)，二氧化碳排放強(qiáng)度較高，究其原因是鋰鹽企業(yè)加工鋰輝石的冶煉過(guò)程中主要電力來(lái)自燃料煤，而鹵水生產(chǎn)商則以天然氣和柴油為主要能源。因此，雖然目前鋰行業(yè)已經(jīng)在努力降低產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放強(qiáng)度，但到2030 年鋰生產(chǎn)過(guò)程中的二氧化碳排放量預(yù)計(jì)仍將增加約5 倍至1000 萬(wàn)t（范圍1 和 2）。但據(jù)國(guó)際能源署2050 年凈零排放路線(xiàn)圖，可再生能源的電力份額將從目前的10%左右上升到60%，這得益于太陽(yáng)能、風(fēng)能和水電；而化石燃料將相應(yīng)地從近80%減少到20%左右。目前看來(lái)，隨著下游市場(chǎng)對(duì)其供應(yīng)鏈的可持續(xù)性關(guān)注度越來(lái)越高，鋰生產(chǎn)商的排放足跡在未來(lái)幾年將受到更嚴(yán)格的審查。由于歐盟將對(duì)進(jìn)口電池實(shí)行排放限制，中國(guó)政府也將對(duì)二氧化碳排放實(shí)施更嚴(yán)格的監(jiān)管，能源金屬鋰產(chǎn)品的生產(chǎn)預(yù)計(jì)將進(jìn)行較大的調(diào)整和洗牌。而在這個(gè)過(guò)程中，技術(shù)創(chuàng)新將愈加重要，企業(yè)可以通過(guò)開(kāi)采技術(shù)的創(chuàng)新來(lái)擴(kuò)大儲(chǔ)量，而進(jìn)一步的勘探工作可能會(huì)增加未來(lái)的金屬供應(yīng)，以滿(mǎn)足未來(lái)的需求。

圖2 硬巖鋰和鹽湖鋰產(chǎn)業(yè)的碳排放強(qiáng)度對(duì)比Fig.2 Comparison of carbon emission intensity between hard rock lithium and salt lake lithium industries

由于鋰礦行業(yè)的快速發(fā)展以及全球氣候變化和生態(tài)保護(hù)的推行，鋰礦采選冶領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新近幾年涌現(xiàn)了很多，例如非常規(guī)的鋰云母的濕法提取技術(shù)、鋰礦石的預(yù)富集技術(shù)、低能耗鋰輝石浸提技術(shù)，其中有一些甚至是顛覆性技術(shù)[15-16]，如MR 核磁預(yù)富集選礦法等。雖然近期我國(guó)一些智能選礦技術(shù)發(fā)展較快，能大大提高效率，減少排放和降低成本，但是引領(lǐng)這些技術(shù)創(chuàng)新的仍主要分布在西方發(fā)達(dá)的國(guó)家，而且這些創(chuàng)新都有相應(yīng)的專(zhuān)利保護(hù)，在不同程度上存在“卡脖子”的問(wèn)題。因此，在碳中和目標(biāo)的推動(dòng)下，我國(guó)企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)R&D 力度包括人員和經(jīng)費(fèi)，建立技術(shù)聯(lián)盟避免重復(fù)建設(shè)和加快技術(shù)進(jìn)步，盡快實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)質(zhì)性突破創(chuàng)新。

據(jù)作者調(diào)查，國(guó)內(nèi)對(duì)于鋰云母的提煉仍主要是火法煅燒提取的技術(shù)（如贛鋒鋰業(yè)），相比之下國(guó)外則在積極發(fā)展和應(yīng)用濕法提鋰技術(shù)并形成了商業(yè)化專(zhuān)利技術(shù)。例如，澳洲鋰業(yè)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了兩種專(zhuān)門(mén)工藝，無(wú)需焙燒即可從硅酸鹽中回收鋰。這兩項(xiàng)技術(shù)都有潛力成為不僅提供一種低能耗的生產(chǎn)鋰產(chǎn)品的方法，而且還可以利用原本不會(huì)被利用的廢料來(lái)革新鋰的生產(chǎn)工藝。其中，SiLeach?（見(jiàn)圖3）無(wú)需烘烤即可處理鋰云母（低能耗）從而生產(chǎn)鋰化學(xué)品以及一系列有價(jià)值的副產(chǎn)物，其中包括堿金屬鹽、二氧化硅（作為無(wú)定形固體或硅酸鈉），最重要的是硫酸鹽鉀肥（SOP），一種常用的肥料。該技術(shù)已在澳大利亞新南威爾士州盧卡斯高地的澳大利亞核科學(xué)技術(shù)組織（ANSTO）設(shè)備中進(jìn)行了廣泛的試點(diǎn)測(cè)試。2018 年，第二代技術(shù)的中試工廠(chǎng)使用的是從西澳大利亞州卡爾古利（Kalgoorlie）地區(qū)的礦山廢料中回收的廢料作為生產(chǎn)線(xiàn)輸入端的原材料。盡管SiLeach?可以生產(chǎn)碳酸鋰作為主要產(chǎn)品，但生產(chǎn)的磷酸鋰已成為首選的化學(xué)產(chǎn)品，因?yàn)楣に嚄l件得到了改善，最終產(chǎn)品中雜質(zhì)含量較低。而且，磷酸鋰與VSPC 的陰極粉末生產(chǎn)技術(shù)相兼容。此外，當(dāng)將磷酸鋰用于生產(chǎn)LFP 陰極粉末時(shí)，不需要使用更昂貴的氫氧化鋰作為原料。第二代中試工廠(chǎng)在2019 年又升級(jí)為第三代版本。第三代技術(shù)將持續(xù)融合所有的工藝步驟，還將包括拋光步驟以進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。最終產(chǎn)品將再次通過(guò)VSPC 澳大利亞工廠(chǎng)生產(chǎn)的LFP 鋰離子電池進(jìn)行測(cè)試。

圖3 SiLeach? 工藝流程Fig.3 Process diagram of SiLeach

鋰輝石的傳統(tǒng)回收鋰過(guò)程也面臨著技術(shù)革新，一般“選冶”過(guò)程（需要焙燒以實(shí)現(xiàn)從α 相態(tài)到β 相態(tài)鋰輝石的相變，酸烘烤和水浸）是高耗能的，并且會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸鈉。實(shí)際上，處置后者可能是該過(guò)程任何涉及面廣泛的致命弱點(diǎn)。焙燒在帶有逆流氣流的回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，該過(guò)程對(duì)進(jìn)料粒度非常敏感。這種敏感性導(dǎo)致商業(yè)鋰輝石產(chǎn)品具有相對(duì)較大的粒徑。在鋰輝石濃縮過(guò)程中，過(guò)小的顆粒會(huì)流失到尾礦中去，因?yàn)樗鼈儾贿m合焙燒。結(jié)果，硬巖鋰輝石生產(chǎn)的大多數(shù)回收率低于70%鋰，通常低至50%。因此，常規(guī)冶煉過(guò)程的主要限制因素是：（1）碳酸鋰/氫氧化鋰的生產(chǎn)過(guò)程中不可避免產(chǎn)生副產(chǎn)物問(wèn)題；（2）細(xì)粒的鋰輝石精礦由于無(wú)法處理而導(dǎo)致資源利用不佳。國(guó)外新開(kāi)發(fā)的LieNA?是一種苛性堿轉(zhuǎn)化工藝，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于從鋰輝石中回收鋰而無(wú)需進(jìn)行焙燒，故低耗能。該技術(shù)涉及在苛性堿溶液中在高溫度下發(fā)生相變，其方式類(lèi)似于從α 相到β 相鋰輝石晶型的常規(guī)轉(zhuǎn)化，但是在LieNA?相變過(guò)程中產(chǎn)生的固體產(chǎn)物易于浸出。此外，這項(xiàng)新工藝中使用的許多試劑（苛性鈉）都是可回收的。概括地說(shuō)，與當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)和競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)相比，新LieNA?的優(yōu)勢(shì)在于：（1）降低能耗；（2）占地面積較??；（3）適用于精細(xì)進(jìn)料；（4）產(chǎn)生的硫酸鈉副產(chǎn)物量最少；（5）許多關(guān)鍵加工試劑能被回收。ANSTO 公司已對(duì)該工藝進(jìn)行了規(guī)模性生產(chǎn)評(píng)估，后續(xù)測(cè)試和改進(jìn)也在進(jìn)行中。

4 先進(jìn)傳感和顛覆性技術(shù)將大幅減少碳蹤跡和環(huán)境壓力

由于先進(jìn)傳感器技術(shù)能夠盡早提前拋廢提純，能大大減少能耗，大幅度減少碳蹤跡和環(huán)境壓力[17]，因此鋰礦的探采選冶有壓力也有動(dòng)力采用先進(jìn)傳感技術(shù)，來(lái)優(yōu)化流程以促進(jìn)行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[18]。作者經(jīng)過(guò)專(zhuān)利、論文、報(bào)告、訪(fǎng)談、考察、網(wǎng)絡(luò)、微信、媒體等多源跨系統(tǒng)性綜合分析研究，精選出對(duì)于鋰礦產(chǎn)業(yè)具有顛覆性創(chuàng)新特點(diǎn)的核磁探測(cè)技術(shù)并簡(jiǎn)要闡述其技術(shù)特征和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)[15-16]。

磁共振（MR）屬于一種先進(jìn)的穿透力強(qiáng)的傳感技術(shù)，已被業(yè)界認(rèn)為是顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。極快速、極準(zhǔn)確的磁共振（MR）技術(shù)雖然在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較廣，在電池分析方面也有研究成果，但是將核磁共振應(yīng)用到采選礦等礦業(yè)領(lǐng)域仍然是相對(duì)較少。然而，一旦推廣應(yīng)用起來(lái)，必將對(duì)探采選冶各領(lǐng)域帶來(lái)一系列革命性的變化，同時(shí)也能夠更加準(zhǔn)確的分離不同的同位素種類(lèi)，其中鋰同位素可以應(yīng)用于未來(lái)的商業(yè)可控核聚變。這些都可以在核磁共振的礦業(yè)應(yīng)用中一步步得以實(shí)現(xiàn)。

目前礦業(yè)MR 磁共振技術(shù)由澳大利亞的工業(yè)研究組織CSIRO 開(kāi)發(fā)的，并且僅由NextOre 公司提供。該公司目前提供根據(jù)硫化銅礦物校準(zhǔn)的帶式分揀系統(tǒng)，鐵礦石、黃金和其他一系列分揀系統(tǒng)也即將推出。MR 傳感器可以加裝到單班標(biāo)準(zhǔn)輸送機(jī)上，傳感器的安裝和使用也不復(fù)雜。MR 可穿透礦石數(shù)十厘米的厚度，因此該方法可用于大體積的巖石、泥漿或濃縮粉，且樣品無(wú)需任何前置處理。而且該類(lèi)設(shè)備不需要進(jìn)行表面清潔、嚴(yán)格的物料尺寸分布或預(yù)混合處理，即可獲得可靠的測(cè)量結(jié)果。此外，MR 測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確，無(wú)需進(jìn)行校準(zhǔn)工作——MR 分析儀在出廠(chǎng)時(shí)已對(duì)相關(guān)礦物進(jìn)行過(guò)校準(zhǔn)，并且無(wú)論主體礦石或其他礦物的存在形式如何，都不需要重新校準(zhǔn)。

作為一種新的顛覆性技術(shù)，磁共振（MR）分選可以直接檢測(cè)一定體積的礦石中是否有目標(biāo)礦物的存在。MR 傳感器穿透能力強(qiáng)，可以測(cè)量滿(mǎn)載輸送帶上或堆積在卡車(chē)中的大體積物料，因此非常適用于塊狀礦石的分揀。MR 的測(cè)量時(shí)間非常短，這意味著可以測(cè)量體積較小的礦石，并且可以為塊狀礦石分揀提供更高的分辨率。

MR 是射頻（RF）光譜的一種形式，可用于定量檢測(cè)目標(biāo)礦石中的礦物含量。在MR 技術(shù)中，每種礦物在特定的射頻下都有特定的共振或響應(yīng)。這種共振具有很高的區(qū)分度，因?yàn)橐环N共振與其他礦物的共振重疊很少。因此，該方法需要調(diào)整頻率以針對(duì)一種或多種有價(jià)值的特定礦物開(kāi)展檢測(cè)。射頻場(chǎng)脈沖通過(guò)非接觸式傳感器照射到礦石物料流上。磁場(chǎng)設(shè)置到特定礦物的共振頻率。隨后在傳感器中以回波的形式檢測(cè)到射頻響應(yīng)。由于不同礦物共振相互區(qū)分，回波的強(qiáng)弱與所含目標(biāo)礦物的數(shù)量成正比。

MR 的檢測(cè)速度和準(zhǔn)確性?xún)?yōu)于其他批量檢測(cè)技術(shù)，從而在集約的分選設(shè)備中實(shí)現(xiàn)了最大可實(shí)現(xiàn)的分辨率，提升了礦石品位。MR 技術(shù)已在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到驗(yàn)證，可在2 s 的測(cè)量間隔內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)±0.023%的銅傳感分辨率。但是，由于MR 傳感器測(cè)量的是特定礦物（而不是元素），因此該技術(shù)可能不適用于所有礦石，并且選礦廠(chǎng)必須確保處理的礦石合適進(jìn)行檢測(cè)。不同礦石對(duì)使用MR 測(cè)量的敏感性也有所不同。前文已述及，MR 技術(shù)對(duì)鋰礦的探測(cè)效果良好，潛力巨大，且影響深遠(yuǎn)。

5 鹵水提鋰技術(shù)革新將減少耗能和資源占用

目前，鹽湖提鋰的占地面積大，用水量也很大，鹵水提鋰技術(shù)研發(fā)正處于大規(guī)模大幅度革新的前夜。一旦納米埃米級(jí)離子過(guò)濾膜等技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化的突破，鹽湖提鋰行業(yè)的耗能將大大減少，甚至走向完全綠色型礦山，對(duì)于土地、水資源的占用也將大幅度減少[19]。對(duì)于上游開(kāi)發(fā)者和下游采購(gòu)企業(yè)而言，隨著ESG 重要性日益提高，理解鋰鹽企業(yè)（尤其是水資源高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的鋰鹽企業(yè)）的耗水量非常重要。然而，水和鹵水用量只是冰山一角，更重要的是要了解水（和鹵水）消耗將對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)圈和社區(qū)的影響。表1 的研究結(jié)果突顯了鹵水提鋰生產(chǎn)商所面臨的可持續(xù)性問(wèn)題。

表1 不同來(lái)源鋰產(chǎn)品的溫室氣體排放、能耗和水耗比較[20]Table 1 Comparison of greenhouse gas emissions,energy consumption and water consumption of lithium products from different sources

迄今為止鹵水提鋰，也不限于鹽湖，還包括海水、地?zé)猁u水等，研究最多的方法是沉淀、離子交換吸附、膜分離（納米級(jí)過(guò)濾）、電化學(xué)方法和液-液萃取等。沉淀法僅適用于鋰離子濃度較高的鹵水（如Li+濃度在6,000 mg/L 左右的湖鹵水）。吸附法的穩(wěn)定性和選擇性仍然較低，不足以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。膜分離技術(shù)，它適用于離子濃度非常低的溶液，例如從海水中提取鋰離子。從耗能角度來(lái)看，電膜工藝仍然是能源密集型。2021 年的鹵水提鋰新進(jìn)展包括沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）在《英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)有關(guān)海水提鋰的研究，其結(jié)果表明小規(guī)模實(shí)驗(yàn)的海水提鋰具備經(jīng)濟(jì)可行性。采用鋰濃度0.2 mg/L 的紅海海水為原始原料，經(jīng)過(guò)五步處理后最終生成了濃度9,000 mg/L（鋰濃度0.9%）的溶液。最后，研究人員從鹵水中直接析出了純度99.94%的磷酸鋰。該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出的主產(chǎn)品和副產(chǎn)品的綜合價(jià)值超過(guò)了實(shí)驗(yàn)?zāi)芎腫21]。然而，實(shí)驗(yàn)中采用的電泵膜直徑小于20 mm，厚度小于55 μm，這種膜易碎，而要實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)就必須擴(kuò)大電泵膜的面積，這對(duì)于商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)而言是一項(xiàng)必須克服的難題。新萃取方法也在快速發(fā)展，其中液-液萃取技術(shù)具有成本低、效率高、易于推廣、設(shè)備要求簡(jiǎn)單和萃取劑可回收等優(yōu)點(diǎn)。一般萃取機(jī)制依賴(lài)于離子交換，反應(yīng)是通過(guò)與離子液體的陽(yáng)離子對(duì)應(yīng)物交換 Li+而發(fā)生，涉及萃取劑的損失。因而與有機(jī)溶劑相比，成本較貴且粘度高。但新萃取方法，鍵合機(jī)制以靜電相互作用為主，在納米尺度上形成空腔，當(dāng)其尺寸和陽(yáng)離子尺寸相似時(shí)，可以形成具有最佳穩(wěn)定性的化合物，通常加入共萃取劑以提高萃取效率和Li+選擇性。鹵水提鋰技術(shù)目前仍然處于大規(guī)模革新的前夜。

6 當(dāng)前問(wèn)題與挑戰(zhàn)

當(dāng)前最大的問(wèn)題是技術(shù)壟斷。國(guó)際間的技術(shù)壟斷不利于全球共同減排。鋰礦開(kāi)發(fā)新技術(shù)的國(guó)際壟斷同樣不利于新能源礦產(chǎn)自身的綠色礦山建設(shè)，這包括國(guó)際上的環(huán)保型鋰輝石濕法提取技術(shù)專(zhuān)利、鋰云母等非常規(guī)鋰礦新技術(shù)專(zhuān)利等。先進(jìn)傳感器特別是核磁技術(shù)選礦等顛覆性、革命性創(chuàng)新更是意義深遠(yuǎn)。如果西方發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷這類(lèi)先進(jìn)開(kāi)發(fā)技術(shù)，而大部分資源是分布于不發(fā)達(dá)的發(fā)展中國(guó)家，在制度上非常不利于新能源整個(gè)行業(yè)的自身減排和綠色生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。例如，碳排放大國(guó)印度也在躍躍欲試大范圍鋰礦開(kāi)發(fā)，印度地質(zhì)調(diào)查局以及印度原子能部（DAE）下屬的原子能礦產(chǎn)勘查與研究局（AMDER）在2016～2017年及2020～2021 年野外工作計(jì)劃開(kāi)展期間分別在比哈爾邦、恰蒂斯加爾邦、喜馬偕爾邦、克什米爾地區(qū)、恰爾肯德邦、中央邦、梅加拉亞邦、卡納塔克邦和拉賈斯坦邦開(kāi)展了14 個(gè)鋰礦等礦物的勘查項(xiàng)目。沿著Jodhpur 和Barmer 地區(qū)的Saraswati河的古河道進(jìn)行了勘查工作，目的是圈定出與鹵水相關(guān)的鋰礦化體。原子能礦產(chǎn)勘探與研究局開(kāi)展的地表和較淺深度勘查工作的初步調(diào)查結(jié)果顯示，卡納塔克邦Mandya 的Marlagalla-Allapatna 中發(fā)育的偉晶巖內(nèi)賦存的推斷鋰礦資源量為1600噸。在印度礦產(chǎn)資源部的支持下，3 家中央國(guó)有企業(yè)（CSPE）聯(lián)合成立了一家名為Khanij Bidesh India 公司（KABIL）的合資企業(yè)，目的是收購(gòu)海外礦產(chǎn)資源類(lèi)資產(chǎn)。如果采用的是落后開(kāi)發(fā)技術(shù)，也是不利于全面應(yīng)對(duì)氣候變暖。

“清潔電力”是一個(gè)基礎(chǔ)性問(wèn)題。雖然電力作為基礎(chǔ)設(shè)施之一是潔凈能源，但電力的來(lái)源是新能源汽車(chē)和鋰礦項(xiàng)目綠色評(píng)價(jià)的難點(diǎn)之一，有些發(fā)電方式例如煤炭發(fā)電在一些國(guó)家就是高污染行業(yè)。例如歐洲重要鋰礦資源地塞爾維亞，近幾十年來(lái)的煤電站對(duì)河流和空氣造成不同程度污染，而面臨諸多環(huán)境問(wèn)題。2021 年9 月11 日的周六，數(shù)千名抗議者涌入貝爾格萊德要求停止開(kāi)發(fā)世界著名的Jadar 鋰項(xiàng)目（目前該項(xiàng)目由力拓負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)）?？棺h者要求解決國(guó)家所面臨的污染問(wèn)題，呼吁國(guó)家加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管。力拓承諾投資24 億美元開(kāi)發(fā)的Jadar 鋰項(xiàng)目，雖然主要生產(chǎn)碳酸鋰用以滿(mǎn)足新能源電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的需求增長(zhǎng)，但由于當(dāng)?shù)卮笠?guī)模環(huán)境主義抗議即將泡湯?？梢?jiàn)，一些政治、社會(huì)和環(huán)境的因素，都可能造成鋰礦開(kāi)發(fā)的停滯，但其根本原因在于產(chǎn)業(yè)自身的清潔度不夠，不是完全的綠色意義。

7 未來(lái)與展望

鋰礦無(wú)疑在當(dāng)今和未來(lái)的新能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，鑒于碳中和目標(biāo)的緊迫性，世界各國(guó)主流機(jī)構(gòu)都在加緊研究綠色減碳計(jì)劃和實(shí)現(xiàn)路徑。礦石鋰礦和鹵水包括但不限于鹽湖等多元化的鋰礦資源正在銳意推進(jìn)綠色開(kāi)發(fā)和利用。人工智能、先進(jìn)傳感器以及一些顛覆性技術(shù)會(huì)越來(lái)越多地出現(xiàn)在鋰礦資源的開(kāi)發(fā)利用中。顛覆性創(chuàng)新被視為產(chǎn)業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)的重要突破口，顛覆性技術(shù)創(chuàng)新不僅僅是產(chǎn)業(yè)的革新，還可以引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)的浪潮。在全球經(jīng)濟(jì)一體化的風(fēng)潮下，顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的作用凸顯，新興產(chǎn)業(yè)、新興生態(tài)鏈、新興模式等在進(jìn)一步地刺激著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。然而，顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的創(chuàng)新途徑是別樣的，不同于主流市場(chǎng)[22]。中國(guó)在顛覆性創(chuàng)新環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，究其原因是缺乏相應(yīng)的技術(shù)人才培育和市場(chǎng)孕育機(jī)制。在創(chuàng)新技術(shù)特別是革新性、顛覆性技術(shù)的創(chuàng)新過(guò)程中，技術(shù)、市場(chǎng)、市場(chǎng)擴(kuò)張等會(huì)隨著技術(shù)的逐步成熟而一步步地構(gòu)建自 身的生態(tài)鏈。

縱觀(guān)全球鋰礦及其他新興產(chǎn)業(yè)，鋰行業(yè)供應(yīng)鏈目前正處于戰(zhàn)略重塑和技術(shù)創(chuàng)新的巔峰。其行業(yè)小生境的發(fā)展進(jìn)步也要更好的突破自身的限制，從而加速技術(shù)與市場(chǎng)之間的融合集成，最終完成顛覆性創(chuàng)新技術(shù)的逐步成長(zhǎng)以及市場(chǎng)的對(duì)應(yīng)擴(kuò)張。當(dāng)然，這其中供應(yīng)鏈主要是從風(fēng)險(xiǎn)和安全角度考慮，而價(jià)值鏈則主要從價(jià)值創(chuàng)造的商業(yè)角度考慮，各有側(cè)重，互有補(bǔ)益。但在當(dāng)今全球環(huán)境下，供應(yīng)鏈?zhǔn)腔A(chǔ)，是第一位的。中國(guó)具有深遠(yuǎn)的世界市場(chǎng)影響力，中國(guó)政府的碳中和目標(biāo)具有世界標(biāo)志性，中國(guó)企業(yè)在人工智能、先進(jìn)傳感技術(shù)以及新技術(shù)革命中也已經(jīng)嶄露頭角，在中國(guó)技術(shù)力量的積極參與和開(kāi)拓下有希望打破先進(jìn)技術(shù)的國(guó)際壟斷而令世界改觀(guān)，從而更廣泛地改善全球氣候問(wèn)題和居住環(huán)境。