当前,新能源产业高速发展,尤其是全球新能源汽车市场持续扩张,推动锂需求量保持增量发展。锂矿资源作为金属矿产资源之一,全球锂资源主要存在于盐湖卤水和矿石中,根据数据显示,目前全球已探明的锂资源储量大约为9800万吨,分布形式多样、范围广泛,除锂矿外,海水、盐湖中也储存有大量的锂资源。
目前,主要提锂技术为盐湖(卤水)提锂和矿石提锂两种,盐湖提锂法品质较低,规模扩张需要采卤量很大,需要的装置建设成本也较高;卤水提锂则主要受制于盐湖品位、卤水量和方法制约,而电化学脱嵌技术的提出为提锂产业提供了一条效率更高的解决方案。
行业技术升级 电化学脱嵌助力提锂产业发展
盐湖提锂通过从含锂盐湖中提取锂资源,其成本较低、资源丰富的特点使得其在锂产业中占有重要地位。“电化学脱嵌”的概念始于锂离子电池,是指锂在电极上不断充电放电过程中从电极中脱出的过程。锂离子电池在充放电过程中,即是锂离子的嵌入和脱嵌过程。而在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。
在对电池进行充电时,电池的正极上会有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。负极的碳呈层状结构,其表面一般具有大量微孔,当锂电子达到负极时即会嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样的,当电池进行放电时,嵌在负极碳层中的锂离子脱出,而锂离子从电极中脱出进入溶液的过程即被称作脱嵌。
电化学脱嵌作为用来进行盐湖提锂是目前盐湖提锂领域的一个新型开创性方法,其应用思路是利用水溶液锂电池脱嵌的反向工作原理,将溶液中的锂离子嵌在阴极材料中再进行后续处理,采用对锂离子具有“记忆效应”的脱锂电池正极材料为电极材料,盐湖卤水为阴极电解液,不含镁的支持电解质为阳极电解液,最终行程一个“富锂态吸附材料│支持电解质│阴离子膜│卤水│欠锂态吸附材料”的电化学脱嵌体系。
在电解过程中,阴极的电子发生还原反应,使得盐湖卤水中锂离子嵌入阴极材料中,进而实现分离,再通过后续的处理分离操作,最终实现高效提锂的实际效果。
中国有色金属工业协会组织的专家委员会经过鉴定,电化学脱嵌提锂技术相较于产业传统技术能够有效处理高镁锂比盐湖卤水、提高了30%-50%的锂综合回收率、扩展了可处理的卤水品位,在操作上简单环保、提锂装置模块化、智能化,可组建不同规模的生产线,能够快速投入生产。
技术可行性获国内外验证 盐湖提锂技术新时代已至
我国已探明的锂资源主要分布在 青海、西藏、湖北和四川等,其中盐湖资源约占全国总储量的82%,矿石资源约占18%,而含锂盐湖主要分布在青海、西藏和湖北等地。随着国内新能源汽车行业市场快速发展,对锂资源的需求量日益增大,国内矿石锂和盐湖提锂难以满足市场需求。数据显示,国内80%以上的锂资源来自于盐湖,但因锂含量地、杂质较多而难以实现分离提取,加之国内盐湖分布地区自然环境较为恶劣、交通运输不便,一定程度上限制了国内扩产速度。
电化学脱嵌提锂技术能够适用于低品位、复杂盐湖卤水体系,对于原材料有较强的适应能力,提锂装置模块化、提锂效率高以及成本低的特点将为企业带来极大便利。目前,金圆股份作为国内首家实施电化学脱嵌法盐湖提锂的公司,已于西藏捌千错盐湖卤水提锂产业化试验,建立起了年产 2000t 级碳酸锂生产线并完成调试,最终实现了生产出合格碳酸锂产品。
国际市场上,电化学脱嵌提锂技术同样得到验证应用,西藏珠峰安赫莱斯盐湖、阿里扎罗盐湖项目中将应用电化学脱嵌法移动式提锂方舱,预计将在当地多个盐湖及同一盐湖不同采卤区域之间进行全方位的中试工作,目前已启程发往阿根廷,这也标志着电化学脱嵌法在海外盐湖应用取得新的突破。
当下,盐湖提锂规模化建设正在国际国内市场紧锣密鼓地进行,国内的设备法盐湖提锂工艺供应商仍在努力抢夺海内外市场。依托于企业多年累积的丰富项目经验和持续技术更新迭代的终端产品,中国企业在设备法盐湖提锂领域走在全球前沿,未来在全球市场竞争中,也将有越来越多的国内企业参与其中,持续完善迭代产业技术,打开新的市场空间。