国际锂矿开发的技术现状革新及展望

锂是世界上最轻的金属，不但在新能源和储能领域如电动汽车、船舶和笔记本电脑的锂离子电池(LIB)中是重要材料，还是未来可控核聚变“人造太阳”的重要原料，1 g 锂放出的有效能量最高比铀裂变能量大8 倍，相当于3.7 t 标准煤。在制造业中被制成轻质合金用于各种航天器、硬盘驱动器（HDD）玻璃、耐热玻璃添加剂、空调制冷除湿系统、润滑剂等，还在医药领域用于治疗抑郁症、阿兹海默症等精神疾病[1-4]。

锂资源的赋存状态直接决定了提取技术的难易和复杂程度，反之锂提取技术的发展也影响锂储量和资源量评估。2020 年，美国地质调查局采用多重标准发布了世界范围内的探明锂资源量修改为约8000万t。其中，美国的锂资源量（包括盐湖卤水、地热卤水、锂蒙脱石、油田卤水和伟晶岩）为680万t [5]，其他国家的锂资源修订为7300 万t，按降序排列分别为：玻利维亚2100万t；阿根廷1700万t；智利900 万t；澳大利亚630 万t；中国450 万t；刚果（金）300 万t；德国250 万t；加拿大和墨西哥，各170 万t；捷克130 万t；俄罗斯、马里和塞尔维亚各100 万t；津巴布韦54 万t；巴西40 万t；西班牙30 万t；葡萄牙，25 万t；秘鲁13 万t；奥地利、芬兰和哈萨克斯坦，各5 万t；纳米比亚0.9 万t。中国不但早有沉积岩型锂，且最近云南玉溪又开钻新的粘土型约500 万t 氧化锂资源[6]。

生产方面，全球矿石锂产量在2015～2019 年从6.1 万t LCE 增长至25.8 万t（精矿），盐湖锂产量从9.7 万t LCE 增长至17.8 万t。2019 年主要生产企业，在澳大利亚有6 家，阿根廷和智利各有2 家卤水厂，中国有1 家卤水和1 家矿石锂企业。由于产能过剩和价格下跌，一些已建成的锂业务推迟了产能扩张计划。澳大利亚、加拿大和纳米比亚的一些采矿业务完全停止了生产，导致澳大利亚硬岩锂矿产量从上年的5.88 万t 下降到4.2 万t，而锂三角盐湖产量仍稳步上升达到2.4 万t（表1）。

表1 世界各国锂矿生产形势Table 1 The production situation of lithium ore all over the world资料来源：U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries,2016-2020。年度产量单位为t，储量单位为万t。年度产量 2015 2016 2017 2018 2019 储量美国 W W W W W 63阿根廷 3600 5800 5700 6400 6400 170澳大利亚 280巴西 200 200 200 300 300 9.5加拿大 - - - 2,400 200 37智利 860中国 2000 2300 6800 7100 7500 100纳米比亚 - - - 500 - NA葡萄牙 200 400 800 800 1200 6津巴布韦 900 1000 800 1600 1600 23其他 - - - - - 110世界 1700

这些产量变化的背后原因是资源和技术不同导致各国矿山的生产成本差别很大。本文研究了96 个代表性锂矿国际项目，总结其采选冶技术发展创新现状并对未来给予一定展望。

市场方面，中国是锂产品消费大国，受国际供求形势影响很大。2019 年碳酸锂现货价格从年初每吨约美元降至12月的每吨约7300美元。美国由于约束性合同[5]，碳酸锂年均价格为美元，比2018 年下降了24%。中国氢氧化锂现货价格从年初的每吨美元下降到12月的8000美元。中国市场锂金属现货（99.9%Li）价格从年初每吨12 万美元降至12 月的8.2 万美元（USGS，2020）。价格的持续走低，一定程度上刺激了资本并购和以降低成本为目的的技术创新。

1 卤水提锂技术现状及创新

由于不同盐湖的卤水成分不同，加上场地条件的限制，采用的生产方法也不同。但太阳能蒸发池一般分为三个区域，即上部对流区域（UCZ，含有淡水）、非对流区域（NCZ，盐度从上到下逐渐增加）和下部对流区（LCZ，由预浓缩盐水组成）[4]。最近，美国Symbol 公司与韩国巨头POSCO（浦项钢铁公司）合作尝试建立一种替代太阳能蒸发的提锂工艺。他们基于反渗析技术对在南加州盐顿海地热电站的热液卤水进行处理，无需太阳能蒸发，操作成本低廉。太阳能蒸发池的回收率最高50%，而POSCO 技术回收率可高达80%以上，纯度也高达99.99%。早在2012 年，浦项钢铁公司就与智利北部科皮亚波的Li3 能源公司合作运营年产能为20 t Li2CO3 的中试工厂。考虑到卤水供应，还与玻利维亚政府签署合作协议，对其技术在该地区含锂卤水项目中的应用进行评估[4,7-8]。

据日本JOGMEC 调研，国际上盐湖卤水的传统提锂技术主要有Atacama 法、FMC 法、Olaroz法[9]，新型的方法有POSCO法、LiSX法、Eramet（吸附法）、MRT 法、真空法等。

Atacama 法是SQM 公司和Albemarle 公司在智利Atacama盐湖生产碳酸锂的方法[9]，属于浓缩-转化法，工艺简单且成本较低，用泵抽取地表以下1.5 m 至60 m 的卤水，再将卤水注入超过1700公顷面积的蒸发池，而后运输到Antofagasta 港附近的加工厂制造碳酸锂与氢氧化锂。主要生产步骤如下：①利用太阳能对卤水（Li：1500 ×10-6）进行蒸发浓缩，结晶出溶解度比LiCl 更低的NaCl和KCl。此时，Li 的浓度已被浓缩到约0.9%。②在阳光下反复蒸发结晶出MgCl2，最终使Li 的浓度浓缩到6%。此时仍残留1.8%的Mg 和0.8%的B。③首先用溶剂萃取法除去B，然后加入生石灰（CaO）或熟石灰（Ca(OH)2）中和并除去Mg(OH)2。④向碳酸盐中加入纯碱（Na2CO3），经加热、压滤和干燥后得到碳酸锂产品。⑤在碳酸锂中加入熟石灰取代羟基得到氢氧化锂。但碳酸化和纯碱的添加带来如何去除残留钙的问题，对此各生产商都有自己的专有技术。

文章来源：《国际药学研究杂志》 网址: http://www.gjyxyjzz.cn/qikandaodu/2021/0710/1620.html