鹽湖提鋰工業(yè)化亟待提速,“吸附+膜”法大有可為
鹽湖提鋰工業(yè)化亟待提速,“吸附+膜”法大有可為
iwt1981
公眾號(hào)為中國(guó)化工學(xué)會(huì)工業(yè)水處理專業(yè)委員會(huì)運(yùn)營(yíng)專業(yè)平臺(tái),平臺(tái)專注于水處理及環(huán)境領(lǐng)域?qū)W術(shù)、技術(shù)、項(xiàng)目、產(chǎn)業(yè)、資本、政策等多維度探討,致力于多方面資源融合。以科研、技術(shù)、項(xiàng)目、工程、運(yùn)營(yíng)、投融資等信息資源,助推工業(yè)行業(yè)綠色發(fā)展、助力環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
鋰資源自主可控迫在眉睫,鹽湖提鋰有望成為國(guó)內(nèi)鋰資源供應(yīng)基石,“吸附+膜”法將加速“原鹵提鋰”及連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程;吸附段呈現(xiàn)高技術(shù)壁壘,膜段國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加速,關(guān)注具備吸附劑產(chǎn)能、膜工藝包自研優(yōu)勢(shì)的企業(yè)。
鋰資源自主可控迫在眉睫,鹽湖提鋰有望成為國(guó)內(nèi)鋰資源供應(yīng)基石。近期加拿大政府官網(wǎng)以“國(guó)家安全”為由,命令剝離外國(guó)公司對(duì)加拿大關(guān)鍵礦產(chǎn)公司的投資,涉及我國(guó)多家鋰礦投資企業(yè);再結(jié)合近期南美三國(guó)草擬文件欲建立鋰業(yè)“歐佩克”以加強(qiáng)對(duì)鋰資源控制的事件,我國(guó)鋰資源“卡脖子”信號(hào)加速釋放,自主可控迫在眉睫。
從資源稟賦來看,我國(guó)鋰資源近90%以鹽湖形式存在,且較南美而言大都屬于低品位鹽湖,但也正因如此我國(guó)鹽湖提鋰技術(shù)在歷經(jīng)多年發(fā)展后正逐步達(dá)到全球領(lǐng)先水平,多種工藝均實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。在當(dāng)前鋰資源需求非線性高增、鋰價(jià)加速上漲的背景下,我國(guó)鋰資源開發(fā)速度,尤其是鹽湖提鋰連續(xù)工業(yè)化應(yīng)用的重要性進(jìn)一步凸顯。
品位低、投資高等因素長(zhǎng)期制約我國(guó)鹽湖開發(fā)進(jìn)度,“吸附+膜”法將加速“原鹵提鋰”及連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程。
我國(guó)鹽湖鋰資源具備儲(chǔ)量高、品位低的特點(diǎn),“吸附+膜”法耦合工藝通過吸附劑前端富集鋰讓提鋰段前置成為可能,同時(shí)膜段分離鎂鋰等過程又無需額外添加試劑,使原鹵提鋰、環(huán)保性等重要方向得以兼顧。
根據(jù)各公司項(xiàng)目公告不完全統(tǒng)計(jì),近1年披露的“吸附+膜”法項(xiàng)目碳酸鋰合計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能已近18萬噸/年、氫氧化鋰達(dá)3萬噸/年,加速我國(guó)鹽湖提鋰工業(yè)化進(jìn)程。
“吸附+膜”耦合工藝依賴材料開發(fā)及工藝包設(shè)計(jì),吸附段呈現(xiàn)高技術(shù)壁壘,膜段國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加速。
(1)吸附段 :吸附容量、溶損率等是衡量提鋰吸附劑效率的核心指標(biāo),且根據(jù)特定鹵水類型適配程度又進(jìn)一步分為鋁系、鈦系和錳系吸附劑。近年來國(guó)內(nèi)企業(yè)均成功已自主研發(fā)適用于鹽湖的吸附劑產(chǎn)品,并且部分產(chǎn)品已在產(chǎn)業(yè)化、中試等項(xiàng)目上成功應(yīng)用;
(2)膜段 :在鎂鋰分離等部分,多用到膜的梯度耦合(反滲透、納濾膜、超濾等,有機(jī)膜為主),該工藝段的技術(shù)難點(diǎn)在于膜材料強(qiáng)度、膜通量等,此前海外供應(yīng)商具備顯著優(yōu)勢(shì),而近年來伴隨著國(guó)內(nèi)膜廠商持續(xù)的技術(shù)升級(jí),國(guó)產(chǎn)替代正在加速。
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鋰資源自主可控迫在眉睫
鹽湖提鋰亟待提速
三家中企被要求剝離在加拿大鋰礦的投資,鋰資源安全問題重要程度顯著提升。 加拿大政府官網(wǎng)于10月28日發(fā)布聲明,明確《加拿大投資法》(ICA)適用于外國(guó)國(guó)有企業(yè)對(duì)加拿大實(shí)體及關(guān)鍵礦產(chǎn)領(lǐng)域的投資。11月2日加拿大政府官網(wǎng)“創(chuàng)新、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展部” 根據(jù)ICA相關(guān)條例并以“國(guó)家安全”為由,命令剝離外國(guó)公司對(duì)加拿大關(guān)鍵礦產(chǎn)公司的投資。11月3日該通知涉及的三家A股上市公司(藏格礦業(yè)、盛新鋰能、中礦資源)均收到加拿大國(guó)家安全審查結(jié)果告知函,被告知須在90日內(nèi)放棄相關(guān)礦產(chǎn)投資。
鋰產(chǎn)業(yè)“卡脖子”信號(hào)釋放,資源端自主可控迫在眉睫。 根據(jù)環(huán)球網(wǎng)報(bào)道,合計(jì)擁有全球過半鋰資源的南美三國(guó)(阿根廷、玻利維亞、智利)近期正草擬文件,建立鋰礦價(jià)格聯(lián)盟(鋰業(yè)“歐佩克”),以加強(qiáng)對(duì)鋰資源控制。海外各資源國(guó)正加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵資源的掌控,鋰資源“卡脖子”信號(hào)正釋放。
新能源產(chǎn)業(yè)推動(dòng)鋰需求呈非線性高增,而產(chǎn)能釋放受限,供需錯(cuò)配明顯。
(1)需求側(cè):根據(jù)USGS數(shù)據(jù),全球鋰需求量已從2015年的3.1萬噸金屬量提升至2021年的9.3萬噸金屬量,新能源汽車、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展推動(dòng)了鋰需求快速增長(zhǎng)。
(2)供給側(cè):全球ESG要求不斷提高、疫情、開發(fā)技術(shù)受限等因素影響,鋰資源開發(fā)進(jìn)度難以匹配下游需求增長(zhǎng)速度,當(dāng)前鋰的供需結(jié)構(gòu)仍呈錯(cuò)配狀態(tài)。
我國(guó)鋰資源自供能力仍有不足,2022H1進(jìn)口量大增近70%。 根據(jù)工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021年我國(guó)碳酸鋰總產(chǎn)量、進(jìn)口量分別為24.0萬噸、8.1萬噸,2022H1國(guó)內(nèi)碳酸鋰總產(chǎn)量為16.8萬噸(同比+42%)、進(jìn)口量為7.1萬噸(同比+67%)。若用進(jìn)口量/(總產(chǎn)量+進(jìn)口量)簡(jiǎn)單衡量鋰資源的進(jìn)口依賴度,該比例已從2021年的25.2%提升至2022H1的29.8%,我國(guó)鋰資源自供能力仍有不足。
國(guó)家層面明確表態(tài)加快鋰礦開發(fā),相關(guān)產(chǎn)業(yè)投資有望加快。 針對(duì)鋰價(jià)居高不下、供需關(guān)系錯(cuò)配的現(xiàn)狀,今年以來工信部多次表態(tài)“適度加快國(guó)內(nèi)鋰、鎳等資源的開發(fā)力度”。
2022年9月工信部召開鋰資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展座談會(huì),表示“將引導(dǎo)合理開發(fā)國(guó)內(nèi)資源,引導(dǎo)企業(yè)有序開發(fā)國(guó)內(nèi)鐵、銅、鋰等緊缺資源和石墨等優(yōu)勢(shì)資源,強(qiáng)化國(guó)內(nèi)資源壓艙石作用和基礎(chǔ)保障能力”,并從“多開發(fā)、穩(wěn)進(jìn)口、減量化、促回收”等方面提出一攬子措施,使我國(guó)盡快形成自主供給能力。
我國(guó)探明鋰資源量近90%以鹵水形式存在,鹽湖鋰儲(chǔ)量豐富。 根據(jù)USGS數(shù)據(jù),2020年全球鋰資源可分為鹽湖資源、礦石資源兩大類,其中鹽湖鹵水占比近60%。從地域分部來看,南美鋰三角探明鋰資源占比達(dá)56%,中國(guó)排名第六位,占比約6%。根據(jù)自然資源部《2019年中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告》,中國(guó)已查明鋰礦氧化物資源儲(chǔ)量已增加至2019年的1757.50萬噸;且我國(guó)探明鋰資源量中鹽湖占比接近90%,主要分布在青海、西藏等地。
與礦石資源相比,鹽湖資源規(guī)模大、提鋰成本低。 根據(jù)2020年10月張亮等發(fā)表的《全球提鋰技術(shù)進(jìn)展》,與礦石資源相比,鹽湖鹵水提鋰具備以下優(yōu)勢(shì):(1)資源規(guī)模總量占據(jù)優(yōu)勢(shì);(2)生產(chǎn)成本約為礦石提鋰的1/3;(3)勘探周期短。
2
鹽湖開發(fā)進(jìn)度受制約
“吸附+膜”法為破局良方
根據(jù)2021年12月韓佳歡等發(fā)表的《中國(guó)鋰資源供需現(xiàn)狀分析》、2021年9月姜貞貞等發(fā)表的《我國(guó)鋰資源供需現(xiàn)狀下西藏鹽湖鋰產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對(duì)策研究》, 與南美鹽湖相比,我國(guó)鹽湖鋰資源主要有儲(chǔ)量高但品位低、開采利用程度低兩大特點(diǎn):
(1)青海鹽湖: 鎂鋰比明顯低于南美,鋰收率較低,且此前主要采用鹽田攤曬等方法前期投資大、產(chǎn)能釋放周期長(zhǎng);
(2)西藏鹽湖: 雖然較好的資源優(yōu)勢(shì),但受制于自然條件較為苛刻,開采難度較大。上述因素共同導(dǎo)致我國(guó)鹽湖提鋰雖然儲(chǔ)量較大但產(chǎn)量有限,鹽湖鋰資源利用率嚴(yán)重受限。
南美富鋰鹽湖品位高、鎂鋰比低,因此多采用沉淀法工藝。 沉淀法若用于我國(guó)品位較低的鹽湖會(huì)導(dǎo)致鋰收率明顯下降。為解決青海鹽湖鎂鋰比高的問題,老鹵提鋰(即先通過攤曬鹵水、提鉀等形成老鹵,使鋰離子富集后再進(jìn)行提鋰)應(yīng)運(yùn)而生,后為解決龐大的鹽田系統(tǒng)投資及曬鹵長(zhǎng)周期問題,國(guó)產(chǎn)企業(yè)不斷對(duì)提鋰技術(shù)進(jìn)行多元化創(chuàng)新及升級(jí)迭代。
我們認(rèn)為“吸附+膜”法耦合工藝通過吸附劑前端富集鋰,讓提鋰段前置成為可能,而膜段分離鎂鋰過程又無需額外試劑,讓原鹵提鋰、環(huán)保性等重要方向得以兼顧。
“吸附+膜”法已獲得產(chǎn)業(yè)化認(rèn)可,關(guān)注具備材料及工藝包自研自產(chǎn)能力的企業(yè)。
根據(jù)各公司項(xiàng)目公告不完全統(tǒng)計(jì), 近1年披露的“吸附+膜”法項(xiàng)目碳酸鋰合計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能已近18萬噸/年、氫氧化鋰達(dá)3萬噸/年,吸附提鋰為最具前景的方案,吸附劑產(chǎn)能依然供給緊張。 圍繞鹽湖提鋰,提鋰材料開發(fā)(吸附劑、膜)及工藝包的設(shè)計(jì)為核心壁壘,關(guān)注具備自研自產(chǎn)能力的企業(yè)。
3
吸附段呈現(xiàn)高技術(shù)壁壘
膜段國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加速
“吸附+膜”耦合工藝依賴材料開發(fā)及工藝包設(shè)計(jì),吸附段呈現(xiàn)高技術(shù)壁壘,膜段國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程加速。
(1)吸附段:吸附容量、溶損率等是衡量提鋰吸附劑效率的核心指標(biāo),且根據(jù)特定鹵水類型適配程度又進(jìn)一步分為鋁系、鈦系和錳系吸附劑。近年來國(guó)內(nèi)企業(yè)均成功已主研發(fā)適用于鹽湖的吸附劑產(chǎn)品,并已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化、中試等項(xiàng)目上成功應(yīng)用;
(2)膜段:在鎂鋰分離的部分,多用到膜的梯度耦合(反滲透、納濾膜、超濾等,有機(jī)膜為主),該工藝段的技術(shù)難點(diǎn)在于膜材料強(qiáng)度、膜通量等,此前海外供應(yīng)商具備顯著優(yōu)勢(shì),而近年來伴隨著國(guó)內(nèi)膜廠商持續(xù)的技術(shù)升級(jí),國(guó)產(chǎn)替代正在加速。
吸附材料定制化程度高,吸附容量、溶損率等是衡量提鋰吸附劑效率的核心指標(biāo)。
吸附分離的原理主要為吸附劑與吸附質(zhì)之間通過分子間引力(物理吸附)或發(fā)生化學(xué)作用生成化學(xué)鍵(化學(xué)吸附)而產(chǎn)生吸附作用。該工藝應(yīng)用領(lǐng)域跨度大,不同的下游及不同的客戶均需要定制化研發(fā)特種吸附材料,鹽湖提鋰也是如此。
吸附容量(單位吸附劑吸附物質(zhì)的最大量,與吸附劑表面積、孔隙大小有關(guān))、循環(huán)壽命(吸附劑的損耗程度,通常用溶損率衡量)等是衡量提鋰吸附劑效率的核心指標(biāo),鹽湖提鋰中需開發(fā)吸附容量大、溶損率低、選擇性強(qiáng)的吸附劑。
鋁系吸附劑已成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,鈦系吸附劑已進(jìn)行中試,錳系吸附劑尚處實(shí)驗(yàn)室階段。
根據(jù)王琪等《高鎂鋰比鹽湖鎂鋰分離與鋰提取技術(shù)研究進(jìn)展》(2021年), 當(dāng)前吸附劑技術(shù)路線主要有三種:
(1)鋁系吸附劑: 廣泛應(yīng)用于氯化物型、硫酸鎂亞型鹽湖,吸附速率快,且脫附過程不需要消耗酸,循環(huán)穩(wěn)定性較好,已成功應(yīng)用于工業(yè)化;
(2)鈦系吸附劑: 適用于氫氧根豐富的堿性鹽湖,在錳系的基礎(chǔ)上解決了溶損率的問題,久吾高科首次將鈦系吸附劑在碳酸型鹽湖,目前處于中試階段;
(3)錳系吸附劑: 適用于氫氧根豐富的堿性鹽湖,吸附容量大但溶損率高,廢水需要進(jìn)行環(huán)保處理,目前工業(yè)化過程受阻。
我國(guó)企業(yè)率先實(shí)現(xiàn)了鹽湖提鋰吸附劑的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用積累,具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 在鹽湖提鋰領(lǐng)域,由于中國(guó)鹽湖品位較低,“吸附+膜”法應(yīng)用更廣(南美鹽湖沉淀法居多),我國(guó)企業(yè)已進(jìn)行了多個(gè)“吸附+膜”法項(xiàng)目(含中試)積累及技術(shù)迭代,如久吾高科西藏扎布耶100噸/年氫氧化鋰中試(西藏礦業(yè))、青海大柴旦鹽湖1000噸/年氯化鋰中試(金海鋰業(yè))等,藍(lán)曉科技的五礦鹽湖1000噸/年碳酸鋰吸附劑及吸附分離成套裝置、藏格鋰業(yè)10000噸/年碳酸鋰的提鋰裝置及配套樹脂等。
從全球?qū)Ρ葋砜矗袊?guó)供應(yīng)商具備鹽湖提鋰吸附劑研發(fā)及應(yīng)用的先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
膜分離是最環(huán)保的分離技術(shù)之一,鹽湖中常用到膜梯度耦合,工藝難點(diǎn)在于膜材料強(qiáng)度、膜通量等。 膜分離的本質(zhì)是物理法,即通過壓力、利用膜的孔徑大小實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的分離,核心是膜材料的選擇。
由于過程中無需額外試劑,因而膜分離法是最環(huán)保的技術(shù)之一。鹽湖提鋰中鎂鋰分離的部分常選擇孔徑更小的有機(jī)膜,多用到膜的梯度耦合(反滲透、納濾膜、超濾等),該工藝段的技術(shù)難點(diǎn)在于膜材料強(qiáng)度、膜通量等。
納濾、反滲透膜國(guó)產(chǎn)替代已開始,關(guān)注具備自研優(yōu)勢(shì)的企業(yè)。
( 1)反滲透膜市場(chǎng): 根據(jù)環(huán)境工程,2021年全球反滲透膜市場(chǎng)90%以上的份額被美國(guó)杜邦、日東電工集團(tuán)/美國(guó)海德能、日本東麗、法國(guó)蘇伊士等7家公司占有。
(2)納濾膜市場(chǎng): 根據(jù)中國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù),2019年我國(guó)納濾膜市場(chǎng)銷售額為6億元,目前國(guó)內(nèi)納濾膜市場(chǎng)主要由國(guó)外品牌占據(jù),國(guó)內(nèi)廠商市場(chǎng)份額占比較小。
(來源:廣發(fā)證券研究)
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