5、生产工艺:按照原料来源的不同,碳酸锂生产工艺可以分为矿石提取和盐湖卤水提取,由于不同原料性质差别较大,使用的提取工艺各不相同。
1)以锂辉石生产碳酸锂,工业上应用最广泛的工艺是硫酸法,其具有工艺简单、可控性强、产品质量稳定等优点。硫酸法提锂工艺主要是基于晶相组织转变的原理,先将选矿获得的含Li₂O 5.5%—7.5%的锂辉石精矿粉碎后,在回转窑中高温焙烧生成为β锂辉石,冷却后将焙烧矿磨细并与浓硫酸(93%-98%)混合,在250-300 ℃环境下焙烧成硫酸锂,水浸溶解得到硫酸锂溶液,经净化、沉锂、反复蒸发浓缩后得碳酸锂。
2)使用锂云母生产碳酸锂的工艺主要有硫酸盐焙烧法、石灰石烧结法、硫酸焙烧法等,目前应用较为成熟的是硫酸盐焙烧法。硫酸盐焙烧法将锂云母与硫酸钾、硫酸钠或硫酸钙等硫酸盐混合后在高温下进行焙烧,其原理是高温离子置换,即利用高温破坏锂云母的矿相结构,使锂矿结构变得疏松,硫酸盐中的钠、钾等与锂云母中的锂离子发生高温置换反应,转变成易溶于水的硫酸锂,而其余杂质则留在固相不溶渣中,在水浸或酸浸过程中分离两相,再对含锂浸出液进行净化、沉淀等得到碳酸锂。
3)世界各地的卤水资源禀赋差异巨大,锂的提取工艺方法也各不相同。目前全球已有的盐湖提锂方法主要有沉淀法、吸附交换法、膜分离法、煅烧法、电化学、溶剂萃取等。沉淀法的原理是利用太阳能将盐湖卤水自然蒸发浓缩,经脱硼、除钙、除镁去除杂质后,在母液中加入混合物沉淀剂或盐析剂使锂以沉淀物的形式分离。中低镁锂比的盐湖普遍采用分步沉淀法,该工艺已较为成熟,生产成本低,目前南美大型在产盐湖如 Atacama、Olaroz及即将投产的Cauchari-Olaroz均采用该工艺。
(1)吸附法一般是高镁锂比盐湖的主流生产工艺。通过直接向盐湖卤水中投加离子筛吸附剂,进行充分接触和反应后,对固相吸附剂进行水洗,洗脱液为含锂溶液,剩余溶液返回盐湖中,进行循环提锂。对含锂溶液进行蒸发、过滤等纯化操作,获得富锂溶液,最后向其中投加碳酸钠,获得碳酸锂。
(2)膜分离法是通过在功能膜两侧施加驱动力,利用膜的选择透过性,使得盐湖卤水中的不同组分得以分离的方法。目前膜分离法主要分为纳滤膜、电渗析与离子交换膜,其基本原理是根据各离子的离子半径(Li+、Na+、K+、Mg2+和 Ca2+的水合离子半径遵从以下规律:Mg2+ > Ca2+ > Li+ > Na+ > K+)、电荷数的不同进行分离。
(3)煅烧法是以盐田蒸发浓缩提钾脱硼后的含锂卤水为原料,采用喷雾干燥、高温煅烧得到含锂氧化镁;加水洗涤过滤浸取锂,实现镁锂分离;用石灰乳去除残余钙、镁等杂质,得到纯度较高的含锂溶液;将溶液蒸发浓缩,再加入纯碱沉淀生产碳酸锂。
6、定价与物流:全球新能源车产业高速发展,拉动锂盐需求,但因前期资源端产能出清,造成供给短缺,锂矿锂盐价格回升。澳洲锂矿资本开支周期与需求周期的严重错配,导致锂矿供不应求,造成锂辉石价格迅速攀升。可见,锂资源是核心供需瓶颈,位于成本曲线右侧的原料价格波动成为碳酸锂定价的锚点;碳酸锂供需双增的行业格局使全球碳酸锂贸易量不断增长, 但其出口仍集中于少数国家。根据联合国贸易数据库(UN Comtrade Database)数据,2020年全球碳酸锂的主要出口国为智利和阿根廷, 出口量分别为10.11万吨和 2.55万吨, 分别占全球总出口量的71.84%和18.13%。从进口国来看, 亚洲成为全球锂贸易的主要进口区域,中国、日本和韩国为进口规模最大的三个国家, 2020年进口里分别为 5.01万吨、1.77万吨和3.12万吨,占世界进口总量的 70.33%。
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