青海盐湖锂资源及提锂技术概述

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1、青海盐湖锂资源及提锂技术概述锂是一种重要的战略性资源物质，它广泛应用于电池、陶瓷、玻 璃、铝、润滑剂、制冷剂及核工业等新兴领域，是现代高科技产品不 可或缺的重要原料。锂产品的开发与生产在某种程度上直接影响着工 业新技术的发展，其消费量标志着一个国家高新技术产业的发展水平 特别是近几年锂电池工业发展迅速，市场对锂的需求每年 10%的速率 快速增长。我国锂资源储量丰富，主要分布在青海和西藏的盐湖中。 位于青藏高原上的柴达木盆地矿产资源（特别是盐湖资源）十分丰富 被誉为“聚宝盆”，盐湖中锂储量约为2447.38 万吨（以氯化锂计）， 占我国锂资源总储量的 83%，占世界锂资源总储量的13。由于地 理

2、环境及工业薄弱基础的限制，开发西藏盐湖锂资源比较困难，因此 青海盐湖必将成为我国锂资源供应的重要基地。1 青海盐湖锂资源概况1.1 青海盐湖锂资源的分布青海盐湖资源中已编入矿产储量的锂矿产地共有10 处，但主要 分布在察尔汗盐湖察尔汗矿区、察尔汗盐湖别勒滩矿区、大柴旦湖、 东台吉乃尔盐湖、西台吉乃尔盐湖和一里坪盐湖6 个矿区。其中察尔 汗盐湖及别勒滩矿区为2 个特大型矿床，西、东台吉乃尔盐湖和一里 坪矿区为3 个超大型矿床。详见表1。表 1 青海盐湖卤水矿床锂资源储量表矿床名称保有储绘以氯化锂计)/万吨-里坪178,39西台吉乃尔308,00东台古乃尔284.7S柴迖木丸柴旦盐湖38.02柴达

3、木小査湖0.20察尔汗盐湖察尔汗矿区847.20察尔? V盐 湖别 勒滩矿 区一774.00察尔汗盐湖达布逊湖矿区2.27w：坤饌大独滩钾矿Hi梁中矿床6.87孑芒崖緬采期库勒钾矿7.65合计2447.381.2 卤水水化学特征及卤水性质根据含锂卤水中阴离子组成，青海盐湖分为硫酸盐型和氯化物型 以硫酸盐型为主且多以硫酸镁亚型存在。不同类型的盐湖其卤水水化 学特征和卤水性质各有不同，详见表2。表 2 工业品位盐湖卤水锂资源特性盐湖名称类型晶间卤水锂含量/( L)老卤注锂含量老卤 镁锂比东台吉乃倉硫酸镂亚型0.446.1218U西台吉丹尔硫酸镁亚型0.2644,5726 J一里坪硫酸镁亚型0,25

4、22,2951 ：1大柴旦盐湖硫酸镁亚型0,192L3492 ：1别勒滩盐湖氯化物型0.3251.6075 ：1察尔汗盐湖氯化物型0.0160.21512：1注：老卤是指高镁锂盐湖卤水滩晒浓缩到最后的卤水。相比于国外盐湖，我国盐湖卤水锂资源具有总量高、锂含量品位 低、镁锂比高（40 : 11200 : 1）且卤水中伴生硼、钾、镁、钠等众 多元素成分复杂等特点。上述因素决定了我国盐湖卤水提锂技术要求 高、工艺复杂、成本高。2 青海盐湖卤水提锂工艺由于青海盐湖普遍存在高镁锂比特性，镁锂比从几十到几百，甚 至上千，镁锂比相对较小的东台吉乃尔盐湖老卤中的镁锂比也达到了 20: 1，解决镁锂高效分离提取

5、技术，是开发我国盐湖锂资源的关键 问题。青海盐湖卤水提锂产业起步较晚，通过多年的探索和研究，卤 水提锂技术方面也取得了一定进展。目前，青海省盐湖锂资源开发处在初级阶段，只进行了碳酸锂初 级产品的开发且开发利用的水平参差不齐。目前，青海盐湖提锂工艺 主要由吸附法、电渗析法、煅烧法、溶剂萃取法等。2.1 煅烧法生产工艺煅烧法生产工艺是针对高镁锂比卤水提出的技术。由于老卤为富 锂的水氯镁石饱和溶液。由于水氯镁石在550C以上分解成氧化镁和 氯化氢气体，在此条件下氯化锂不分解。将煅烧后的烧结物浸取，锂 盐易溶于水则进入溶液，浸取液中硫酸根、镁和少量硼等杂质，滤液 净化后经蒸发、加碱沉淀烘干就可以得到碳

6、酸锂产品。工艺流程图如 图 1 所示。含锂水氯钱石饱和液喷雾干燥含锂氯化镁混合气体喷雾干燥含锂氧化镁盐酸洗涤镁渣洗涤除杂燕发浓缩浓缩液碳酸锂产品图 1 煅烧法提锂工艺流程图该工艺具有能耗较高，煅烧过程中产生大量的氯化氢气体，设备 腐蚀严重，对设备的材质要求较高，环保压力大，环保投入高，锂收 率低，产生大量低品位的氧化镁废渣等特点，不符合循环经济发展理 念，正逐步被淘汰。2.2 吸附法生产工艺吸附法生产工艺首先利用锂离子选择性吸附剂将卤水中的锂离 子吸附提取，然后将锂离子洗脱下来，达到锂离子与其他离子分离的 目的，经深度除杂、蒸发浓缩后用于后续工序转化利用。对于锂含量 较低的卤水，吸附法是较好的

7、方法。此法的关键是选用锂离子选择性 高、吸附容量大、材料稳定性高等吸附性能优良的吸附材料。工艺流 程图见图 2。洗脱精制滤液水燥IX co,产品HO溶液含Gh M菖渣t-MCI晶体洗水阻CQ造粒造粒颗粒吸附剂浓缩盐湖卤朋预处理吸附一提锂后的母液洗涤沉淀图 2 吸附法提锂工艺流程图该工艺具有工艺简单，安全度高、绿色环保等优势。但工艺对吸 附剂的要求较高，吸附剂的造粒和溶损比较严重，吸附剂的成本较高， 此外吸附剂具有在10C以下时丧失吸附能力的特性，因此需要对卤 水和洗脱用水加热，由此带来蒸汽能耗比较高，含锂的脱洗液锂含量 较低，需要大规模的盐田滩晒，且脱洗液矿化度较低，在滩晒过程中 对盐田的防渗

8、要求较高，盐田成本也较高，总体生产成本较高。2.3 溶剂萃取法提锂工艺溶剂萃取法是从低品位卤水中提取锂的一种方法，通常采用TBP （磷酸三丁酯）等有机物为萃取剂，氯化铁为络合剂，盐酸为反萃取 剂，经多级逆流萃取洗涤、反萃取、洗酸等工序，萃取液排放，反萃 后的有机相返回萃取阶段使用。得到的反萃液经蒸发浓缩、除杂、加 碱沉锂制取碳酸锂或除杂后喷雾干燥制取氯化锂。工艺流程见图 3。老卤反萃取酸洗盐田日晒老卤酸化 萃余液燕发浓缩碳酸锂稀HC1NaOH萃取洸涤负载 有机相蒸发浓缩碳酸钠一-沉淀f母液浸取及瞧杂固逍图 3 萃取法提锂工艺流程图该工艺具有萃取阶段镁锂分离效果好，锂的收率高等优势，但萃取过程中

9、需要大量水，反萃液蒸发浓缩能耗高，稀酸对设备腐蚀严重使用大量的有机物，易产生爆炸等安全事故。2.4 膜分离法用具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯、浓缩的方法，统称为膜分离法。膜分离技术在盐湖提锂中应用主要是镁锂分离和锂的浓缩。工艺流程见图 4。老卤镁锂分离母液氢氧化镁副产品电池级碳酸锂图 4 膜法工艺流程图膜法工艺具有镁锂分离效果好，无三废排放，工艺绿色环保，无高压、易燃、易爆等危险工序，工艺安全度高，工艺流程短，生产成 本低。膜法工艺对膜的质量、性能要求较高，长期依赖进口，随着国 内膜制造技术的发展，这一局面正逐步改善。3 提锂工艺在青海盐湖的应用3

10、.1 煅烧工艺在青海盐湖提锂中的应用煅烧工艺在青海东台吉乃尔盐湖和西台吉乃尔盐湖都有应用。2007 年和 2011 年分别在东、西台吉乃尔盐湖建成煅烧工艺生产线。 2007 年至 2011 年断断续续生产了 5 年，共生产碳酸锂 3000 多吨， 2011 年后由于设备腐蚀严重，成本居高不下等原因，该装置停止了 生产，随着东台吉乃尔盐湖锂资源整合工作结束，目前，煅烧工艺彻 底退出了东台吉乃尔盐湖。2015下半年随着锂电产业爆发式的发展， 碳酸锂价格一路飙涨，西台吉乃尔盐湖该套装置开始进入恢复生产状 态，并于2016 年5月份恢复生产，目前月产能为150吨左右，产品 为工业级碳酸锂。3.2 吸附

11、法生产工艺在青海盐湖的应用察尔汗盐湖建设的“年产1万吨高纯优质碳酸锂项目”建设总投资 为7 亿多。该项目于2008年11月建成，2009年进入试生产阶段， 由于离子吸附剂的溶损，颗粒破损等问题，生产未能连续，2012 年 通过引进俄罗斯离子交换吸附法提锂技术，目前正处在产品质量、生 产工艺稳定、产量稳步提高阶段。3.3 溶剂萃取法青海盐湖的应用先进的串级萃取技术应用于大柴旦盐湖，首次将厢式串级萃取槽 应用到工业化提锂行业，有效破解了从高镁锂比盐湖中提取高纯锂和 硼的难题。2016 年 5 月，建成年产 100 吨氯化锂中试生产线，经过 了 7 个月的试运行。以中试试验为依据，设计出年产 1 万

12、吨高纯氯化 锂联产 2.5 万吨精硼酸项目并已上马，总投资 6.47亿元，被列为青海 省、海西州政府、柴达木循环经济试验区重点科技创新项目。12 月 24 日，该项目一期 0.5 万吨高纯氯化锂联产 1.25 万吨精硼酸生产线 顺利投料生产，目前处于试生产阶段，试生产情况如何，有待 2017 年考证。中国科学院重大科技任务局主管，青海盐湖研究所、上海有机化 学研究所、上海高等研究院和过程工程研究所共同承担的院重点部署 项目“盐湖卤水若干战略性元素提取”于 2013 年 12 月正式批准立项。 其课题“盐湖卤水提取千吨级高纯氯化锂和硼酸技术及示范工程” 已在西台吉乃尔盐湖建成实施年产 1000

13、吨高纯氯化锂的生产示范线 采用的是溶剂萃取法。该生产线已于 2016 年年初建成，但由于核心 设备腐蚀等一系列问题，该生产线时至今日也未实现量产。3.4 膜法在青海盐湖锂资源开发中的应用自 2010 年开始立项研究西台吉乃尔盐湖卤水中提锂的科研项目， 经过不懈努力，开发出盐湖卤水中深层分离纳滤膜技术。该项目自2014 年开始产业化实施，原计划2016年年底建成2 万吨电池级碳酸 锂生产线，截至目前，项目建设进度严重滞后，迟迟不见投产迹象。东台吉乃尔盐湖采用了离子选择性分离膜工艺，通过十来年的不 懈努力，成功解决了高镁锂比盐湖卤水镁锂分离的难题，建成了年产 1 万吨电池级碳酸锂的生产线。该工艺是

14、根据镁、锂离子化合价和离 子半径的不同，利用离子选择性分离装置，在电场力作用下使原料卤 水中的镁、锂离子得到迁移，当原料卤水通过离子选择性膜时，锂、 钠等一价离子透过膜，镁、钙等二价离子被离子选择性膜隔离，从而 实现了镁、锂离子分离的目的，分离后得到了低镁锂比的富锂卤水， 对低镁锂比的富锂卤水进行深度除杂后进行加碱沉锂，最终得到电池 级碳酸锂。该项目前期由于资源整合问题，一度原料卤水无法得到充 足的供应，未实现满负荷运行，2016 年 5 月资源整合结束，原料卤 水得到了有效供应，目前已实现达标达产。3.5 各卤水提锂工艺应用情况比较煅烧法工艺已建成两条生产线，由于设备重度腐蚀、生产成本高、安

15、全 环保压力大等原因已停产。煅烧法工艺环境污染严重，能耗高、成本 高、投资大，此工艺为盐湖提锂工艺中最不可取的一种工艺。萃取法工艺已建成三条生产线，但生产线存在萃取效率不理想、核心设 备腐蚀和严重、安全环保压力大等问题，未实现量产。萃取法工艺普 遍存在萃取效率低，同等规模下投入高，核心设备腐蚀严重，安全环 保压力大，工艺技术成熟度不够，有待进一步提升。吸附法工艺已在锂含量较低的察尔汗盐湖得到了应用，但同等规模下投 资较高；吸附剂在10C以下时丧失吸附能力，加热原料卤水蒸汽能 耗大，生产成本偏高；吸附剂溶损率、吸附剂成型等关键技术难题尚 未彻底解决，工艺成熟度有待提高。离子选择性膜法工艺在青海东台吉乃尔盐湖实现了稳定生产，实现了年产 1 万吨 电池级碳酸锂的目标。目前生产的卤水电池级碳酸锂产品全部进入了 锂电正极行业，得到了锂电行业下游企业的认可和高度评价。东台吉 乃尔盐湖膜法工艺经过十多年的技术攻关，目前已实现达标达产，工