杏彩体育:碳酸锂市场概况及生产工艺分析

　　锂是一种银白色的轻金属，原子序数为3，原子量为6.94，其密度仅0.53g/cm3，是自然界中最轻的金属元素，具备质地软、比热大、电化学当量小等一系列优良特性。由于锂具有特殊的物理和化学性质，其应用领域广泛，被誉为“工业味精”，既可用作催化剂、引发剂和添加剂等，又可以用于直接合成新型材料以改善产品性能。由于锂具有最高的3.04V标准氧化电势，容易参与电化学氧化还原反应，且锂作为最轻的金属元素，有利于减小

　　碳酸锂是一种常见的无机锂盐，化学式为Li2CO3，分子量73.89，通常为无色单斜晶系结晶体或白色粉末，是最重要的锂产品，可再加工成其他锂产品。碳酸锂用途较广，在电池、玻璃、陶瓷、医药和食品等工业中应用广泛，亦可用于合成橡胶、染料、半导体、军事国防工业、电视机、原子能、医药、催化剂等方面。在新能源时代，碳酸锂的主要用途是制作磷酸铁锂电池、中低镍三元电池、钴酸、锰酸等的锂原料。

　　碳酸锂根据其主成分含量、粒度、化学指标以及纯度被分为工业级碳酸锂与电池级碳酸锂，二者均有对应的国家或行业标准。

　　行业内根据主成分含量进一步将碳酸锂细分为以下几类：主成分含量在99.5%以上，杂质达标的称为电池级碳酸锂；主成分含量在99.5%以上，但个别杂质指标不满足电池级的，称为准电池级碳酸锂；主成分含量在99.2%—99.5%，但杂质相对较多的称为工业级碳酸锂，主成分含量在99.2%以下，称为粗制碳酸锂，也有的称为工业级碳酸锂。目前，电池级碳酸锂和工业级碳酸锂的产量分布较为平均，电池级的产销及增量空间更大，多数粗制碳酸锂可经过加工提纯变为电池级的碳酸锂使用。

　　制备碳酸锂的原料主要包括锂辉石、锂云母和盐湖卤水等，锂黏土和透锂长石等原料尚未形成规模化的产业路线。目前，各原料技术成熟度存在差异，电池级碳酸锂主要为锂辉石制备，而工业级碳酸锂主要为锂云母或盐湖卤水制备。

　　采用不同原料的碳酸锂生产企业，主营产品也有一定的区别。矿石系提锂企业中，锂辉石提锂企业大部分生产电池级碳酸锂，云母提锂企业生产小部分工业级碳酸锂；盐湖卤水提锂企业生产工业级碳酸锂和电池级碳酸锂的比例为8∶2或7∶3。

　　相比而言，矿石提锂技术成熟，产品质量稳定可靠，对生产高质量电池级产品具有绝对优势，但卤水锂资源总量大，提锂工艺相对简单，能耗要求较低，尤其是南美盐湖可直接析出粗制碳酸锂，成本相比矿石提锂显著偏低。

　　从全球范围来看，锂行业的发展经历了比较大的变化。20世纪前期，美国是全球最大的锂盐生产和消费国，生产方式以矿石提锂为主，锂的主要下游为高温润滑剂，常用于航空发动机。20世纪中后期，氢弹等核聚变武器的生产导致锂的需求短时间内提升。20世纪末期，冷战结束导致军用领域的锂需求显著减少，锂的下游主要消费领域回到陶瓷、玻璃、合金、工业润滑剂、医疗等传统产业。

　　21世纪以后，电子产业的发展（电脑、手机等电子消费产品）带动锂电池需求提升，锂的下游消费逐渐转向以电池为主的结构。澳洲因其矿山锂资源储量丰富且开采成本较低，成为全球最主要的锂矿石供应来源。此外，随着盐湖提锂技术突破，以我国青海和南美智利、阿根廷为代表的盐湖成为碳酸锂第二大来源。

　　2010年以来，随着“碳中和”目标的发展，新能源行业持续推进，碳酸锂作为新能源汽车动力电池和电池的核心原材料，需求量显著增长。我国凭借全球最完整的锂电产业链和新能源汽车市场的体量优势，成为全球最大的碳酸锂生产和消费国。2016—2020年为碳酸锂、氢氧化锂快速发展的5年，中国新进赛道冶炼厂数据超过50家。同时，锂资源开发也进入加速阶段，随着非洲和巴西矿山的开发，阿根廷盐湖建成投产，未来锂资源供应呈现多元化发展趋势。

　　在碳酸锂的产业链中主要包括上游采选、中游冶炼以及下游应用。上游锂矿方面，锂资源主要为锂矿石和盐湖两大类。一般而言，锂矿石生产锂盐品质更高、杂质更少、一致性更好，盐湖生产锂盐成本更低。锂矿石可直接制成氢氧化锂和碳酸锂，盐湖通常先制成碳酸锂再通过苛化制成氢氧化锂。

　　中游的主要锂盐产品为碳酸锂、氢氧化锂，都是生产锂电池正极材料的原料，二者应用范围有区别，碳酸锂主要用在生产磷酸铁锂和三元材料中的中低镍正极材料，而氢氧化锂主要用于生产三元材料中的高镍正极材料。

　　工业级产品和电池级产品由于纯度、杂质和性能的差异，应用领域也有所不同。电池级碳酸锂和氢氧化锂广泛应用于锂电池正极材料，而工业级碳酸锂一般用作玻璃、陶瓷、珐琅等原材料，工业级氢氧化锂用作润滑剂。

　　从全球市场来看，当前全球碳酸锂供给呈现高度集中的特点。从矿石提锂产业链来看，澳大利亚为目前锂精矿主要产地，我国为锂矿冶炼和碳酸锂主要生产国。未来随着巴西和非洲五国（刚果共和国、马里、津巴布韦、加纳、纳米比亚）的锂矿陆续投产，矿石来源将呈现多元化趋势，我国将维持锂矿冶炼的统治地位。

　　从产业链来看，我国青海和盐湖虽然资源禀赋较差，但通过不断技术创新，依然占据了全球22%产量。南美国家由于盐湖资源特性，能直接由卤水析出粗制碳酸锂，占据全球盐湖提锂78%的产量。其中，智利由于盐湖开发起步最早，是目前海外碳酸锂主要生产国。未来几年，随着阿根廷盐湖陆续投产，海外碳酸锂生产将呈现两强格局。

　　从生产企业来看，国际碳酸锂供应企业集中度较高，美国雅保ALB、智利矿业化工SQM、美国Livent和澳大利亚Allkem为国际碳酸锂主要供应商，2022年合计产量约占海外产量的74%，占全球产量的27%。其中，ALB、SQM、Livent均在我国境内设有实体企业，ALB在国内还有生产工厂，Allkem则主要销往日韩，产品以氢氧化锂为主。

　　从国内市场来看，受全球锂资源有限、电池级碳酸锂技术门槛较高、电池级碳酸锂有效产能不足等因素的影响，我国碳酸锂行业生产端集中度较高。从产区来看，我国碳酸锂产量集中于江西（40%）、四川（17%）和青海（18%）。其中，江西和四川为矿石型锂资源，青海为盐湖卤水型锂资源。此外，碳酸锂由于生产特性导致产能提升较为平缓，而下游新能源汽车行业目前正处于高速发展期，增速波动较大。因此，碳酸锂产量与新能源汽车需求容易发生供需错配。

　　碳酸锂的生产方式主要包括冶炼、提纯和回收三部分。其中，冶炼提锂超过80%。碳酸锂主要冶炼原料有锂辉石、锂云母与盐湖卤水三种类型，2022年产量分别为13.3万吨、10.4万吨和7.4万吨，占比分别为35%、28%和19%。不同的原料来源也衍生出不同的提锂工艺，锂辉石和锂云母等矿石系的提锂主要以高温煅烧混料为核心，盐湖卤水提锂则以过滤沉淀为主要流程。

　　锂矿石提取锂需要高温分解过程，能耗较高，提锂后产生的大量酸性或碱性固体废渣会对环境造成污染，开采成本高，同时矿石锂储量较少，但矿石工艺技术成熟，产品质量稳定可靠，对生产高质量电池级产品具有绝对优势，且矿石提锂过程灵活，易于同时生产多种锂化合物。同时，随着科学技术的进步，新技术和新设备的出现为矿石提锂的可持续发展提供了强劲推动力。

　　相比而言，卤水锂资源总量大，卤水生产锂盐的成本比较低，但全球卤水资源多位于高海拔的偏远干旱地区，盐田建设面积大、投资大、生产周期长，易受天气影响，副产品多，原料品位低，物料处理量大，锂的回收率低，取得开采许可的要求高，所以世界盐湖锂盐生产的扩张速度偏慢。

　　目前，具有工业开采价值且应用较规模化的锂矿石原料，主要还是锂辉石和锂云母。锂辉石常与石英和长石等脉石矿物共生形成伟晶岩锂辉石矿，是最重要且储量最大的锂矿石资源，锂辉石一直是提锂的主要原料，其化学组成简单，含锂品位高，Li2O理论含量为8.03%，但由于钠钾置换，通常Li2O含量为2.91%—7.66%。

　　锂云母又称“鳞云母”，是一种常见的锂矿物，是钾和锂的基性铝硅酸盐，属云母类矿物中的一种，锂云母储量大，成分复杂，锂品位比锂辉石低，锂云母精矿采选后Li2O含量通常为2.0%—3.5%，常含铷、铯等，在组成上含有5.9%的氟。

　　第一，锂辉石提锂。硫酸法处理锂辉石精矿是目前应用最为广泛的矿石提锂工艺，工艺过程易于控制，产品质量稳定可靠，该法经过多年的发展和完善，工艺已经相对成熟。该工艺在国内锂盐生产企业有着广泛应用，如天齐锂业、赣锋锂业、雅化集团、容汇锂业等。其工艺的基本原理是将锂精矿经过高温煅烧，使α型锂辉石转变为β型锂辉石，然后加硫酸进行酸化反应，反应结束后加入适量的水浸出硫酸锂，经过除杂、浓缩得到完成液，与纯碱反应生成碳酸锂，再经过除磁、搅拌、烘干得到电池级碳酸锂。

　　第二，锂云母提锂。锂云母提锂方法主要有石灰石焙烧法、硫酸焙烧法、硫酸盐焙烧法、氯化焙烧法和压煮法。早期锂云母提锂主要采用石灰石焙烧法，由于除杂过程复杂、废渣量大等缺点已逐渐被淘汰。目前，企业采用硫酸法生产较多，但硫酸法易产生氟硅酸，对设备防腐蚀性要求较高。目前，江西宜春地区的企业多采用硫酸盐焙烧法进行生产，初期主要采用硫酸钾，现通过使用硫酸钠、硫酸钠钾等进行替代，进一步降低了生产成本。锂云母硫酸盐法工艺原理是按一定比例将锂云母和硫酸盐在高温下煅烧，矿石中的锂被硫酸盐中的钾或钠置换出来，形成可溶性的硫酸锂，然后将烧结后的熟料通过水浸分离得到硫酸锂溶液，再经过净化除杂、浓缩、沉锂等工序得到碳酸锂产品。

　　第三，卤水提锂。盐湖提锂的技术多样，化繁为简，可分为提锂环节（富集、分离、浓缩）和沉锂环节，其中技术的核心主要在于提锂，最后的沉锂较为成熟和同质化。盐湖提锂的经典流程是“老卤提锂”，在抽取原卤及先后经过钠、钾盐池后，再从层层富集的老卤溶液中进行提锂。

　　盐湖提锂始于美国，兴于南美，但目前中国青海已拥有全球领先的技术水平。美国钾肥公司早在1938年便在加州的Seales Lake利用70mg/L的低浓度卤水生产出锂副产品，此后Foote Minerals在1966年启动了对美国内华达州银峰盐湖的商业化开采，是全球最早将锂作为主产品的盐湖项目。20世纪80年代后， Foote、SQM、FMC等锂资源商开始聚焦开发南美的富锂盐湖，随后Foote与FMC均将各自位于美国北卡的硬岩锂矿关停。然而，我国针对青海盐湖卤水高镁锂比的特点，经过多年探索已经开发出多种提锂技术路线，包括吸附法（吸附+膜集成法）、膜法、电渗析法（膜法的一种）、煅烧法、溶剂萃取法等，此外还有针对扎布耶盐湖开发的太阳池结晶法等。

　　第四，沉淀法。沉淀法是研究最早、最为成熟、应用最广泛的盐湖提锂工艺。根据加入的试剂不同，沉淀法分为碳酸盐沉淀法、铝酸盐沉淀法、硼镁与硼锂共沉淀法等。其中，最成熟商业化的是碳酸盐沉淀法，工艺关键在于加入石灰（氢氧化钙）沉淀除镁，再用纯碱（碳酸钠）让锂离子以碳酸锂形式沉淀析出。沉淀法工艺成熟、原理简单、直接生产成本低，但锂整体的一次回收率较低。

　　在具体流程上，不同企业技术路径有所区别，如智利Atacama盐湖，SQM和ALB的沉淀法技术路线ppm的原卤，通过蒸发浓缩约30倍至品位6%的老卤，再将其运输至后端配套的锂盐厂进行萃取脱硼、除镁、除钙，将盐析剂或沉淀剂加入形成碳酸锂浆料，最后干燥从而获得碳酸锂。在阿根廷等硫酸根偏高的盐湖，如Olaroz盐湖和Cauchari盐湖，还会直接在盐田中加入大量的生石灰以降低硫酸根和镁，再将富集后的老卤输送至矿区的车间进行萃取除硼，最后进行沉锂。

　　第五，吸附法。吸附法是目前盐湖提锂中应用较为广泛且最具实用前景的工艺之一，主要依靠对锂离子具有特定吸附能力的吸附剂来实现锂离子的分离，之后用洗脱剂将锂离子洗脱而形成锂离子溶液，再加入碳酸钠后沉淀形成碳酸锂。

　　现在运用比较成熟的吸附法工艺采用氢氧化铝基锂吸附剂进行选择吸。