我国锂工业现状及前景分析

雪 晶，胡山鹰

（清华大学化学工程系，生态工业研究中心，北京 100084）

进展与述评

我国锂工业现状及前景分析

雪 晶，胡山鹰

（清华大学化学工程系，生态工业研究中心，北京 100084）

锂是自然界中最轻的金属元素。金属锂及锂盐在国民经济发展中具有广泛的用途，是重要的战略资源。在锂产业链中，锂资源经提取后，在各环节分别经加工制得一次锂盐、二次/多次锂盐、金属锂等多种形式的产品。初级加工阶段的产品主要包括碳酸锂、一水氢氧化锂、氯化锂等一次锂盐；进一步加工可制取溴化锂、氟化锂、丁基锂、钴酸锂、金属锂等二次或多次锂产品；各种锂产品可广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、合金、润滑剂、制冷剂、医药、核工业及光电等新兴领域。本文基于锂产业链分别介绍了各关键环节锂产品的主要形式、技术状况、工业生产及需求形势，分析了我国锂工业的发展前景：在开采环节应加快对卤水锂提取技术的研发；在加工环节，应延长锂产业链、发展多元化产品；在回收环节，应着力于再生锂产品的回收，保护环境及资源。

锂资源；锂产品；产业链

Abstract：Lithium，the lightest metal element in the world，is an important strategic resource because of its wide use in the national economy. In the industrial chain of lithium and its derivate，lithium is processed to kinds of lithium salts，including the primary products such as Li2CO3，LiOH，LiCl，and the further processed products such as LiBr，LiF，Li，etc.，which can be widely used in the areas of batteries，ceramics，glasses，alloys，lubricants，refrigerants，drugs，nuclear，and photoelectric. In the present work，the techniques，markets，and industrial development conditions of the lithium products in the key production links in the lithium industrial chain were reviewed. Furthermore，the development strategy of the lithium industry was analyzed：the extracting technique of lithium from brine should be improved during the exploring section firstly；then the industrial chain should be further strengthened to diversify the products；the recovery of the renewable lithium products should be paid more attention finally.

Key words：lithium resource；lithium product；industrial chain

锂是自然界中最轻的金属元素。锂产品在高能电池、航空航天、核聚变发电等领域具有重要的用途[1-2]，因此，锂元素被誉为“推动世界前进的重要元素”。近年来随着战略地位的凸显，锂资源受到世界各国的重视。加快锂资源开发，提高锂产业水平，是现阶段我国锂工业迅速发展中的一项崭新内容。而当前我国资源开采利用产业正处于“转型阶段”，即由“粗放型”的传统生产模式向“资源节约型”的循环经济发展模式过渡。作为战略资源，锂产业的发展更应遵循循环经济原则，在全面分析当前锂产业形势的基础上进行合理的开发与规划。本文将从产业链的角度，对现阶段我国锂的工业利用进行综合评价，逐一分析各关键环节的发展现状及亟待解决的关键问题，并对今后的发展前景进行初步探讨。

1 锂产业概况

1.1 锂资源特点

自然界中的锂主要存在于锂辉石、锂云母和卤水中，天然存在形式主要有碳酸锂和氯化锂。我国是锂资源较丰富的国家，已探明锂资源储量约 54万吨（折纯锂），居世界前列[3-4]。我国锂资源的特点主要有以下几点。

（1）资源分布较集中。我国锂辉石主要分布于新疆的可可托海、阿尔泰及四川康定等地；锂云母主要产于江西宜春地区；卤水锂除四川和湖北有少量地下卤水资源外，主要分布于青海和西藏的盐湖中，其中青海柴达木盆地盐湖锂的储量较大。

（2）卤水锂资源占绝对优势。在世界范围内，卤水锂占锂资源总量的1/3[5]；而我国卤水锂所占的比例达79%[6]，是我国锂资源的重要来源。

（3）卤水伴生元素较多。尽管卤水中存在丰富的锂资源，但硼、钾、镁、钠等伴生元素众多，尤其是镁元素的大量存在增加了卤水锂提取的难度。

1.2 锂产业框架

锂资源开采后经一系列加工过程可生产制得多种锂盐产品，构成复杂的锂产业。以加工程度为划分依据，锂产品大致可分为初加工产品及深加工产品。常见的初加工产品包括碳酸锂（Li2CO3）、一水氢氧化锂（LiOH·H2O）、氯化锂（LiCl）；深加工产品主要包括金属锂、锂合金、溴化锂、氟化锂、高纯碳酸锂、铬酸锂、钴酸锂、锰酸锂、硫酸锂、铁酸锂等[7-8]。以锂产品的用途为划分依据，可分为电池用锂产品、金属冶炼用、航空航天用、玻璃陶瓷用、制冷润滑用、医药用锂产品等。不同阶段、不同用途的锂产品均代表了锂资源的流向，共同构成锂产业基本框架，如图1所示。

2 锂产业发展现状

2.1 开采环节

针对矿石锂和卤水锂两种天然存在形式，锂资源的开采方式也分为两种：矿石提锂和卤水提锂。

2.1.1 技术现状

图1 我国锂产业基本框架

图2 锂辉石提锂工艺过程

（1）矿石提锂技术 以锂矿石为原料制取锂盐的方法主要有硫酸法、硫酸盐法和石灰法[9]，其主要工艺过程是将锂矿石加硫酸或硫酸盐、石灰进行烧结，然后进行溶解、过滤提纯，制得成品。以锂辉石为例，提取锂的工艺过程如图2所示。锂辉石原矿开采后，经过球磨粉碎、浮选富集，生产出锂精矿；锂精矿改性后在250 ℃条件下与硫酸混合反应生成硫酸锂；硫酸锂在水中溶解过滤，通过加入苏打粉生成不溶性的碳酸锂固体，分离烘干即得到一次产品碳酸锂。

（2）卤水提锂技术 常见的卤水提锂技术主要包括沉淀法、煅烧浸取法、溶剂萃取法、离子交换（吸附）法、盐析法等[10-14]。其中，沉淀法和煅烧浸取法已在工业上得到应用，溶剂萃取法和离子交换法尚处于研究阶段，各方法综合比较见表1。

2.1.2 工业现状

由于卤水中锂资源储量更丰富，且成本低于矿石锂的开采，因此卤水提锂已成为锂资源开采的趋势[15]。一般而言，卤水中镁锂比值的高低决定了利用卤水资源生产锂盐的可行性以及锂盐产品的生产成本和经济效益[16]。尽管目前国外卤水提锂已占锂来源的 80%以上，然而在我国，由于卤水多具有较高的镁锂比，提取技术仍为行业瓶颈，因此矿石提锂依然是锂资源的重要获取途径。目前我国主要锂产品加工企业原料来源及消耗情况[17]如表2所示。

表1 卤水提锂技术基本情况

表2 2008年我国主要锂产品加工企业原料来源及消耗情况

2.2 加工环节

锂资源开采后，经初加工可制得碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂等产品；进一步深加工可得到金属锂、氟化锂、钴酸锂、锂基脂等深加工产品[18]。以下重点介绍锂产业加工环节中几种重要的锂产品。

（1）碳酸锂 碳酸锂是锂工业中最重要的基础产品。普通碳酸锂主要由天然资源简单加工制得，经深加工可制得氟化锂、金属锂、氯化锂、溴化锂、高纯碳酸锂等多种锂产品，在电池、核反应堆、航空航天等领域有重要作用。近年来碳酸锂市场需求保持快速增长，尤其随着新能源电动汽车在汽车工业中比重的不断增加，过去3年我国碳酸锂的产量持续上升，2007年国内碳酸锂产量约1.8万吨，2008年约2万吨，2009已达2.2万吨。目前世界碳酸锂市场容量约9万吨/年，我国碳酸锂约占全球碳酸锂市场份额约25%。根据全球的锂资源分布及技术开发情况，目前德国Chemetall公司、美国FMC公司和智利SQM是最主要锂生产企业，其产品约占市场的70%，我国主要锂加工企业及其碳酸锂产量如表2所示（2008年）。

（2）氢氧化锂 氢氧化锂也是重要初加工锂产品，目前主要用于生产锂基润滑脂、碱性蓄电池的电解液及溴化锂制冷机吸收液等。使用氢氧化锂生产的锂基脂具有使用寿命长、抗水性强、防火性能好、难氧化、加热制冷性能稳定的优点；添加氢氧化锂的电池具有寿命长、蓄电量高的特点。2007年Chemetall、FMC、SQM三家企业生产氢氧化锂共计6500吨；当年我国氢氧化锂产量近1万吨，其中出口3784.5吨，在世界氢氧化锂市场占据重要地位。2008年我国氢氧化锂产量约10000吨，进口78吨，出口约2874吨。我国氢氧化锂在各领域的消费比例如图3所示[17]。

图3 我国氢氧化锂消费领域及比例

锂矿石和卤水都可作为氢氧化锂的生产原料，此外，氢氧化锂也可由碳酸锂、硫酸锂进一步加工制得。目前常见的氢氧化锂生产技术[19-22]及其反应原理如表3所示。

（3）氯化锂 氯化锂是生产金属锂的重要初加工产品；利用融盐电解氯化锂制金属锂也是工业上加工金属锂的唯一方法。除了合金冶炼行业的应用之外，近年来氯化锂在生物学、医学等领域也得到广泛应用。在医学上用于治疗糖尿病、遗传研究等[23]；在生物学中用于分离提取RNA 及少量质粒DNA 的提取和纯化；在食品（啤酒）、医药、环保等行业作为诱变剂用于选育优质菌种、培育高产菌株、合成医药中间体等；在有机结构分析领域作为重要的阳离子添加剂；在新材料领域广泛应用于甲壳素（质）的生产；在空调机和除湿机中作为吸附剂和除湿剂。

碳酸锂或氢氧化锂转化法是目前我国生产氯化锂最主要的工业方法，其基本原理为：碳酸锂或氢氧化锂在耐腐蚀的反应器中与30 %的盐酸反应，得到接近饱和的氯化锂溶液；然后向该酸性 LiCl溶液中加入适量的BaCl2溶液以除去硫酸根杂质，过滤后用LiOH 调节pH 值至中性；通过喷雾沸腾造粒或喷雾干燥即可得到无水氯化锂。此外，还有硫酸转化法、氢氧化锂氯化法、溶剂萃取法、离子交换吸附法、盐析法、浮选法等多种技术，但多数仍处于研究阶段。

（4）金属锂 金属锂具有质量轻、负电位高、比能量大等优点，其电化学当量仅次于铍，1 g锂能放出3186 A·h 的电量，是常用电池材料中最高的。据美国铝工业协会预测，21世纪仅铝锂合金需求量将达60万吨，需金属锂1.5万吨。我国是全球第二大金属锂生产国，2007年我国金属锂产能合计800吨[24]，约占全球总产能的35%，2008年超过1000吨；其中用于出口的金属锂约占总产量的一半以上。金属锂既可直接作为电池原料，又可深加工制成丁基锂等锂盐，其合金和化合物被广泛地用于原子能工业、冶金工业、电池、玻璃、陶瓷、化工、航天工业等许多领域。除了用作手机、电子手表、笔记本电脑等电器电池外，金属锂还可用于心脏起博器、无线电通讯设备、导弹点火系统、潜艇、飞机及一些特殊的军事用途等[25]。锂还可以制作大型锂蓄电池，作为存储装置将非高峰时期发的电能、太阳能、核能、风能等储存备用。

表3 氢氧化锂生产技术及原理

表4 金属锂生产技术对比

金属锂的生产技术主要包括融盐电解技术和真空热还原技术[26-27]，其中国内采用的主要是融盐电解技术，两种技术的比较见表4。

（5）氟化锂 氟化锂主要通过碳酸锂或氢氧化锂与氢氟酸反应制得，大量用于铝、镁合金的焊剂中，在电解铝工业中也可作为添加剂提高电解效率；氟化锂还可用于原子能工业中的中子屏蔽材料、熔盐反应堆中的溶剂，以及光学材料中的紫外线透明窗、搪瓷、玻璃、陶瓷工业中的助熔剂。

根据制备高纯氟化锂时是否对原料进行除杂及除杂方式的不同，可将高纯LiF的制备方法分为直接制备法、离子交换制备法和萃取制备法[28]，其中目前应用较多的是萃取制备法与离子交换制备法。但不管用哪种方法制备高纯氟化锂，都需要在得到粗产品后对其进行一系列的后续纯化，如用高纯水及高纯氢氟酸洗涤。

（6）钴酸锂 在众多锂产品中，锂电池由于具有工作电压高、体积小、污染少、循环寿命长等优点，己成为最重要的锂产品，广泛应用于移动电话、数码产品、新能源汽车等领域，资源消耗量约占全部锂消耗量的20%。我国作为最大的锂离子电池生产、消费和出口国，近年来在全球的市场份额保持在34%左右。

钴酸锂与磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂一并作为锂电池阳极材料[29]，其中钴酸锂由于电压高、放电平稳、生产工艺简单等优点占据着锂电池市场的主导地位[30-31]。近年来需求量迅速增加。2002年我国钴酸锂消费量约1000吨[32]，至2008年消费量已达10000吨[17]。

钴酸锂的制备方法主要包括高温固相合成法、低温固相合成法[32]、溶胶-凝胶法[33]、水热合成法、沉淀-冷冻法[34]、喷雾干燥法[35]、微波合成法[36]等。目前，生产上最常用的方法为高温固相合成法，其主要原理是将碳酸锂和钴的化合物（如碳酸钴CoCO3或碱式碳酸钴2CoCO3·3Co(OH)2·3H2O、氧化亚钴CoO、氧化钴Co2O3或Co3O4等）按Li/Co（原子比）=1的比例混合，在空气中900 ℃加热5 h左右，固相热合制备而成。

其主要反应式见式（1）、式（2）。

（7）锂基润滑脂 锂基润滑脂是以脂肪酸钾皂稠化中等黏度的润滑油加抗氧剂等添加剂所制成的一种多用途润滑脂[37]。我国润滑脂生产在世界上占有极其重要的地位。2006 年我国润滑脂产量为27.8万吨，约占世界总产量的25%，至2007年该份额已上升至33%。锂基脂由于具有较好的高温性能、胶体安定性、抗水性能以及润滑性能[38-39]，在润滑脂制品中的比例不断上升，每年以 3%的速率增长[40]，2006年锂基润滑脂在所有润滑脂中所占比例已达82.42%。

3 存在的问题及建议

随着锂产品应用领域的不断扩大，锂产品的市场需求日益凸显，锂资源引起人们越来越多的重视。从循环经济视角，结合锂工业中主要产品的生产工艺及消费现状可以发现，锂产品在不同环节存在复杂的转化关系，选择最佳生产方式、提高资源利用效率是发展锂产业的必然途径，这需要解决目前我国锂工业中的一些问题。

首先，在开采环节，由于我国盐湖镁锂比较高，由卤水大规模提取锂的技术有待提高，卤水锂在锂资源开采中的比例远远落后于国外发达国家，因此加快我国对卤水锂提取技术的研发是发展锂产业的重要前提。

其次，在加工环节，不少生产企业锂产品种类较少，产业化技术不够先进，资源利用率仍有待提高。由于锂产品之间存在复杂的转化关系，因此延长锂产业链、发展多元化产品是提高资源利用率、体现产业循环经济特点的关键。

此外，目前我国呈现“锂热”的发展势头，全国各地市场产能迅速扩张，容易导致只关注锂资源而忽略其它有价值伴生资源的情形，因此政府应发挥宏观调控、统筹规划的作用，不仅关注于锂资源产业的发展，同时关注其它伴生资源、副产物的综合利用；不仅关注开发锂产品带来的经济增长和社会效益，同时重视对环境的保护和废弃物、可再生锂产品的回收，推动循环经济模式下锂产业的健康发展。

4 结 语

尽管锂产业是一个新兴的产业，但巨大的市场需求使其近年来呈现迅猛发展势头。然而锂资源的开发是一个庞大而复杂的系统工程，需尽快借鉴国内外研究经验，并结合我国锂资源、尤其是卤水资源特点，开发适于大规模工业化应用的新技术，同时兼顾其它伴生、共生资源综合开发，发展绿色锂产业，早日实现我国盐湖资源的综合利用和可持续发展。

[1] 陈婷，康自华. 我国锂资源及其开发技术进展[J]. 广东微量元素科学，2007，14：6-9.

[2] 林大泽. 锂的用途及其资源开发[J].中国安全科学学报，2004，14：72-77.

[3] 刘建军. 我国锂工业的生产现状和发展对策[J]. 产业透视，2004，5：32-37.

[4] 刘建军，冉建中. 我国锂工业展望[C]//第十届全国锂铷铯学术会议论文，2001：1-4.

[5] 游清治. 世界锂工业的发展动向和我国锂工业面临的严峻局面[J].新疆有色金属，1997，3：49-50.

[6] 翟锐. 合理开发柴达木锂[J]. 中国石油和化工，2001，7：26-27.

[7] 徐月和. 我国锂的产品品种[C]//第十届全国锂铷铯学术会议论文，2001：33-36.

[8] 游清治. 我国锂工业近年来的新进展[J]. 世界有色金属，2002（7）：4-8.

[9] 赵武壮. 我国锂资源的开发与应用[J]. 世界有色金属，2008（4）：38-40.

[10] 黄维农. 盐湖提锂研究和工业化进展[J]. 现代化工，2008，28（1）：14-18.

[11] 刘向磊，钟辉，唐中杰. 盐湖卤水提锂工艺技术现状及存在的问题[J]. 无机盐工业，2009，41：4-7.

[12] 张宝全. 柴达木盆地盐湖卤水提锂研究概况[J]. 海湖盐与化工，2000，29：9-14.

[13] 郑春辉，董殿权，刘亦凡. 卤水锂资源及其开发进展[J]. 盐业与化工，2006，35：38-42.

[14] 祝云军，李文波. 西台吉乃尔湖晶间卤水兑卤盐析制取硫酸锉的研究[J]. 盐业与化工，2006，35：3-4.

[15] 魏新俊. 柴达木盆地盐湖钾硼锂资源概况及开发前景[J]. 青海国土经略，2002（z1）：64-69.

[16] 巫辉. 我国盐湖锂资源的开发及技术研究[J]. 化学与生物工程，2006，23：4-7.

[17] 张江峰. 我国锂行业概括[J]. 中国金属通报，2009，43：38-39.

[18] 孙晓刚，肖明. 世界锂的生产消费及中国锂工业的发展问题[J].世界有色金属，2000，9：7-8.

[19] 霍立明，张江峰，董华波. 我国氢氧化锂生产及市场概况[J]. 科技，2009，17：74-75.

[20] 宋士涛，邓小川，孙建之. 卤水制备氢氧化锂研究进展[J]. 盐湖研究，2005，13：61-66.

[21] 宋士涛. 氢氧化锂的应用与生产方法研究进展[J]. 海湖盐与化工，2005，34：32-35.

[22] 王继顺. 从浓缩盐卤中分离提取硫酸锂的工艺研究[J]. 盐湖研究，1994，2：31-34.

[23] 孙建之，邓小川，宋士涛. 氯化锂的应用与生产方法研究进展[J].海湖盐与化工，2004，33：26-30.

[24] 王莉. 金属锂二次电池研究进展[J]. 化学进展，2006，18：641-647.

[25] 汪家铭. 金属锂生产应用及市场分析[J]. 无机盐工业，2007，39：15-17.

[26] 狄晓亮，庞全世，李权. 金属锂提取工艺比较分析[J]. 盐湖研究，2005，13：45-52.

[27] 李权，庞全世，高洁. 金属锂生产工艺优化[J]. 盐湖研究，2009，17：63-67.

[28] 李世友. 高纯氟化锂的制备与分析方法评述[J]. 化工矿物与加工，2006（3）：34-37.

[29] 曾祖亮. 锂离子电池正极材料技术进展[J]. 四川有色金属，2000（1）：37-43.

[30] 雷圣辉. 锂电池正极材料钴酸锂的改性研究进展[J]. 湖南有色金属，2009（5）：37-42.

[31] 闰时建，田文怀，其鲁. 锂离子电池正极材料钴酸锂近期研制进展[J]. 兵器材料科学与工程，2005，28：56-61.

[32] 李佩芳，李春红. 我国钴酸锂的生产现状[J]. 新疆有色金属，2002（3）：29-31.

[33] Peng Z S，Wan C R，Jiang.C Y. Synthesis by sol-gel process and characterization of LiCoO2cathode materials[J]. J. Power Sources，1998，72：215-220.

[34] Chiang Y M，Jiang Y I，Wang H，et al. Synthesis of LiCoO2by decomposition and intercalation of hydroxide[J]. J. Electrochem. Soc.，1998，145（3）：887-891.

[35] Konstantinov K，Wang G X，Y. J，Stoichiometry-controlled high-performance LiCoO2electrode materials prepared by a spray solution technique[J]. J. Power Sources，2003，119：195-200.

[36] Yan H W，Huang X J，L.Z. H. Microwave synthesis of LiCoO2cathode materials[J]. J. Power Sources，1997，68：530-532.

[37] 胡海鹏，张世卿. 润滑脂发展前景[J]. 化学工程师，2002（4）：27.

[38] 刘福，杨志峰，刘道芬. 锂基润滑脂的研制与应用[J]. 化学与粘合，1995（3）：157-158.

[39] 益建国，杨舒虹. 复合锂基润滑脂的性能及应用[J]. 合成润滑材料，2003，30：4-6.

[40] 杨俊，蒋明俊，朱立业. 复合锂钙基润滑脂[J]. 合成润滑材料，2008，35：12-14.

Review on lithium industry in China

XUE Jing，HU Shanying
（Department of Chemical Engineering，Center for Industrial Ecology，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

TQ 014

A

1000–6613（2011）04–0782–07

2010-10-10；修改稿日期：2010-12-20。

中国博士后基金项目（20090460300）。

雪晶（1981—），女，博士。E-mail xuejing@tsinghua.edu.cn。联系人：胡山鹰，教授。E-mail hxr-dce@tsinghua.edu.cn。