国内碳酸锂生产工艺和效益分析

彭建忠

(中蓝长化工程科技有限公司，湖南长沙 410116)

锂(Li)是自然界最轻的金属元素，被誉为21世纪“白色石油”和“推动世界进步的重要能源元素”之一。金属锂及其化合物性质优良，应用领域遍及新能源、新药品与新材料三大新兴朝阳行业，特别是新能源行业，锂离子电池作为一种新型的二次能源电池，广泛应用于电子产品、电动工具、工业储能和电动汽车中[1]。2018-07国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，提出要加快调整能源结构，构建清洁低碳高效能源体系。随着新能源电动汽车的发展，我国锂产业发展迅速，具有巨大的发展潜力。随着锂电新能源市场的崛起，碳酸锂(Li2CO3)作为锂离子电池的一种关键原材料，其市场需求也快速增长。文章结合我国碳酸锂的基本生产情况，介绍当前国内碳酸锂的生产工艺和经济效益。

1 我国碳酸锂生产现状

根据美国地质调查局2018年的统计数据，世界已查明的锂资源量约6 200万t(金属锂计)，中国的储量约700万t，占全球的11%。2018年中国锂盐产量16.7万t(碳酸锂当量)，其中，碳酸锂产量12.5万t。生产碳酸锂的主要原料是含锂矿石和盐湖卤水，我国四川、湖北、江西、湖南以锂矿石资源为主，占我国锂资源的15%；青海、西藏以盐湖资源为主，占我国锂资源的85%。

碳酸锂的主要生产国是智利、美国、澳大利亚和中国。虽然我国拥有丰富的资源储量，但是国内锂产品加工原料对外依存度达80%，锂加工企业需要从南半球运锂辉石矿和卤水来生产锂盐，其中，进口锂辉石加工占比66%，进口高浓度卤水加工占比18%。我国锂资源进口主要原因，一是矿石提锂中锂云母资源生产成本居高不下，锂辉石矿石资源或地理开采难度大，或品质差分布散，基本无法长期满足碳酸锂生产企业需求，国内企业纷纷从国外进口高品质锂精矿资源。二是卤水提锂技术难度大，我国盐湖卤水镁锂比高，从高镁低锂老卤中提纯分离碳酸锂的工艺技术难度大，在很长一段时间内这些技术仅掌握在SQM、FMC、和Chemetall三家手中，技术壁垒使得国内企业不得不从国外进口镁含量较低的高浓度卤水。

2 我国碳酸锂生产工艺

矿石提锂与卤水提锂由于原料路线不同形成两种生产工艺。就现实情况而言，我国的矿石提锂技术在工艺和产能上具有较大优势，成为当前主流；而卤水提锂技术则发展相对较慢，但近年来青海盐湖卤水提锂技术取得重大突破，虽然青海已有大规模卤水提锂项目投产，但是由于资源和成本的限制，今后国内碳酸锂生产将仍由矿石提锂主导，并将长期保持该格局。下面介绍我国碳酸锂生产企业不同原料下的生产工艺。

2.1 矿石提锂

当前我国企业的矿石提锂主要以锂辉石和锂云母为原料。国内四川阿坝、甘孜等地的锂辉石矿由于地理位置等因素开发进展缓慢，而其他地区的矿石品味低导致生产成本偏高，目前绝大部分锂辉石矿依靠进口；江西省宜春市拥有世界储量最大的锂云母矿山，经探明可利用的氧化锂资源在250万t以上，可生产出氧化锂品位在4%左右的锂云母精矿约6 250万t，市场潜力巨大。由于原矿含量和组分不同也有不同工艺。

2.1.1 利用锂辉石生产碳酸锂工艺

硫酸法处理锂辉石精矿生产工艺如图1[2]。

利用锂辉石制备碳酸锂的生产工艺较为成熟，国内碳酸锂的主要生产厂家多采用此工艺。该法的优点是：收率高；可以从含锂量较低(含量1%～1.5%)提取；浸取焙烧液中锂含量高(35 g/L～55 g/L)。缺点是：相当量硫酸与纯碱反应生成价值较低硫酸盐；加入硫酸进行焙烧，环保压力大，尾气处理投资和运行费用较高。因此，硫酸法应控制硫酸加入量。

2.1.2 利用锂云母生产碳酸锂工艺

目前，国内开发的锂云母提锂主要工艺有硫酸盐焙烧法、石灰石烧结法、硫酸焙烧法几种，目前应用较为成熟的硫酸盐焙烧法。

硫酸盐焙烧法生产工艺如图2[3-4]。

这个方法的优点是：渣量只有硫酸焙烧法的40%；氧化锂的回收率最高可达到75%；能耗较低，相当于石灰石烧结法的35%。该工艺的不足也比较明显：辅料加入量大，成本较高；该体系为硫酸盐体系，副产物需进一步分离；锂云母成分复杂，流程长；锂云母中钾、铷、铯等贵重金属均未回收；渣的利用性是一个未知数。

图1 硫酸法处理锂辉石精矿生产工艺Fig.1 Production process of spodumene concentrate treated by sulphuric acid process

图2 硫酸盐焙烧法生产工艺Fig.2 Production process of sulfate roasting method

2.2 卤水提锂

我国盐湖锂资源主要分布在西藏和青海两地。西藏地区盐湖卤水品质高，部分盐湖的镁锂比低至0.03，但其盐湖资源分散，且西藏自然环境恶劣，配套基础设施缺乏，不利于规模化生产，如西藏矿业扎布耶盐湖的开采技术成熟，但生产效率低下。青海盐湖卤水大多为高镁锂比的卤水，锂资源开采的技术难度大。2014年青海盐湖集团旗下的蓝科锂业取得高镁低锂老卤提取碳酸锂的关键技术突破，蓝科锂业主要开采察尔汗盐湖锂盐资源，采用了离子树脂交换吸附法，已大规模生产工业级碳酸锂。

盐湖卤水生产碳酸锂工艺如图3[5-6]。

图3 盐湖卤水生产碳酸锂工艺Fig.3 Lithium carbonate production from salt lake brine

该工艺优点是解决了察尔汗盐湖高镁、锂比盐湖卤水提锂的难题，综合利用盐湖卤水资源。该工艺缺点是投资较大，生产成本高，碳酸锂产品质量低。该工艺利用吸附剂选择性的吸附卤水中的锂，选择性能优良且可循环利用的吸附剂是关键环节。除此之外，还需要吸附剂成本低且制作简便，容易进行洗脱，污染环境少。

无论采用锂矿石还是盐湖卤水生产碳酸锂，或多或少都存在技术问题需要进一步解决和完善。锂资源高效开发与综合利用是该行业的必然发展趋势，各生产企业在选择合适的生产工艺时应该结合实际情况同时考虑原料来源，运输成本，能源消耗，废气、废渣、废水处理等问题，以实现清洁、高效、综合利用的提锂过程。

3 我国碳酸锂生产经济效益

据中国有色金属工业协会锂业分会初步统计，2017年全球锂盐产量为23.54万t(碳酸锂当量)，2018年全球锂盐产量约27.6万t。锂盐产量增加主要来自中国，其中国内产量16.7万t，同比增长35.77%。2018年我国进口锂盐总计2.79万t(碳酸锂当量)，出口3.54万t，全年锂盐净出口7 518 t，首次实现锂盐净出口。此外，目前国内主要碳酸锂、氢氧化锂生产企业产能利用率约85%，产能未完全释放。我国生产的碳酸锂虽然已具备一定规模，但综合考虑产品质量与经济效益，与国外龙头企业相比还存在一定差距，仍然有较大的进步空间。

2018年我国从澳大利亚进口锂辉石精矿137万t，锂辉石原矿287万t。经粗略估算，进口品位为5%～6%的锂辉石精矿需750 S|/t，大约每9 t锂辉石精矿能够生产1 t碳酸锂，原料成本4万元～5万元，加工成本2万元，用锂辉石精矿生产1 t碳酸锂的整体成本为6万元～7万元；国产4%品位的锂云母精矿价格为1 900元/t，大约每15 t～16 t锂云母精矿能够生产1 t碳酸锂，原料成本约3万元，加工成本3万元/t，用锂云母精矿生产1 t碳酸锂的整体成本约6万元。2018年，碳酸锂产品价格大幅下降，电池级碳酸锂从16.6万元/t降到7.95万元/t；工业级碳酸锂从15万元/t降到6.85万元/t。当前矿石提锂的龙头企业是天齐和赣锋。2018年天齐锂业电池级碳酸锂产能2.8万t，电池级氢氧化锂产能0.5万t，其在澳大利亚投资新建的2.4万t电池级氢氧化锂装置将于2019年年初投产。在其2018年公布的年报中指出，公司全年营收62.44亿元，净利润为22亿元，净利润率为35%。2017年赣锋锂业产能4万t(碳酸锂当量)，2019年预计产能将达到8万t～9万t。在其2017年公布的年报中也提到，公司全年营收为43.83亿元，净利润为14.69亿元，净利润率为33.5%。

国内盐湖提锂的开采企业主要有中信国安、盐湖集团、西藏矿业，青海盐湖集团旗下的蓝科锂业通过近10 a的研究，摸索出一条可工业化生产的技术路线。该公司采用盐湖生产钾肥后排放的老卤作为主要初始原料，大大节约了原料成本。经估算，大约每1 800 m3的卤水能生产1 t碳酸锂，每立方米卤水折合成本2元，能将盐湖提锂的整体成本控制在3.5万元/t。按蓝科锂业2018年全年碳酸锂产量约11 000 t，净利润在3亿元以上。

文章结合我国碳酸锂的生产情况，介绍当前国内碳酸锂生产的基本工艺和经济效益。随着人们对环境保护的迫切希望和新能源汽车消费的崛起，可以预测碳酸锂[7]还具有巨大的市场潜力可挖掘。改进生产工艺，提高碳酸锂产品质量，推进锂电新能源的发展是我国工业可持续发展的又一重要命题。