我们认为,未来萃取法的研发方向主要为探索环保、稳定的萃取剂。受制于对设备和环境 的破坏,萃取法在当下的发展空间受限,寻找更环保、稳定的萃取剂是学界主要的发展趋 势。
1.3.4. 膜分离法:通过膜的选择性实现镁锂分离,维护成本较高
膜分离法,又称离子选择性迁移法,是通过外在驱动力的作用对溶质进行分离的方法,主 要分为电渗析法和纳滤膜法。 电渗析膜法提铝主要利用了离子交换膜的选择性,利用电场力驱动卤水中的阳离子发生迁 移,带电的膜表面会阻止二价离子(如镁离子)通过膜,而使单价的离子(如锂离子)顺 利通过膜孔,实现分离效果。此法具有绿色环保、生产成本低及分离效果好等优点,但由 于氢氧化镁沉淀会覆盖离子交换膜从而导致电渗析效率降低,因此需要经常拆洗交换膜。 纳滤法提锂利用了纳滤膜的截留分子量和膜孔径对单价无机盐截留效果特异性,在压力差 的驱动下使溶剂穿过纳滤膜,实现镁、锂分离。但纳滤法对卤水的镁锂比要求较高(一般 要求低于 30),因此当前尚未能实现独立提锂,需要与吸附法、电渗析法等技术配合使用。
经过纳滤膜前期处理后的富锂卤水可以通过反渗透技术进一步除杂提纯。反渗透是渗透作 用的逆过程,一般是在外界压力的作用下,以半透膜为主要元件,利用其截留可溶性锂盐 的分离技术。由于半透膜两侧浓度梯度存在差异,卤水中的水分子沿梯度差移动到膜的渗 透侧形成纯净水,在膜另一侧的渗余液便为富锂溶液。 膜分离法提锂优点突出,分离膜的进口替代正在稳步推行。膜分离法的优点在于分离效果 优秀,可提高最终产品的质量,且过程不使用强酸强碱,较为环保。随着我国膜产业自主 创新能力的不断提高,纳滤膜、反渗透膜的生产技术已经较为成熟,膜材料的稳定性和一 致性实现较大提升,膜材料进口替代比例不断提升,较成熟的技术也推动成本下降,以往 制约膜法工艺在盐湖提锂大规模应用的多重因素逐步瓦解。膜分离法提锂有望在未来迎来 更的发展机遇。 国内使用膜分离法的厂商主要是青海东台吉乃尔锂资源股份有限公司。公司主要使用电渗 析法制取碳酸锂。截至 2022 年 4 月,公司及其子公司已合计拥有 2 万吨碳酸锂生产线, 其所生产的碳酸锂产品品质稳定且达到电池级标准。
1.3.5. 太阳池法:因地制宜、成本低廉,局限性较大
太阳池法利用碳酸锂溶解度呈现负温度效应的特性,通过在盐梯度太阳池中加热高锂成卤 获得碳酸锂。盐梯度太阳池从上到下由 3 层组成。上层为上对流层,主要成分为淡水,其 温度与环境温度接近,对其下盐梯度层起到保护作用;下层为下对流层,主要成分为饱和 盐溶液,具有吸热和储热的功能;中间非对流层的盐浓度随着池深度的增加而不断增加, 利用淡水、卤水折射率的不同,将热能储存于池底卤水中,提高了下对流层的温度。由于 碳酸锂的溶解度随温度升高而降低,而卤水中其他盐类溶解度的变化均与之相反,所以在 下对流层升温后,其他盐类难以析出,而碳酸锂会大量析出,在池底沉淀富集。在冬季, 卤水中锂浓度较高,且由于太阳池出色的储热能力,碳酸锂仍能从卤水中析出,从而能够 实现全年连续生产。
太阳池提锂工艺因地制宜、成本低廉,但生产过程受制于气候、淡水供给量、卤水类型等条件,推广空间有限。西藏扎布耶盐湖的卤水类型为碳酸盐型,其中的碳酸锂易在传统提 取方法的各阶段分散析出,极不利于高品位锂盐的产业化开发,而太阳池法则解决了这个 问题。太阳池法充分利用了青藏高原太阳能丰富、具备修建盐田的地理条件等优势,克服 了高原地区交通不便、缺乏能源供给等困难,是因地制宜、低价环保的提锂方法。但此法 的缺陷在于,需要充分的光照条件,淡水消耗量偏高,且仅适用于碳酸盐型盐湖的卤水提 锂。总体来说,此法具有一定的局限性,仅适用于西藏扎布耶盐湖,推广空间有限。
1.3.6. 煅烧法:实现盐湖资源综合利用,能耗较高
煅烧法利用了氧化镁的难溶性实现锂镁分离。该法以盐田中蒸发浓缩、提钾除硼后的含锂 卤水为原料,采用喷雾干燥、高温煅烧的方法得到含锂氧化镁,加水过滤浸取获得含锂溶 液,最后加入纯碱沉淀得到碳酸锂。 煅烧法一定程度上可以实现盐湖资源的综合利用,其局限在与能耗大、污染重。通过煅烧 法可以获得碳酸锂产物,过程中还会产出氧化镁、硼酸等副产品,一定程度上实现了盐湖 资源的综合利用。但该工艺在煅烧环节需要消耗大量天然气,且产生的氯化氢气体会对设 备造成严重腐蚀,使得生产过程能耗高、污染重。青海中信国安锂业发展有限公司曾使用 该法提锂,但其局限性限制了公司实际的产能规模,公司在二期新产线中已放弃了煅烧法 工艺,而计划采用“纳滤膜反渗透 MVR 蒸发浓缩沉锂工艺”。
1.3.7. 电化学法:对电极材料和电解液存在一定要求,有待在产业化应用中验证
电化学法利用锂电池系统中的锂插层/脱层原理提锂。作为锂捕获材料,工作电极先从卤 水中捕获锂离子,再将其释放到溶液中回收,从而实现锂元素的提取。这种方法可以避免 传统脱锂过程中使用酸洗造成的材料溶损,增强了循环性能,是一种低能耗、高效率的提 锂技术。目前学界已探索出 LiFePO4/FePO4 电极体系,实现了卤水中锂的选择性提取,并 正在将该技术往产业化推广。 使用电化学方法提取锂的过程简单、连续性好,回收过程不用添加其他化学试剂,几乎不 引入杂质,产品的纯度和回收率高。该法要求锂捕获材料具有优良的选择性、高的锂容量 和长期稳定性。在电极上化学反应中需避免副反应,对电解液组成要求较高,系统需要进 一步优化,并在产业化应用中验证适用性。
各种盐湖提锂工艺各有优劣,生产过程中需要结合当地的气候、地理条件、盐湖镁锂比和 浓度综合选择合适工艺路径。
1.3.8. “吸附 膜”工艺未来或成主流
绿色、经济、适合国情,“吸附 膜”提锂工艺在未来更具有发展前景。我国盐湖资源禀赋 相较于国外盐湖更差,主要表现为镁锂比高,部分地区盐湖锂浓度较低,不利于锂的提取 和分离。“吸附 膜”的提锂工艺对适合原卤提锂、选择性好、污染低、产线建设达产速度 快,满足产业需求。我们认为该法或为未来盐湖提锂工艺的主流发展方向。我们认为,寻 找高效持久的吸附剂、实现膜的进口替代或将成为行业的核心壁垒所在。
1.4. 现有产能集中青海地区,未来产能正在积极部署
青海盐湖产能开发初具规模,西藏盐湖资源开发有待加速。我国盐湖主要分布在青海、西 藏地区,如西台吉乃尔盐湖、察尔汗盐湖、大柴旦盐湖等。由于高原地区盐湖开采存在气 候、技术、环保监管等方面的问题,我国早期盐湖资源开发进程较为缓慢。近年来随着锂 资源需求的不断攀升和我国采锂工艺的技术进步,我国盐湖锂资源的开采进程正在有力推 进中。分地区来看,青海盐湖现有产能领先西藏。据不完全统计,目前已在青海盐湖部署 产能的企业有五矿盐湖、盐湖股份、藏格矿业等,各开采企业在青海的投产产能共约 11 万吨 LCE,未来规划中待开发的产能共约 15 万吨 LCE。西藏地区由于气候、环保、运输条 件更加苛刻,盐湖开发较晚,目前现有产能仅为 0.7 万吨 LCE。随着各大企业积极部署在藏盐湖产能,未来规划产能有望达 20 万吨 LCE。
2. 提锂材料市场具有潜力,国产替代曙光将至2.1. 静待产能释放,盐湖提锂材料保持增量
膜分离法技术工艺成熟,盐湖提锂应用值得期待。在盐湖提锂的技术工艺中,膜分离法是 盐湖提锂中应用相对较多的方法之一。该方法主要是通过一种或多种膜材料进行梯度耦合, 以实现提取低价锂离子。膜分离法包括全膜法、吸附 膜法以及电渗析法等。随着吸附设 备和吸附剂等不断发展,以吸附 膜法提取锂资源也逐渐成为主流的应用方式,适用于锂 含量较低的盐湖。此外,膜分离工艺还包括电渗析法,离子交换膜是核心耗材,适合于高 镁锂比盐湖。膜材料是膜分离法最重要的构成部分,主要以超滤膜、纳滤膜和反渗透膜为 代表的有机膜应用主。
膜材料消费量保持增长,长期有望实现增量扩张。根据 2021 年发表的《中国膜产业发展 概况及市场分析》统计,2020 年我国膜产品消费情况中,反渗透膜和纳滤膜市场份额占比 超过 50%,超滤膜、微滤膜和电渗析膜各自占比 10%。根据 Global Info Research 统计数据 显示,2021 年全球纳滤膜销售额达 3.26 亿美元,2016-2021 年复合增长率达 10.12%,预 计到 2025 年全球纳滤膜销售额将达 5.55 亿美元。盐湖卤水提锂丰富了分离膜的使用场景, 随着盐湖卤水提锂开发进程持续加快,膜产品使用量有望进一步增加,以反渗透膜和纳滤 膜为代表的分离膜或将具有较大的消费潜力。
锂资源产能或将释放,盐湖提锂材料需求增量。我们根据主要盐湖提锂公司公开数据测算, 据不完全统计,截至 2022 年 11 月 20 日,我国通过盐湖膜法提锂的投产产能超 10 万吨, 长期来看,我国已经处在规划和建设中的年产量约 35 万吨,盐湖提锂产能具有潜力。随 着我国盐湖锂资源开发进程逐步加快,我国盐湖提锂的产量或将稳定提升。
材料替换周期较短,需求有望实现持续放量。在进行盐湖提锂过程中,通过膜分离技术降 低镁浓度,原料卤水通过纳滤膜和反渗透膜产出富锂溶液,高盐度盐湖卤水对于膜的稳定 性和耐酸碱性提出更高要求,纳滤膜和反渗透膜在提锂中损耗较多。纳滤膜和反渗透膜等 膜材料替换周期相对较短,纳滤膜一般使用寿命为3~5年,在个别使用环境苛刻的工艺段, 使用寿命为 1~2 年。在吸附 膜法的盐湖提锂过程中,吸附剂每年需要更新补充的容量大 约为 5%~10%。总体来看,膜材料和吸附剂的替换周期相对较短,存量需求相对稳定。
膜材料方面,按照单万吨提锂需要消耗 4,000~5,000 个纳滤膜测算,我们测算我国当前投 产产能的纳滤膜需求量达 4.3~5.4 万个,我们预计未来我国纳滤膜需求量将达到 18.2~22.8 万个。吸附剂方面,按照单万吨锂矿需要消耗 500~600 吨吸附剂测算,我们测算我国当前 实际产量的吸附剂需求量达 0.5~0.6 万吨,我们预计未来我国吸附剂的需求量将达到 2.3~2.7 万吨。随着我国盐湖提锂产能逐渐释放,盐湖提锂材料市场具有一定的增量空间。