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重要礦產資源調查計劃——鋰礦的開發:從硬巖到鹽湖鹵水

編著:天津地質調查中心 李效廣李志丹    

    一、  狡兔三窟,鋰有多窟


要得虎子,需入虎穴。人類要獲得鋰,就需要從鋰的居所中提取。

巖石、鹽湖海水、地下鹵水、火山和植物中都有鋰的存在。

前三者是主要來源,其中的鋰分別稱為硬巖鋰,鹽湖鋰和海水鋰

最初,鋰主要從硬巖中提取;現在,人類實現從鹽湖鹵水中提鋰后,低成本的鹽湖鹵水鋰便開始替代硬巖鋰。

近年,深埋于地下深處的深層鹵水有多處已發現含有較豐富的鋰,但目前尚未利用。另外,有些國家的科學家正在研究從海水中提鋰的工藝。

                                                          二、 硬巖提鋰:高含量·高成本

鋰輝石成為人類第一種工業開發利用的鋰資源,并實現商業化生產。

鋰輝石是一種富含鋰的礦物,主要賦存于一種礦物顆粒粗大、質地堅硬的花崗偉晶巖中。由于自然界中,非常純的含鋰礦物獨立成礦并不多見,而是常富集于偉晶巖、白云母花崗巖或熱液石英脈中,因此,常說的硬巖型鋰礦是指偉晶巖型、白云母花崗巖型等。

硬巖鋰礦找礦具有較大的風險性,高投入也不一定能找到高品位的鋰礦,而從硬巖礦石中開采、提鋰也具有一定挑戰性。從勘查、鉆探、樣品分析測試到開采、破碎、煅燒、選礦等各個環節的所有步驟都不簡單,還要加入堿或者加氫氧化鈉,才能變成碳酸鋰或者氫氧化鋰,由于從頭到尾都要消耗能源,成本比較高,對環境也會產生不利的影響。硬巖提鋰的成本基本為6~8美元/千克。

                                                           三、 海水中提鋰:低含量·高成本


蔚藍大海中賦存有巨量的鋰,約為2600億噸,是目前全球已查明鋰資源量的6500余倍。但其含量極低,Li在海水中的濃度為0.16mg/L。

中國、美國、日本、韓國等國在開展海水中提鋰研究。

海水提鋰主要有2種途徑:一是直接從巨量海水中提取微量的鋰元素,提鋰工藝研究有持續報道;二是從海水淡化后的濃海水或海鹽制鹽后的鹵水中提取,海水淡化廠每年均會排放大量濃海水或者排入海水鹽場制鹽。已有個別機構正在實施濃海水提鋰新技術開發及中試線建設工作,但由于成本過高,據估計為80美元/千克,尚不能進行商業化生產。

圖為天津海晶集團海鹽化工廠的曬鹽池,現僅提取鈉鉀鎂等


                                                              四、 鹽湖鹵水提鋰:高含量·低成本

相比于從硬巖中的鋰,鹽湖鹵水中提鋰有天然的低成本優勢。

鹵水中的鋰卻本身已是游離態或者是游離的化合態。因此鹵水提鋰時直接省掉了開采、破碎、粗級選礦的三個環節。更何況,有的鹽湖鹵水早已用作提取鉀鹽了,再提取鋰僅需要增加部分工藝設備與流程即可。

圖示不同含鹽量的水類型(作者據WIKI有關資料翻譯制作)

地球上最干旱的地區之一是橫跨智利和秘魯的阿塔卡瑪沙漠,沙漠主要由鹽湖、沙丘和長英熔巖構成,而其中有個叫阿塔卡瑪的鹽湖。該鹽湖年最高蒸發量為3500mm,而年極端最低降水量不到30毫米。這個鹽湖的鹵水中富含鋰,其鋰金屬資源儲量高達630萬噸,約占全球份額的24%。

圖為阿塔卡瑪鹽湖,水面為鹵水,凸起固狀物為結晶礦物質


1997年,智利化學礦業公司(SQM)開始從阿塔卡瑪鹽湖中生產碳酸鋰,提鋰成功,將碳酸鋰價格降至1500美元/噸,也就是1.5美元/千克(現在更低),而同期國際價格為3300美元/噸,將比之下,鹵水鋰價格腰斬一半以上。這樣,鹽湖鹵水鋰以其低廉的價格極大地沖擊了世界各國及中國的硬巖鋰業,全球硬巖型鋰礦山和提鋰企業被打得潰不成軍,紛紛停產或倒閉。目前,鹵水提鋰的成本基本為2~3美元/千克。

碳酸鋰生產成本對比

礦床

類型

生產成本(美元/kg)

中國扎布耶鹽湖

鹵水

2.5

中國鋰輝石礦床

鋰輝石

2.5-3

美國貝塞麥市

鋰輝石

2.43

中國西臺吉乃爾鹽湖

鹵水

2

美國內華達銀峰

鹵水

1.65

智利阿塔卡瑪

鹵水

1.10

此前,世界鋰鹽的生產國是以偉晶巖鋰資源為主的國家,包括美國、智利、德國、前蘇聯和中國;但自此以后,智利取代了美國,坐上了世界鋰業的頭把交椅,鹽湖鹵水提鋰也就基本取代了硬巖提鋰。

全球鹽湖鹵水鋰資源分布國與主要礦床分布示意圖

當然,全球鹽湖鹵水鋰的資源稟賦并非都像阿塔卡瑪鹽湖一樣優越。并非所有的鹽湖中鋰的品位都足夠高到值得開采,所有鹽湖中都或多或少含鋰,但大多還是極微量,不足以開采;此外,并非所有含鋰高的鹽湖都能低成本地開采鋰,因為有的高鋰鹽湖地處高海拔、交通不便、能源物資供給缺乏,或者其鹵水也含有更高含量的鎂,而鎂離子半徑與鋰的非常接近,種種因素都極大地增加了鹽湖鹵水的提鋰成本。但起碼,除了阿卡塔瑪鹽湖之外,還有不少與它類似的高品質鹽湖存在,這些鹽湖能滿足目前及未來一段時間內全球對鋰資源的需求。

當瓊錯鹽湖,富含鋰,水中顯略紅色者為鹵蟲,湖面海拔4475米,位于西藏尼瑪縣

扎布耶鹽湖富鋰且鎂含量低,全球罕見。位于西藏仲巴縣境內,總面積達242平方公里,湖泊面積235平方公里,湖面海拔高度為4400米。圖片源于網絡

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