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重要矿产资源调查计划——锂矿的开发:从硬岩到盐湖卤水

编著:天津地质调查中心 李效广李志丹    

    一、  狡兔三窟,锂有多窟


要得虎子,需入虎穴。人类要获得锂,就需要从锂的居所中提取。

岩石、盐湖海水、地下卤水、火山和植物中都有锂的存在。

前三者是主要来源,其中的锂分别称为硬岩锂,盐湖锂和海水锂

最初,锂主要从硬岩中提取;现在,人类实现从盐湖卤水中提锂后,低成本的盐湖卤水锂便开始替代硬岩锂。

近年,深埋于地下深处的深层卤水有多处已发现含有较丰富的锂,但目前尚未利用。另外,有些国家的科学家正在研究从海水中提锂的工艺。

                                                          二、 硬岩提锂:高含量·高成本

锂辉石成为人类第一种工业开发利用的锂资源,并实现商业化生产。

锂辉石是一种富含锂的矿物,主要赋存于一种矿物颗粒粗大、质地坚硬的花岗伟晶岩中。由于自然界中,非常纯的含锂矿物独立成矿并不多见,而是常富集于伟晶岩、白云母花岗岩或热液石英脉中,因此,常说的硬岩型锂矿是指伟晶岩型、白云母花岗岩型等。

硬岩锂矿找矿具有较大的风险性,高投入也不一定能找到高品位的锂矿,而从硬岩矿石中开采、提锂也具有一定挑战性。从勘查、钻探、样品分析测试到开采、破碎、煅烧、选矿等各个环节的所有步骤都不简单,还要加入碱或者加氢氧化钠,才能变成碳酸锂或者氢氧化锂,由于从头到尾都要消耗能源,成本比较高,对环境也会产生不利的影响。硬岩提锂的成本基本为6~8美元/千克。

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


蔚蓝大海中赋存有巨量的锂,约为2600亿吨,是目前全球已查明锂资源量的6500余倍。但其含量极低,Li在海水中的浓度为0.16mg/L。

中国、美国、日本、韩国等国在开展海水中提锂研究。

海水提锂主要有2种途径:一是直接从巨量海水中提取微量的锂元素,提锂工艺研究有持续报道;二是从海水淡化后的浓海水或海盐制盐后的卤水中提取,海水淡化厂每年均会排放大量浓海水或者排入海水盐场制盐。已有个别机构正在实施浓海水提锂新技术开发及中试线建设工作,但由于成本过高,据估计为80美元/千克,尚不能进行商业化生产。

图为天津海晶集团海盐化工厂的晒盐池,现仅提取钠钾镁等


                                                              四、 盐湖卤水提锂:高含量·低成本

相比于从硬岩中的锂,盐湖卤水中提锂有天然的低成本优势。

卤水中的锂却本身已是游离态或者是游离的化合态。因此卤水提锂时直接省掉了开采、破碎、粗级选矿的三个环节。更何况,有的盐湖卤水早已用作提取钾盐了,再提取锂仅需要增加部分工艺设备与流程即可。

图示不同含盐量的水类型(作者据WIKI有关资料翻译制作)

地球上最干旱的地区之一是横跨智利和秘鲁的阿塔卡玛沙漠,沙漠主要由盐湖、沙丘和长英熔岩构成,而其中有个叫阿塔卡玛的盐湖。该盐湖年最高蒸发量为3500mm,而年极端最低降水量不到30毫米。这个盐湖的卤水中富含锂,其锂金属资源储量高达630万吨,约占全球份额的24%。

图为阿塔卡玛盐湖,水面为卤水,凸起固状物为结晶矿物质


1997年,智利化学矿业公司(SQM)开始从阿塔卡玛盐湖中生产碳酸锂,提锂成功,将碳酸锂价格降至1500美元/吨,也就是1.5美元/千克(现在更低),而同期国际价格为3300美元/吨,将比之下,卤水锂价格腰斩一半以上。这样,盐湖卤水锂以其低廉的价格极大地冲击了世界各国及中国的硬岩锂业,全球硬岩型锂矿山和提锂企业被打得溃不成军,纷纷停产或倒闭。目前,卤水提锂的成本基本为2~3美元/千克。

碳酸锂生产成本对比

矿床

类型

生产成本(美元/kg)

中国扎布耶盐湖

卤水

2.5

中国锂辉石矿床

锂辉石

2.5-3

美国贝塞麦市

锂辉石

2.43

中国西台吉乃尔盐湖

卤水

2

美国内华达银峰

卤水

1.65

智利阿塔卡玛

卤水

1.10

此前,世界锂盐的生产国是以伟晶岩锂资源为主的国家,包括美国、智利、德国、前苏联和中国;但自此以后,智利取代了美国,坐上了世界锂业的头把交椅,盐湖卤水提锂也就基本取代了硬岩提锂。

全球盐湖卤水锂资源分布国与主要矿床分布示意图

当然,全球盐湖卤水锂的资源禀赋并非都像阿塔卡玛盐湖一样优越。并非所有的盐湖中锂的品位都足够高到值得开采,所有盐湖中都或多或少含锂,但大多还是极微量,不足以开采;此外,并非所有含锂高的盐湖都能低成本地开采锂,因为有的高锂盐湖地处高海拔、交通不便、能源物资供给缺乏,或者其卤水也含有更高含量的镁,而镁离子半径与锂的非常接近,种种因素都极大地增加了盐湖卤水的提锂成本。但起码,除了阿卡塔玛盐湖之外,还有不少与它类似的高品质盐湖存在,这些盐湖能满足目前及未来一段时间内全球对锂资源的需求。

当琼错盐湖,富含锂,水中显略红色者为卤虫,湖面海拔4475米,位于西藏尼玛县

扎布耶盐湖富锂且镁含量低,全球罕见。位于西藏仲巴县境内,总面积达242平方公里,湖泊面积235平方公里,湖面海拔高度为4400米。图片源于网络

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