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科普 | 什么是碳酸锂?

日期:2024-09-04    来源:储能头条

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关键词: 碳酸锂价格 锂矿资源 锂电池材料

什么是碳酸锂?

碳酸锂是一种常见的无机锂盐,通常为无色单斜晶系结晶体或白色粉末,是最重要的锂产品,可再加工成其他锂产品。碳酸锂微溶于水、稀酸,不溶于乙醇、丙酮,可用硫酸锂或氢氧化锂溶液加入碳酸钠而制得。在碱金属碳酸盐中,碳酸锂在水中的溶解度最小,其溶解度随温度的升高而降低。碳酸锂不属于国家规定的危化品,性质稳定:在空气中不易氧化、潮解;热稳定性较高,熔点为720℃,沸点为1310℃。因此,碳酸锂耐储存,保质期一般在12个月以内,需密闭贮存于通风干燥处,注意防雨淋水浸,不可与酸类物品接触。

碳酸锂的构成

碳酸锂的原料一般有锂辉石、锂云母和盐湖卤水。

锂辉石

锂辉石(Lithium spodumene)是一种含锂的矿石,属于辉石矿物。锂辉石是目前主要用于锂生产的矿石之一,因其富含锂元素而备受关注。锂辉石通常呈现灰色、粉红色或绿色,具有玻璃光泽和完全解理的晶体结构。

锂辉石在中国广泛分布,主要分布在以下几个省份:

1、云南省:云南省是中国最主要的锂辉石产地之一,该省的彝良、华宁、巧家等地区拥有丰富的锂辉石矿床,其中以彝良地区最为著名。彝良锂辉石矿床是中国最大的锂矿床之一,含有丰富的锂资源。

2、江西省:江西省也是中国重要的锂辉石产地之一,该省的赣州市和宜春市附近地区存在大量的锂辉石矿床,赣州市的龙南县、全南县和宜春市的铜鼓县等地区具有较高的锂辉石资源储量。

3、四川省:四川省的凉山州和甘孜州是中国锂辉石的重要产区,该地区的西昌市、喜德县、普格县等地都有丰富的锂辉石矿床,四川省的锂辉石资源丰富且质量较高。

4、内蒙古自治区:内蒙古自治区的锂辉石资源主要分布在锡林郭勒盟和赤峰市等地区,锡林郭勒盟的二连盆地、正蓝旗和赤峰市的敖汉旗等地区有较大规模的锂辉石矿床。

此外,中国还有一些其他地区也存在锂辉石资源,如新疆维吾尔自治区、青海省、甘肃省等。

锂云母

锂云母(Lepidolite)是一种含锂的云母矿物,属于硅酸盐矿物,其中包含锂、铝、硅、钾等元素,锂云母因其富含锂元素而备受关注。锂云母的颜色通常为浅粉红色、紫色或灰色,有时也可能呈现棕色或无色。

锂云母在中国主要集中在以下几个地区:

1、云南省:云南省是中国最主要的锂云母产地之一,该省的昆明市、曲靖市、红河哈尼族彝族自治州等地区拥有丰富的锂云母矿床,尤其是昆明市周边的嵩明县和石林县,以及曲靖市的富源县、陆良县等地区,是云南省锂云母资源较为集中的地方。

2、江西省:江西省锂云母资源分布在赣州市的龙南县、全南县、寻乌县等地区是该省的主要产区,这些地区的锂云母矿床储量相对较大。

3、广西壮族自治区:广西壮族自治区的柳州市和桂林市附近地区也有一些锂云母产区,柳州市的鹿寨县、柳城县和桂林市的灵川县、龙胜各族自治县等地区具有一定的锂云母资源。

除了以上主要地区外,中国的其他地方也有少量的锂云母资源分布,如福建省、贵州省、四川省等地,然而相对于锂辉石等其他锂矿石,锂云母的产量较少,开采规模相对较小。

盐湖卤水型锂矿

盐湖卤水型锂矿是指锂资源以盐湖或卤水形式存在的锂矿,这种类型的锂矿主要包括锂含量较高的盐湖卤水和地下含锂卤水。盐湖卤水型锂矿的形成与盐湖或地下水体中溶解的锂化合物有关,如氯化锂、硫酸锂等,这些锂化合物可以通过地质作用和水文地质过程在盐湖中富集形成锂矿。

中国的盐湖型锂矿主要分布在以下几个地区:

1、青海省:青海省是中国盐湖型锂矿的主要产区,其中,海西蒙古族藏族自治州是盐湖型锂矿的主要集中地,包括有名的青海锂业等盐湖资源。

2、西藏自治区:西藏自治区是中国盐湖型锂矿的重要产区,主要集中在藏东南地区,包括有纳木错、普莫雍错等盐湖资源。

3、甘肃省:甘肃省境内也有一些盐湖型锂矿资源,主要集中在甘南藏族自治州和嘉峪关市等地区。

4、四川省:四川省是中国盐湖型锂矿的另一个重要产区,主要分布在阿坝藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州等地区。

碳酸锂的分类

根据碳酸锂及杂质含量不同,可以将碳酸锂分为工业级与电池级两类。

电池级一般要求碳酸锂含量≥99.5%,可用于各类锂电池的制造;工业级碳酸锂含量在98%-99%之间,主要用于陶瓷、玻璃以及锂电池的电解液等行业。国家标准GB/T11075-2013根据碳酸锂含量不同,将碳酸锂分为3个牌号:Li2CO3-0,Li2CO3-1,Li2CO3-2。


碳酸锂产业链

在碳酸锂的产业链中主要包括上游采选、中游冶炼以及下游应用。上游锂矿方面,锂资源主要为锂矿石和盐湖两大类。一般而言,锂矿石生产锂盐品质更高、杂质更少、一致性更好,盐湖生产锂盐成本更低。锂矿石可直接制成氢氧化锂和碳酸锂,盐湖通常先制成碳酸锂再通过苛化制成氢氧化锂。

中游的主要锂盐产品为碳酸锂、氢氧化锂,都是生产锂电池正极材料的原料,二者应用范围有区别,碳酸锂主要用在生产磷酸铁锂和三元材料中的中低镍正极材料,而氢氧化锂主要用于生产三元材料中的高镍正极材料。

工业级产品和电池级产品由于纯度、杂质和性能的差异,应用领域也有所不同。电池级碳酸锂和氢氧化锂广泛应用于锂电池正极材料,而工业级碳酸锂一般用作玻璃、陶瓷、珐琅等原材料,工业级氢氧化锂用作润滑剂。

碳酸锂产业上市公司

目前,我国碳酸锂产业的上市公司数量较多,分布在各产业链环节。其中,涉及碳酸锂生产的上市公司包括:天齐锂业、盛新锂能、赣锋锂业、中矿资源、盐湖股份、江特电机、永兴材料等。

碳酸锂产业现状

当前全球碳酸锂供给呈现高度集中的特点。从矿石提锂产业链来看,澳大利亚为目前锂精矿主要产地,我国为锂矿冶炼和碳酸锂主要生产国。未来随着巴西和非洲五国(刚果(金)、马里、津巴布韦、加纳、纳米比亚)的锂矿陆续投产,矿石来源将呈现多元化趋势;我国将维持锂矿冶炼的统治地位。

从盐湖提锂产业链来看,我国青海和西藏盐湖虽然资源禀赋较差,但通过不断技术创新,依然占据了全球盐湖提锂22%产量。南美国家由于盐湖资源特性,能直接由卤水析出粗制碳酸锂,占据全球盐湖提锂78%产量。

受全球锂资源有限、电池级碳酸锂技术门槛较高、电池级碳酸锂有效产能不足等因素的影响,我国碳酸锂行业生产端集中度较高。从产区看,我国碳酸锂产量集中于江西(40%)、四川(17%)和青海(18%),其中,江西和四川为矿石型锂资源,青海为盐湖卤水型锂资源。

碳酸锂生产工艺

(1)锂辉石提锂

锂辉石是提锂的主要原料,其化学组成简单,含锂品位高,Li2O理论含量为8.03%,但由于钠锂置换,通常Li2O含量为2.91%-7.66%。硫酸法是目前应用最为广泛的矿石提锂工艺,工艺过程易于控制,产品质量稳定可靠。该法经过多年的发展和完善,工艺已经相对成熟,在国内锂盐生产企业有广泛应用。


硫酸焙烧法工艺流程图

图片来源:CNKI

(2)锂云母提锂

锂云母储量大,成分复杂,锂品位比锂辉石低,在组成上含有5.9%的氟,还含有价值较高的铯和铷。锂云母提锂方法主要有石灰石焙烧法、硫酸焙烧法、硫酸盐焙烧法、氯化焙烧法和压煮法。早期锂云母提锂主要采用石灰石焙烧法,由于除杂过程复杂、废渣量大等缺点已逐渐被淘汰。目前企业采用硫酸法生产较多,但硫酸法易产生氟硅酸,对设备防腐蚀性要求较高。宜春地区的企业多采用硫酸盐焙烧法进行生产,初期主要采用硫酸钾,现通过使用硫酸钠、硫酸钠钾等进行替代,进一步降低了生产成本。

硫酸盐焙烧法工艺流程图

图片来源:CNKI

(3)盐湖提锂

盐湖提锂的技术多样,化繁为简,可分为提锂环节(富集、分离、浓缩)和沉锂环节,其中技术的核心主要在于提锂,最后的沉锂较为成熟和同质化。盐湖提锂的经典流程是“老卤提锂”,在抽取原卤及先后经过钠、钾盐池后,再从层层富集的老卤溶液中进行提锂,其优势在于低成本(从低品位至高品位的富集过程充分利用了矿区的高蒸发率),但弊端在于锂的一次收率低、晒卤周期漫长(12~24个月)、需要构建大规模的盐田系统、提锂产能往往受到钾肥生产规模的制约(尤其低锂含量的原卤)。目前盐湖提锂技术路线主要有沉淀法、吸附法、膜法、煅烧法、溶剂萃取法和太阳池法。

沉淀法工艺流程图

图片来源:CNKI

吸附法工艺流程图

图片来源:CNKI

碳酸锂有什么用途?

建筑砂浆领域锂盐类早强剂对水泥砂浆有促凝早强作用,研究表明,锂盐早强剂通过加快水化保护膜破裂使水化诱导期缩短的方式,提高了水泥砂浆的低温水化能力,明显缩短了低温稠化时间,提高了水泥砂浆低温抗压强度,表现出优异的低温早强功效。

核能发电领域锂在核聚变与核裂变中可做为理想的冷却液和载热体。一个可控核聚变核反应堆仅做为载热体的金属锂大约700t。

锂电领域在较高能锂电池制作范围。比能量是镍氢电池、镍镉电池的3倍,铅酸电池的2倍。

合金领域镁锂铝合金是至今为止所研究的镁合金中较轻的金属结构材料,在航天航空和通讯等范围将具备更宽广的应用前景。

润滑油领域锂基润滑脂抗水性好,高低温润滑性能好。

陶瓷领域在玻璃工业中它做为具备较高韧性的特种玻璃,适用于延性陶瓷、金属保护用陶瓷涂层及耐热陶瓷涂层时它作助熔剂。

冶金领域锂是一种轻金属,与氧原子结合坚固,工业炼铜、镍的进程中做为脱氧剂;锂可作硫的清洁剂;锂可与各种金属形成合金。

内容资料参考来源:北京首创期货有限责任公司、广州期货用心服务、广发期货研究、华力泰化工、前瞻经济学人、锂电焦点等

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