锂资源自主可控,盐湖资源高效开发成为取胜之匙
提升产业链韧性,锂资源自主可控必要性凸显
除采矿外,中国主导电动汽车电池供应链每个阶段的生产,锂资源自主可控的必要性 日益凸显。当前,我国在锂盐冶炼、正极材料制备、电池生产、整车制造环节均占据全球 市场主导地位。根据 IEA 报告,2021 年中国生产了全球约 75%的锂离子电池,在正极环 节产能占比 70%,并且拥有超过 50%的锂冶炼能力。但是在采矿环节,中国对锂资源的 控制力较弱,严重依赖澳大利亚、智利、阿根廷等国的锂精矿、碳酸锂进口,根据 IEA 报 告,中国生产的锂占全球比重不到 20%。在新冠疫情、贸易冲突、地缘政治冲突加剧的国 际环境下,叠加海外对中国锂矿投资日益限制的严峻形势,以及未来如果锂行业“OPEC” 成立可能对中国企业带来的成本压力,中国新能源汽车产业链被锂资源“卡脖子”的风险 正日益增加,锂资源自主可控的必要性日益凸显。
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拜登政府在锂电池领域所谓的“战略保供”手段或主要以“与盟友合作、针对我产业 链韧性待提升环节、布局产业链未来发展方向、发展替代产业”为主。具体而言, 1) 与盟友合作。民主党政府在出台产业链政策手段方面的突出特点是与所谓的“盟 友”进行合作,未来美国或将在能源资源治理倡议联盟(ERGI)框架下加强同相 关国家涉及资源安全的外交合作。建议重点关注相关企业在 ERGI 国家的相关矿 产资源开发和精炼业务的政策动态。 2) 针对我产业链韧性待提升环节。整体来看,拜登政府担心的锂电池上游原材料和 晶片加工的排序为:锂、钴>镍>石墨、锰。此外,根据 2023 年 2 月 12 日彭博社 消息,美国正寻求与欧盟和七国集团等盟友建立一个“关键矿产买家俱乐部”,重 点涉及新能源车、国防电子等用途的锂、钴等矿产资源,提升其所谓的“关键矿 产的产业链安全”。我国应重点关注锂电池产业链上游资源品的战略保供和自主可 控。3) 发展替代产业并布局产业链未来发展方向。首先,针对上游原材料短缺及依赖中 国等问题,拜登政府重点关注钴、锰、天然石墨等材料的替代产品,同时兼有与 我产业链就前沿发展方向竞争的意图;其次,针对锂电池应用端,拜登政府强调 大力开发军用、医用锂电池等新兴赛道;最后,从产业链环节上,拜登政府重点 强调发展方兴未艾的锂电池回收业务。在上述领域中,建议关注美国竞争型政策 对我国相关企业的影响。
世界锂矿资源主要集中在南美地区,中国锂矿资源主要以盐湖卤水为主。根据 USGS, 2021 年我国已探明锂资源总量仅占全球的 6%,产量占全球的 14%。根据乜贞、卜令忠、 郑绵平《中国盐湖锂资源的产业化现状——以西台吉乃尔盐湖和扎布耶盐湖为例》(2010 年),我国锂矿资源中 85%存于盐湖卤水中。与南美国家盐湖相比,青海地区盐湖镁锂比 高,因为镁和锂的物理化学性质接近,提锂难度大,而西藏地区气候条件恶劣,交通不便, 缺乏电力和淡水资源。
青海已成为全球盐湖提锂的技术高地,吸附+膜法成为主流
盐湖提锂工艺大体可分为采卤浓缩-镁锂分离-浓缩沉锂三个阶段,不同提锂技术核心 是解决镁锂分离的问题。盐湖提锂有“一湖一工艺”的特点,需要结合盐湖卤水的成分占 比调整生产工艺,不同镁锂比盐湖的提锂技术主要可以分为沉淀法、萃取法、吸附法、煅 烧法和电渗透法。
低镁锂比的盐湖普遍采用沉淀法,比如 Atacama 盐湖和扎布耶盐湖。沉淀法的原理 是利用太阳能将盐湖卤水自然蒸发浓缩,经脱硼、除钙、除镁去除杂质后,在母液中加入 混合物沉淀剂或盐析剂使锂以沉淀物的形式分离。沉淀法提取金属锂在工业上应用较早, 该工艺成熟、操作简单、可靠性高,但该方法对碱土金属离子浓度高和锂离子浓度低的卤 水适应性较差。沉淀法根据具体工艺的不同又分为碳酸盐沉淀法、铝酸盐沉淀法以及硼镁、 硼锂共沉淀法等。 高镁锂比的盐湖提锂技术路线多样,我国青海已成为全球技术高地,目前主要受限于 采卤浓缩环节。由于青海盐湖镁锂比高,多年来业界和学界在提锂技术上进行深入研究, 在经过工业化试验后,萃取法、吸附法、煅烧法、电渗析法脱颖而出,实现了产业化,比 如青海蓝科锂业采用吸附法,大华化工采用萃取法,青海国安采取煅烧法。可以说,针对 高镁锂比盐湖的提锂工艺我国已经全球领先。但是,采取多种镁锂分离工艺的基础仍建立 在基于蒸发浓缩的老卤上,仍离不开长时间的晒卤过程。
青海加快建设世界级盐湖基地,西藏、新疆盐湖产业化加速。2023 年 1 月青海省推 出《青海省加快推进世界级盐湖产业基地建设、促进盐湖产业高质量发展若干措施》,从 强化盐湖资源保障、提高创新驱动能力、构建现代产业体系、梯度培育市场主体、加速融 入“双循环”新格局、增强要素保障能力等六大方面做出了全面部署。措施中提出推进锂盐 扩规提质,完善高镁锂比盐湖卤水提锂生产工艺,突破原始卤水提锂颠覆性技术,提升盐 湖卤水提锂综合回收率,释放现有碳酸锂装置产能。在原卤提锂技术加持下,西藏、新疆 盐湖业主方也加大了资源开发以及试验力度,打造锂电新能源产业。
原卤提锂目前已逐步开启商业化。相比于浓缩后的老卤提锂,原卤提锂具备提高锂采 收率、降低运营成本、改善项目带来的环境影响等多方面优势,包括:1)提高锂资源综 合回收率,由于避免了锂在盐田中的夹带损失,根据麦肯锡《锂矿开采:新型生产技术如 何驱动全球电动汽车革命》(2022 年 7 月),原卤提锂技术可以将锂的综合回收率从 40% 提高到 80%以上;2)缩短生产周期,降低产线建设时间;3)淡水使用量更低;4)对于 盐田面积的要求大幅降低,消除或降低蒸发池的碳足迹。目前直接提锂技术中,吸附法已在中国开启规模商用。如果 DLE 技术能得到大规模推广,并应用于各种卤水项目,将能通 过提高采收率、降低运营成本等优化现有产能,同时改善项目的环境影响。当前“原卤提 锂”开始走向商业化,未来有望真正实现高效、精细化、低环境足迹的提锂生产。
原卤提锂技术优势明显,从底层实现我国锂资源自主 可控
原卤提锂技术可以对西藏、新疆盐湖进行有效开发
当前我国盐湖开发主要集中在青海地区,西藏、新疆盐湖亟待开发。根据各公司公告, 截至 2022 年年底,我国盐湖提锂的产能合计达 10.9 万吨,其中青海达 10.2 万吨,占其 中的 93.5%。西藏藏北盐湖资源丰富,主要为硫酸钠亚型和碳酸盐型。扎布耶、当雄错、 班戈错、结则茶卡等碳酸盐型盐湖中卤水镁锂比低,且还富含硼、钾、铷、溴等组分,具 有极高的开采价值。新疆盐湖资源主要集中在西昆仑地区,为硫酸钠亚型。该区主要发育 苦水湖、黄草湖、阿克萨依湖等大中型盐湖型锂矿床,具有较好的潜在经济效益,因发现 晚尚未实现开发利用。
我国企业从吸附剂材料及膜端技术突破,让原卤提锂技术变为可能。吸附+膜法已成 为我国盐湖开发的主流工艺,铝系吸附剂适合开发青海氯化物型为主的高镁锂比的盐湖, 2022 年已经建成的盐湖提锂项目中采用吸附+膜法的产能合计占比已经超过 70%。经过长 时间的技术探索,我国企业目前已在吸附端和膜端形成技术突破,掌握了全球领先的提锂 技术。吸附端目前正在产业化的包括锰系吸附剂和钛系吸附剂,可以开发铝系吸附剂无法 开发的硫酸钠亚型、碳酸盐型盐湖,代表的企业为万里石和久吾高科。膜端目前正在产业 化的包括适应于西藏低温的膜分离系统,以及解决淡水供应、降低传统 MVR 投资和能耗 的膜分离系统,代表的企业为唯赛勃。
吸附端以及膜端技术进步,原卤提锂技术加持下,根据各公司公告中盐湖项目扩产规 划,我们预计 2025 年我国盐湖提锂产能将达 35 万吨,是现有产能的三倍以上,其中青海、 西藏、新疆的盐湖提锂产能分别为 20.5 万、10 万、4.5 万吨。
原卤提锂效率更高,建设周期更短
提锂端前置,大幅提高锂采收率。传统盐湖提锂产业中,原先大多以钾盐作为主产品, 以锂盐为副产品。例如中国青海盐湖企业,几乎全部是钾盐采矿权,而拥有锂采矿权的盐 湖很少,青海盐湖企业基本都是按钾盐矿山建立的。原卤提锂技术将提锂端前置,转变盐 湖工艺流程设计理念,避免了锂在盐田中的夹带损失,根据麦肯锡《锂矿开采:新型生产 技术如何驱动全球电动汽车革命》,原卤提锂技术可以将锂的综合回收率从 40%提高到 80% 以上,还能有效保护西藏、新疆的生态环境。 锰钛系吸附剂吸附容量高,适用卤水资源广,让提锂端前置成为可能。根据乜贞、卜 令忠、郑绵平《中国盐湖卤水提锂产业化技术研究进展》,铝系吸附剂存在的吸附容量小、 解吸液锂浓度低、杂质含量高、溶损高等缺点,造成吸附法提锂工艺流程长、投资大。目 前产业化应用前景较好的是离子筛型的钛系、锰系吸附剂。锰系吸附剂的最大吸附容量达 49.6mg/g,钛系吸附剂洗脱时溶损率较低、锂洗脱率高、性能稳定。
泰利信将锰基吸附材料掺杂改性,成功实现了锰钛系吸附剂量产。锰基吸附材料由于 Mn 的 3、4 价歧化反应产生的 Jahn-Teller 效应,导致这类吸附材料在吸附过程中易发生 锰的溶损,使吸附剂结构不稳定。新疆泰利信矿业有限公司将锰基吸附材料掺杂改性,合成新型 TMS 锂复合吸附剂。根据泰利信官网,公司两款吸附剂均具有稳定的晶体结构和 三维离子交换通道,对锂的选择性好,具有吸附容量高(达到 6~30mg/g)、吸附效率高、 吸附解吸时间短(1 小时内),易于工业化生产等优点。目前泰利信旗下的全资子公司泰利 兴坤已实现了年产 1500 吨锂离子吸附剂材料,产能可满足供应 10 万吨盐湖提锂生产线使 用。
技术工艺上省去了采卤浓缩,大大缩短了建设周期。根据王核、黄亮、白洪阳等《中 国锂资源的主要类型、分布和开发利用现状:评述和展望》,南美盐湖需要 12-18 个月的盐 田晒卤,而青海部分地区需要长达 24 个月以上的盐田晒卤过程,生产周期长,难以像硬 岩型锂矿般快速响应市场变化。原卤提锂技术不需要盐田晒卤,投资成本大幅降低,建设 周期大幅缩短。 锂价下行背景下更应考虑降本增效,原卤提锂技术成本优势明显。2023 年一季度, 随着全球锂资源项目的投产和爬产,供给进一步增长;而与此同时,中国和欧洲电动车需 求不及预期,锂的供需由短缺转向过剩,锂价持续下行。由于原卤提锂技术资源利用率高, 成本优势明显,在锂价下行的背景下优势逐渐凸显。根据泰利信官网,在原卤连续吸附解 吸提锂的试验中,公司 TMS-M1 型锰系吸附剂在吸附容量,吸附时间,锂收率等参数均高 于铝系,吸附剂锂资源利用率稳定在 85%以上。从成本端看,每吨碳酸锂生产成本仅为 1.6 万-2.0 万元,是目前其他盐湖提锂生产碳酸锂技术成本的 2/3。
原卤提锂扩大资源端,从底层实现我国锂资源自主可控
我们认为,原卤提锂技术的成熟不仅意味着提锂效率的提升,还意味着资源端的扩大, 不论是低品位的盐湖、西藏地热泉水、新疆油气田水还是电解铝精液,只要溶液中含有锂 资源,理论上都可以直接提锂,预计未来将从底层实现我国锂资源自主可控。 西藏地下富锂热泉资源丰富,具有较好的锂资源潜力。我国西藏南部发现有大量的富 锂热泉。这些富锂热泉多分布在雅鲁藏布江缝合带两侧及南北向裂谷两侧主断裂与次级断 裂的交叉部位,Mg/Li 值较低,介于 0.03~1.48,平均值为 0.43 的特点。这种特征非常有 利于工业化开采利用,达工业边界品位的富锂地热点共有 7 处,具有较好的锂资源潜力。
电解铝精液回收锂,提升综合效应。电解铝工业中,锂盐的添加可以降低电解质的初 晶温度,提高烙盐的电导率,改善电解质的表面张力等。此外,我国部分地区使用中低品 味的铝土矿来制备冶金级氧化铝,使得部分氧化铝中含有含量较高的氧化锂和氧化钾,造 成了高浓度的氟化锂在电解槽中聚集。根据王建萍,叶家铭,林立丰等《电解铝废渣提锂 工艺研究》,电解铝废渣中含锂量为 1%-2.7%(以 Li+计),因此电解铝废液中回收锂资源 可以有效提升综合收益。我们认为,不论是低品位的盐湖,西藏地热泉水,新疆油气田水 还是电解铝精液,只要溶液中含有锂资源,理论上都可以直接提锂,原卤提锂技术的成熟 不仅意味着提锂效率的提升,还意味着资源端的扩大,未来将有效解决我国锂资源“卡脖 子”的处境。
海水综合利用提锂,彻底摆脱锂资源进口依赖。2023 年 3 月 8 日,全球首个海水淡 化浓盐水提锂合作项目签约仪式在青岛举行。项目由青岛水务集团海水淡化公司与礼思 (上海)材料科技有限公司联合开发,上述公司预计将该项目在 2023 年 12 月底正式投产 运行。目前,高成本和低效率是目前海水提锂产业无法回避的问题,随着未来海水综合利 用能力的提升,海水提锂的成本也为锂价设定了上限。
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