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电动中国“锂”从何来

时间:2023-11-02  记者:未知  作者:未知  来源:学习时报  点击: 150 次

郑绵平,中国工程院院士、国际盐湖学会主席、自然资源部盐湖资源与环境重点实验室主任。他是我国盐湖学的奠基人和开拓者之一,对我国各类盐湖区和盐类矿产资源勘查评价进行了系统性、创新性研究,取得了一系列重大科研成果。他扎根青藏高原多年,为我国钾盐、硼矿、卤水锂矿的发现与开发利用作出了突出贡献。他最早估算了察尔汗锂资源远景。在他的主持下,经过26年实践,在西藏扎布耶盐湖找到了适合高原环境下盐湖提锂技术的创新方法,首次成功实现了我国盐湖提锂产业化,打破了国内盐湖锂市场被国外垄断的格局。

随着新能源汽车产业的快速发展,对动力电池的需求量将不断攀升,再加上储能、航空航天、核工业等领域对锂电池的需求,未来对锂等核心原材料的需求量将越来越大。庞大的市场前景,让锂资源成为继石油、稀土之后又一种重要战略资源,锂资源也是众多国家在新能源领域的竞争焦点,一些主要产锂国逐渐开始对锂资源的开发利用进行控制。锂资源的安全供给将成为制约我国新能源产业发展的关键因素。

锂的作用神通广大

锂在生活中用途很多,可谓是“神通广大”。比如,在新材料应用方面,玻璃陶瓷加入碳酸锂后,膨胀系数就会降低,甚至可以做高级透镜。溴化锂可以代替氟利昂,减少臭氧层破坏。锂基剂在零下60℃到200℃的环境中都不凝结,利用这一特点,把它掺加到机油里,就不容易凝结。在药物治疗方面,锂可以镇静神经、治疗狂躁症等精神疾病。还有锂合金、纺织工业等领域,都需要用到锂。2017年以后,锂电池在新能源汽车的应用方面有很大的增长。航空航天领域也开始使用碳酸锂,因为需要锂电池。在储能方面,利用储能技术可以助力太阳能、风电等削峰填谷,实现节能减排。锂电池单位占比小又轻,是最理想的一种储能工具,包括像今后要发展氢能源,也要考虑用锂电池来做储能工具。

诺贝尔化学奖获得者、锂电池之父古迪纳夫认为,从资源端来说,锂不亚于石油,它是一种“白色的石油”。美国也把锂列为战略资源,把它排在石油前面。

最近十几年,锂的价格上涨很快,供不应求,从2021年年初的5.3万元/吨涨至2022年的50万元/吨。锂的价格走势为什么直线上升?新能源汽车的发展影响很大,2022年全球新能源汽车销量达到1082.4万辆,消费了40余万吨的碳酸锂。加上包括储能等其他用途,原料的需求量太大了。

锂资源价格的快速上涨,引发了相关企业对资源供应的担忧。一些企业为了确保资源供应,提前布局上游原料市场,并开启了海外寻矿的模式。国内的一些知名企业都把目光投向了海外。国际能源署的预测显示,到2030年仅靠现有和在建的锂矿生产项目,全球将出现约50%的锂需求缺口。那么,地球上到底有多少锂?它们都分布在哪里?能否满足发展的需求?在供应日益趋紧的情况下,我们如何守好资源的安全底线?

锂从哪里来

锂的用途这么大,那么锂是从哪里来的?锂是怎么聚集成矿的?天文学家发现,实际上在宇宙大爆炸时,锂-7就散发到宇宙空间去了。后期又有新的双星爆炸,锂-7就大量地释放出来,散发到了地球及其岩浆中。我们常见的锂矿有两类,一类是内生矿,另一类是外生矿。内生矿通常被称作“硬岩型锂矿”,像伟晶岩、锂辉石、锂云母都属于内生矿。外生矿分六类:第一类是盐湖的锂矿,像国外著名的锂三角;第二类是油田水的锂矿,油田水含锂,这在我国四川和美洲都有发现;第三类是古代盐卤的矿;第四类是地热型的矿;第五类是贾达尔石,它是火山碰到地表以后,在湖里沉淀下来,由锂、硼、硅等一起形成的固体矿;第六类是黏土矿。

我们该到哪里去找锂?内生类的锂矿全世界各个大洲都有。外生类的锂矿,重点是盐湖的锂矿,主要是在南北带、东西带分布。南美的锂三角,就是玻利维亚、阿根廷、智利等地,集中了2亿吨的碳酸锂。还有北美洲的南边,主要是美国的南部,这里就属于南北带。南北带的矿集中在两个板块的缝合线处,因为两个板块互相挤压比较脆弱,容易发生岩浆活动,然后岩浆就流到整个安第斯山脉的前沿,变成火山湖,火山湖出来的水在湖里头就形成矿,这是一种形成规律。还有一个东西带,主要在塞尔维亚,还有伊朗、克什米尔及青藏高原。在这条带里成型的最大的矿位于青藏高原,也是在缝合线周围形成的矿,体现出较强的规律性。

中国锂资源的家底有多少?中国的锂资源主要储存在两个大盆地,一个深盆,一个浅盆。深盆就是柴达木盆地,海拔是2700米到3200米。它的锂盐湖有对称性,我们叫它对称成矿。再说一下浅盆,我们叫它浅盆多级成矿。浅盆是从雅鲁藏布江往北,大量地分布了一些小一点的湖、浅一点的湖。据统计,大概有70多个含锂的盐湖,从南到北都有。中国的锂资源还是比较丰富的,资源量有3000多万吨,储量有790多万吨。资源量大概占世界第三位,储量占世界第四位。全世界的锂资源量大概是将近4亿吨,因为储量控制程度不够,所以储量较少。

如何守好锂资源的安全底线

据相关机构预测,2025年全球新能源汽车销售量将超过2000万辆,到2030年,这个数字将突破5000万辆,这将会对碳酸锂产生巨大需求。从预测来看,2025年我国自产再加上进口,基本上能满足需求。但从2025年到2030年,差距将会拉开,除了我国自己能够供给的,还将有几十万吨的缺口。如果不采取措施,这个缺口在2030年前后还可能再扩大。2022年,我国进口锂精矿约284万吨,同比增长约42%。净进口碳酸锂12.57万吨,同比增长约72%,对外依存度超过60%,加之锂的价格猛涨,这种状况值得引起警惕。

如何守好锂矿资源的安全底线?地球上已探明的锂资源中有超过60%蕴藏在盐湖中,结合我国实际,盐湖锂资源更是占到全国锂资源的70%以上,主要分布在柴达木盆地和青藏高原。一直以来,受到提取技术的限制,我国盐湖锂的产量较少,大量依赖进口。伴随着锂资源价格快速上涨,全球主要产锂国逐步收紧出口政策,我国企业海外买锂接连受阻。在此背景下,加大国内盐湖的开发,对保障我国锂资源的供给安全具有重要战略意义。所以在当前形势下,要继续用好国内国际两个市场、两种资源。同时,我们要居安思危,用极限思维应对突发情况,立足国内资源的开发和技术研发,这样才能在关键时刻保住锂资源供给的安全底线。与锂矿石相比,我国锂盐湖的开发具有哪些优势?我国锂盐湖资源禀赋各有不同,如何因地制宜、开发利用好盐湖这个宝藏?

保障锂资源需求,要将重点放在锂盐湖上,因为我国与国际相比较有两大不同之处:国外是以盐湖为主来解决锂资源的需求,而我们国内是以锂矿石为主,占84%。国内盐湖资源虽然占75%,但是开发的只占16%,大部分还是用矿石。所以,今后我们要逐渐加强对盐湖锂的开发。盐湖的锂资源有三大优势:一是总量大;二是成本低,与加工硬岩以及运输成本相比,盐湖提锂成本要低很多,而且可以深加工进行综合利用,这是国际趋势;三是环保优势,加工硬岩需要烧,要加酸加碱,最后才能生产出碳酸锂,对环境是有一定破坏的,而盐湖对环境比较友好。我国锂盐湖资源禀赋各有不同。青藏高原盐湖的锂资源集中了全国75%的锂资源,但青海和西藏的盐湖又各有特点。青海的盐湖规模比较大,镁锂比比较高。国外的盐湖镁锂比能达到8,而柴达木盐湖镁锂比高达几十,甚至超过1500,虽然我们解决了提锂技术,但回收率比较低,才到30%左右,所以需要进一步加强综合利用和深加工发展,提高回收率。

西藏的盐湖跟柴达木的盐湖不一样,柴达木的盐湖很大,盐滩就很大,盐滩底下有黏土。这种盐田,草场一般在边缘,稀稀拉拉有一点,所以它对生态影响不大。而西藏盐湖比较小,最大的就二三百平方公里,周围都是草场。这样就需要做到“一次提锂”,少做盐田或者是不做盐田,可以少破坏草场。这就给我们提出了挑战,不过现在的技术,可以只用盐卤提锂了,可以提到500毫克每升了。所以我们要重视超前提锂、盐卤提锂等技术的推进,尽量少破坏草场,对5000多年的盐田来一次革命。现在国外也认识到,尽量少用、不用盐田,这样对环境比较友好。所以要加强技术攻关,大力支持创新,解决西藏锂盐湖开发瓶颈,同时发扬老西藏精神,这就是我们对开发中国锂盐湖的一个建议。如果技术攻关成功,那么西藏锂盐湖在2025年、2030年能为国家保障锂资源需求作出更大贡献是非常有希望的。

如何保障我国锂资源的安全

我国是全球重要的锂电产品消费和生产大国。习近平总书记提出加快建设世界级盐湖产业基地,我们怎么样来建好世界级的盐湖产业基地,来保障我国的锂资源安全呢?建议从以下五方面着手。

一是强化政策引领,加强理论基础研究与技术攻关。国家统一规划,能够明确重点,包括建立国家实验室、工程中心,把平台建立起来。加强技术攻关,推动科技创新,解决一些“卡脖子”的问题。根据西藏、青海等地不同情况因地制宜采用“一湖一策”,做到不破坏草场,尽量减少盐田的铺设,多用太阳能、风电、光电的办法,来帮助解决盐卤浓缩、提取和提高回收率的问题。

碳酸锂容易在热的地方沉淀,它是一片一片、一层一层的。这一层一层的产量低,为了增加它的产量,我们的科技人员就根据碳酸锂的生产集聚规律,研制出了“钢丝”等一些发明,使本来生产很慢很少的碳酸锂产量增加了25%。所以要加强技术攻关、加强创新。关于技术问题,现在有一些项目还没有做过小试、中试,就贸然要搞大的工程开发,这是不可取的。真正要开发,还是要遵循科学的规律,经过试验,小试、中试,逐渐放大,这样才行。

二是广泛开源,加大锂资源勘查力度。我国还有一些待开发的锂资源处女地,需要做进一步的地质调查。因为除了锂盐湖,还有地下卤水型、黏土型以及地热型的锂等,这是我们独有的资源基础,所以从地质勘查到研发都要加强。特别是要利用好地热型的锂矿,地热流到雅鲁藏布江再流出去,每年大约有2万吨左右碳酸锂的当量。另外就是继续做好内生硬岩的勘查、利用和开发,特别是川西,应该把它大力推动起来。

三是要规范锂电池回收,建设绿色城市矿山。除了开源,还要考虑节流。进一步规范锂电生产标准,加强锂电的回收,这也是很重要一个开源措施。美国地质调查局曾作出过预测,2080年全球的锂资源可能会用完,当然这个统计是基于静态的资源量,随着时间推移,我们还可以再找矿。据统计,2021年我国大概回收了3万吨的碳酸锂,预计到2030年城市矿山碳酸锂回收利用将会达到15到16万吨,这个完全有可能做到。因为锂电池电动车要发展到两三千万辆,时隔5到8年就会淘汰一批锂电池出来,不单是锂,还有钴、镍、铜,这都是一大笔财富和宝藏。做到这一点,需要采取多种措施,特别是要统一回收标准和规格,加大对回收技术的研发,推动锂矿行业的高质量发展。

四是用好国内国际两个市场、两种资源,实现互利共赢。中国的硬岩生产技术在全世界领先,但我们要协调一致,避免陷入无序的竞争,除了注重自力更生,守好资源安全底线外,还要树立全球视野,鼓励境外开发并购,学会与当地共赢,这样既能满足国内需求又能造福世界。

五是加强专业人才培养。锂矿、盐湖大多分布在边远地区、深山地区,我们要发扬艰苦奋斗、自力更生的传统。同时也要重视当地人才的培养,包括建立一些关于盐湖、锂矿、提锂等方面的专业、学科和院系,通过政、产、学、研通力合作,做好人才梯队建设,共同守护好我国的锂资源,守好安全底线。


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