多官能團(tuán)螯合萃取—三相反應(yīng)提鋰新技術(shù)通過(guò)評(píng)價(jià)
新工藝的創(chuàng)新性和難度達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平
12月28日，從中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程所獲悉，由該所開(kāi)發(fā)成功的“碳酸鹽型鹽湖多官能團(tuán)螯合萃取——三相反應(yīng)提鋰”新技術(shù)近日在北京通過(guò)了中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織專(zhuān)家科技成果評(píng)價(jià)。
中國(guó)科學(xué)院費(fèi)維揚(yáng)院士擔(dān)任組長(zhǎng)，中國(guó)工程院多吉院士擔(dān)任副組長(zhǎng)的評(píng)價(jià)專(zhuān)家組，針對(duì)該新技術(shù)工藝流程、中試設(shè)備運(yùn)行以及環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行評(píng)價(jià)后，一致認(rèn)為，該項(xiàng)目整體達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，其中新工藝的創(chuàng)新性和難度達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。
鋰是關(guān)鍵的能源金屬，在電子器件、新能源汽車(chē)以及儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。近年來(lái)鋰消費(fèi)增速明顯，從2010年11.3萬(wàn)噸（以碳酸鋰計(jì)）迅速增長(zhǎng)至2020年的34.4萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2030年將增至100萬(wàn)噸以上，低成本、高效開(kāi)發(fā)利用鋰資源是滿(mǎn)足鋰消費(fèi)快速增長(zhǎng)的唯一途徑。
據(jù)介紹，西藏低鎂鹽湖多為碳酸型鹽湖，其中結(jié)則茶卡和扎布耶儲(chǔ)量最大，分別為200萬(wàn)噸和180萬(wàn)噸（碳酸鋰），占藏區(qū)鹽湖總儲(chǔ)量的30%以上，目前工業(yè)上主要采用“太陽(yáng)池法”提鋰，該方法在太陽(yáng)池中將碳酸型鹽湖鹵水蒸發(fā)濃縮，利用鹵水中自有的碳酸根形成50%-60%的碳酸鋰粗品，再運(yùn)輸至甘肅白銀市異地精煉得到高純鋰產(chǎn)品。如何針對(duì)西藏地區(qū)鹽湖鋰資源特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)高效、低成本、環(huán)境友好的新技術(shù)與工藝成為備受業(yè)內(nèi)外關(guān)注的難題。
據(jù)了解，根據(jù)西藏鹽湖資源稟賦以及生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，中科院過(guò)程所齊濤和朱兆武研究員團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了多官能團(tuán)螯合萃取體系，通過(guò)“預(yù)處理—萃取—反萃—熱解”等工藝流程，首次在西藏地區(qū)實(shí)現(xiàn)了鹵水直接制備電池級(jí)碳酸鋰。工藝流程中構(gòu)建了“鈣循環(huán)”、“碳循環(huán)”、“水循環(huán)”和“萃取體系循環(huán)”四個(gè)循環(huán)體系，使得技術(shù)的能耗、物耗和水耗與其他技術(shù)相比均處于較低水平，保證了技術(shù)的高清潔度，同等規(guī)模的碳酸鋰產(chǎn)能下，新工藝對(duì)電力、淡水等輔料的需求量較其他工藝更低。
2021年8月，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與西藏國(guó)能礦業(yè)發(fā)展有限公司、上海意定新材料科技有限公司合作，建成碳酸鋰中試生產(chǎn)線(xiàn)，以結(jié)則茶卡鹽湖鹵水為原料，經(jīng)過(guò)CaO除鎂、萃取洗滌、碳化反萃、熱解等工藝一步制備高純度碳酸鋰產(chǎn)品，打通了全部工藝流程。并于10月底完成全部試驗(yàn)，生產(chǎn)出數(shù)噸準(zhǔn)電池級(jí)碳酸鋰產(chǎn)品。運(yùn)行結(jié)果表明，鋰綜合收率90%以上，碳酸鋰產(chǎn)品純度99.5%以上，部分產(chǎn)品達(dá)到電池級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，成為全球首個(gè)在海拔4600米以上建成并投產(chǎn)的鹽湖提鋰中試生產(chǎn)線(xiàn)。
據(jù)介紹，為了保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)企業(yè)貫徹“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)理念，對(duì)工藝的清潔度進(jìn)行了嚴(yán)格的把控。從工藝設(shè)計(jì)的源頭，就避免了廢渣和廢氣的大量產(chǎn)生，盡可能的實(shí)現(xiàn)輔料的全循環(huán)。同時(shí)對(duì)外界最為關(guān)心的萃取劑對(duì)水質(zhì)影響問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)選擇了水溶性極低的萃取體系，保證萃取劑的無(wú)毒無(wú)害。全流程僅有提鋰萃余液唯一一個(gè)水出口，便于嚴(yán)格把控出口水質(zhì)，通過(guò)設(shè)置“澄清槽、儲(chǔ)罐、多道樹(shù)脂除油”等多項(xiàng)措施，保證出水中COD處于極低水平，經(jīng)過(guò)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)SGS檢測(cè)，處理后的萃余液COD遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)要求，其總氮、氨氮、總磷和重金屬等含量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。生產(chǎn)企業(yè)時(shí)刻監(jiān)控水質(zhì)情況，確保進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家和自治區(qū)相關(guān)要求。該技術(shù)的成功應(yīng)用將為西藏地區(qū)碳酸型鹽湖鹵水鋰資源高效綠色開(kāi)發(fā)利用提供新途徑。
據(jù)悉，該新技術(shù)已獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，實(shí)用新型3項(xiàng)，申請(qǐng)PCT專(zhuān)利1項(xiàng)。具有四大優(yōu)勢(shì)，一是開(kāi)發(fā)了新型螯合萃取劑，鋰選擇性高且無(wú)毒無(wú)害，環(huán)境友好；二是采用CO?氣液液三相反萃鋰，避免了強(qiáng)酸引起的設(shè)備腐蝕及環(huán)境污染；三是建立了碳酸氫鋰溶液直接熱解制備高純度碳酸鋰工藝，實(shí)現(xiàn)碳酸鋰短流程生產(chǎn)；四是將CaO與鹽湖CO?2?結(jié)合CO?雙循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了輔料的低消耗和碳的低排放，能夠滿(mǎn)足西藏地區(qū)環(huán)境保護(hù)要求。