碳酸锂（系列一）：基础知识

2023年8月8日 碳酸锂（系列一）：基础知识 研究员：钟明真邮箱：zmz@swfutures.com期货从业证书号：F03099911投资咨询证书号：Z0019134 正文 一、物理和化学属性 锂是一种银白色的金属，也是自然界中最轻的金属元素，具备质地软、比热大、电化学当量小等一系列优良特性，其应用领域广泛，被誉为“工业味精”，既可用作催化剂、引发剂和添加剂等，又可以用于直接合成新型材料以改善产品性能。由于锂具有最高的3.04V标准氧化电势，容易参与电化学氧化还原反应，且锂作为最轻的金属元素，有利于减小电池质量，因而是电池领域应用效果最好的元素。 碳酸锂，是一种无机化合物，化无色单斜系晶体，微溶于水、稀酸，不溶于乙醇、丙酮。热稳定性低于周期表中同族其他元素的碳酸盐，空气中不潮解，可用硫酸锂或氧化锂溶液加入碳酸钠而得。其水溶液中通入二氧化碳可转化为酸式盐，煮沸发生水解。碳酸锂可用于锂化合物及搪瓷、玻璃制造，是制取锂化合物和金属锂的原料，可作铝冶炼的电解浴添加剂。在玻璃、陶瓷、医药和食品等工业中应用广泛，亦可用于合成橡胶、染料、半导体、军事国防工业、电视机、原 子能、医药、催化剂等方面。用于制取声学级单晶，光学级单晶。还可用于治疗狂躁性精神病，制作镇静剂等；电池级碳酸锂主要用于制备钴酸锂、锰酸锂、三元材料及磷酸铁锂等锂离子电池正极材料；高纯级碳酸锂主要应用于制备高端锂离子电池正极材料及电池级氟化锂的制备；在光电信息方面，高纯级碳酸锂用于制备钽酸锂和铌酸锂；同时高纯级碳酸锂还应用于光学特种玻璃、磁性材料行业及超级电容器、医药行业等。 图1：碳酸锂 数据来源（中国无机盐工业协会） 二、产业链介绍 碳酸锂可由锂辉石、锂云母和盐湖卤水制成，不同的锂矿开采、加工成本差异较大，我国目前技术上最为成熟的是锂辉石提锂，运用最为广泛，产品质量稳定可靠，对生产高质量电池级产品具有绝对优势；但卤水锂资源总量大，提锂工艺相对简单，能耗要求较低，尤其 是南美盐湖可直接析出粗制碳酸锂，成本相比矿石提锂显著偏低。 碳酸锂又可以分为电池级碳酸锂和工业级碳酸锂，电池级碳酸锂的纯度相较工业级碳酸锂更高，一般电池级碳酸锂的纯度在99.9%以上，工业级碳酸锂纯度在90%左右，工艺级碳酸锂中可能含有较多的杂质，如铁、钠、钾等，对于某些应用场景有一定影响，目前工业级碳酸锂广泛应用于各种工业生产中，如玻璃陶瓷、冶金、化工等领域。电池级碳酸锂用途贼相对单一，主要用于锂离子电池的制造，如手机电池、电动汽车电池等。 图2：碳酸锂产业链图解 数据来源（西南期货） 三、生产工艺 按照原料来源的不同，碳酸锂生产工艺流程可以分为盐湖卤水提取和矿石提取。目前，国内主流生产方法是采用固体矿石提取，而国外主要采用盐湖卤水提取工艺生产碳酸锂。在工艺特征上，矿石提取工艺较为成熟，但矿石提取工艺耗能高、污染重、成本高；盐湖卤水提锂的优点在于碳酸锂含量高、成本低，缺点在于技术难度高，尤其是电池级碳酸锂的提纯。 碳酸锂生产工艺流程在提取技术上，矿石提取法和盐湖提取法有很大差别。矿石提取法以锂辉石为原料，制取碳酸锂工艺主要有硫酸法、锂辉石与硫酸盐混合烧结法、碳酸钠加压浸出法、氯化焙烧法、石灰石焙烧法等。盐湖卤水提取锂工艺是指从含锂的盐湖卤水中提取碳酸锂和其他锂盐产品。目前全球采用的盐湖卤水提取技术主要有沉淀法、煅烧浸取法、碳化法、溶剂萃取法、离子交换法等，其中溶剂萃取法和离子交换法还没有实现大规模工业化应用，下面对碳酸锂的集中制造工艺流程进行介绍： 3.1以矿石为原材料的生产工艺1、硫酸法 硫酸法是工业上制取碳酸锂比较成熟的生产工艺。首先将硫酸与β-锂辉石在250～300℃下发生置换反应，生成Li2SO4。再用石灰调pH至11，加碳酸钠除钙、镁、铁、铝等杂质。清液蒸发成含20%左 右Li2SO4的净化液，加入碳酸钠沉淀成碳酸锂。离心脱水，滤饼烘干，得到碳酸锂产品。 2、混合烧结法 混合烧结法主要工艺过程是将锂辉石精矿与K2SO4（或CaSO4或两者混合物）在一定温度下混合烧结，经一系列物理、化学反应后，所配入的硫酸盐中的金属元素将矿石中锂置换生成可溶性的硫酸盐，主要杂质则生成难溶于水的化合物，然后将烧结后的熟料浸出分离，锂离子进入溶液，经净化、浓缩、沉淀后得到碳酸锂产品。 3、碳酸钠加压浸出法 碳酸钠加压浸出法工艺过程是：（1）将锂辉石加工制得的β-锂辉石，粉碎研磨至平均粒度为0.074mm；（2）按Li2O量配比加入3.5～7倍碳酸钠混匀，在反应器中于200℃加压浸出，并通入CO2气体，即生成可溶性LiHCO3；（3）过滤除去残渣（沸石），加热至95℃逐出CO2，经沉淀、过滤、滤饼烘干，制备出碳酸锂产品。该工艺制取碳酸锂优点是：生产工艺中中省掉了产品洗涤和析钠工序，简化了操作，节约了能耗。 4、氯化焙烧法 氯化焙烧法主要是利用氯化剂使矿石中的锂及其它有价金属转化为氯化物进行提取的。氯化焙烧法生产工艺有两种：中温氯化法和 高温氯化或氯化挥发焙烧法。氯化焙烧法优点是：流程简单，不消耗贵重试剂。缺点是：LiCl的收集较难，炉气腐蚀性强。 3.2盐湖卤水为原料制取碳酸锂生产工艺流程 从盐湖卤水中制取碳酸锂，含锂量较高，而且盐湖资源丰富，工艺流程耗能低、产品价格低廉，国外主要采用此种方法制取碳酸锂。盐湖卤水为原料制取碳酸锂工艺主要有：蒸发沉淀法、煅烧法、溶剂萃取法、电渗析法、铝酸盐沉淀法、吸附法等。 1、蒸发沉淀法 目前，蒸发沉淀法已实现工业化生产。主要工艺过程是：（1）利用太阳能在蒸发池中将含锂卤水进行蒸发浓缩；（2）当锂含量达到适当浓度后，通过脱硼，除镁、钙等分离工序；（3）加入纯碱使锂以碳酸锂的形式沉淀析出。蒸发沉淀法优点是：工艺过程简单；能耗小；成本低；比较适宜碱土金属含量少、镁锂比低的卤水。 2、煅烧法 煅烧法主要是针对镁锂比较高的盐湖卤水提锂提出的技术。主要工艺过程是以含锂水氯镁石饱和卤水为原料，采用喷雾干燥、煅烧、加水洗涤、蒸发浓缩、加碱沉淀等生产工序，从高镁锂比盐湖卤水中进行镁锂分离，制取价高质优的碳酸锂、高纯氧化镁。 3、溶剂萃取法 溶剂萃取法工艺过程是：（1）将盐湖卤水经盐田日晒分步析出氯化钠、光卤石及部分水氯镁石，得到的浓缩卤水，经酸化后进入萃取槽；（2）采用磷酸三丁酯（TBP）为萃取剂，HCl为反萃取剂，FeCl3为络合剂，经多级逆流萃取洗涤、反萃取、洗酸等阶段，萃余液排放，空有机相返回萃取阶段使用。得到的反萃取液经成品工序的蒸发浓缩、焙烧、浸取、去除杂质，再蒸发浓缩、纯碱沉淀制取Li2CO3产品。 4、电渗析 电渗析是目前比较环保的新型工艺。中科院青海盐湖研究所研究开发出以含锂浓缩卤水为原料，通过一级或多级电渗析器，利用阴、阳一价选择性离子交换膜进行循环（连续式、连续部分循环式或批量循环式）工艺浓缩锂，获得富锂低镁卤水。然后通过深度除杂、精制浓缩，经转化干燥便可制取碳酸锂产品。电渗析最大优点是解决了高镁锂比盐湖卤水中镁和其它杂质分离的难题，成为目前青海高镁锂比卤水提取碳酸锂的一个经济实用的工艺技术。 四、成本构成 碳酸锂生产成本包括原料成本+人工成本+燃料电力成本+制造成本，根据原材料以及制取方法的不同，碳酸锂的成本有较大的差别，总体来看，锂辉石制碳酸锂>锂云母>盐湖提锂。 锂辉石制碳酸锂的工艺中，目前企业主要采用硫酸法直接制取碳酸锂，原材料成本主要包括锂辉石、硫酸、石灰石以及纯碱，采用锂辉石制取碳酸锂的工艺中，原材料成本占到总成本的98%以上，其余辅料虽然价格有所波动，但相较锂辉石，对于原材料成本影响较小。每生产1吨碳酸锂需要消耗约8.76吨的锂辉石精矿，2.47吨硫酸和0.91吨石灰石。锂云母制取碳酸锂的工艺中，每生产1吨碳酸锂 需要消耗约18吨的锂云母，2吨纯碱和6.4吨的硫酸钾以及2.7吨的元明粉，其中锂云母的成本占比为70%，辅料价格变动对其生产成本会产生更大的影响。盐湖提锂工艺较多，国内盐湖多使用吸附法+纳滤膜法提取锂，原料成本主要包括吸附剂、纳滤膜和碳酸钠，而国外主要采取沉淀法，原料成本较低，主要利用盐田对卤水进行摊晒和蒸发结晶。 免责声明 西南期货有限公司具有期货投资咨询业务资格和经营期货业务资格（许可证号：91500000202897127J）。本报告仅供西南期货有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，概不构成任何广告。 本报告中的信息来源于公开的资料或实地调研，尽管我们相信报告中资料来源的可靠性，但本公司对这些信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告中的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断，可能会随时调整，本公司没有义务和责任去及时更新本报告并通知客户。本报告所载的全部内容只提供给客户做参考之用，不作为客户的直接投资依据，本公司不因客户使用本报告而产生的损失承担任何责任。 本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“西南期货”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。 若本公司以外的其他机构（以下简称“该机构”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进行交易。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议，本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。 地址：上海市浦东新区向城路288号1101A电话：021-61101856 地址：重庆市江北区金沙门路32号23层（不含2310、2311室）电话：023-67070250 邮箱：xnqhyf@swfutures.com