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盐湖提锂:在争议中完美蜕变

2015-07-13 08:56:11
来源:中国科学报  作者:彭科峰 姜天海 评论:0
导语:面对国家对于锂资源的战略需求,中国科学院青海盐湖研究所在时任所长马培华的带领下,开展了“青海盐湖提锂及资源综合利用产业化示范工程”项目的研究。

 

  盐田成品锂卤矿 青海盐湖所供图

  面对国家对于锂资源的战略需求,中国科学院青海盐湖研究所在时任所长马培华的带领下,开展了“青海盐湖提锂及资源综合利用产业化示范工程”项目的研究。

  原创的技术路线

  锂资源也是用于核能、军工的国家战略资源,锂资源储备和提锂技术直接影响到国家的战略安全。

  从全球储量范围来看,盐湖锂的储量要高于矿石锂的储量,而且盐湖锂资源主要分布在南美洲和我国的青藏高原地区,青海省的台吉乃尔盐湖和一里坪盐湖是柴达木盆地锂富集矿区。上世纪90年代,南美洲就已经成功开发了镁锂比值为6:1的盐湖提锂技术。

  但是,相较于南美洲,我国盐湖的镁锂比值普遍过高,镁锂分离技术的难度很大。中科院青海盐湖所研究员王敏告诉《中国科学报》记者,东台吉乃尔盐湖的镁锂比值为40:1,一里坪盐湖的中间值高达100:1,察尔汗盐湖甚至接近2000:1,“这是我国高镁锂比盐湖提锂技术上存在的一大世界性难题”。

  如何破局?时任所长马培华对沉淀法、煅烧法、盐析法、萃取法等化学法路线的技术缺陷有着深刻的体会。通过总结以往的经验教训,马培华认识到,要真正解决制约我国盐湖开发走向大规模综合利用的瓶颈问题必须摒弃以往高物耗、高能耗、三废排放量多的化学过程,开创一种高效分离提锂模式。

  但正是基于这些传统的方法,上世纪90年代末,马培华带领的科研团队探索出从高镁锂比盐湖卤水中低成本、清洁提锂的方法——离子选择迁移分离方法,也就是现在的离子选择膜分离方法。随后,盐湖所与新西兰太平洋锂业合资成立了青海锂业有限公司,由盐湖所负责运行实施,准备做出一套完整的产业化样本再加以推广。

  但这在当时引来了不少人质疑,盐湖所在产业化、工程化方面是否具备足够的经验和资金,再加上当时同期起步的还有实力雄厚的中信国安和盐湖集团,这让项目的实施在当时一度饱受争议。

  后来,由于青海锂业在东台产业化项目建设过程中资金短缺,项目的产业化进度也一度被迫停滞。2005年,在西部矿业介入企业重组后,东台项目开始正式建设,在短短两年的时间内,就实现了3000吨碳酸锂产业化项目的产品下线,生产出的碳酸锂主含量达到99.7%,达到了锂电池用的碳酸锂标准。

  艰难的建设过程

  从建设到投产仅用了两年的时间,但期间日日夜夜的奋战,对于东台项目团队来说,虽隔经年,却仍然记忆犹新。

  由于从高镁锂比盐湖卤水中高效提取锂的工业化生产在国内仍然是空白,因此无论在实验室研究、小试、中试,还是产业化项目时,没有适用的设备装置是摆在中科院青海盐湖所研究员、产业化项目提锂技术现场负责人邓小川面前的一大难题。

  首先,如何选择分离设备材料,邓小川和团队下足了功夫。分离装置对隔室的密封性要求很高,隔板材料既要有弹性,又要有塑性,而且隔板厚度要小于1毫米。但是,国外进口的装置价格高昂,国内的工业材料和制造技术又过于薄弱。整整两个月,邓小川和团队扑在位于浙江省的一家国内厂家,通过物理复合足足做了七层材料,才把分离装置的内外泄漏问题解决。通过中试运行,他们又发现国产分离装置在多个方面难以满足分离工艺的特殊要求,遇到了产业化技术瓶颈。他们只好购置进口设备,但进口设备同样存在泄漏指标超过合同规定指标的问题。最后他们只能再通过谈判,更换隔板材料改进密封效果。

  “记得2006年春节过后,我到外地出差,进行相关设备材料采购的谈判,结果发生车祸,一度收到病危通知单。”邓小川说,他在病床上一躺就是两个月,“大部分的技术实施都由我负责,其他人没办法替代。整个项目因此耽误,当时心里十分着急。”

  项目产业化时工艺设计出现问题、主要进口设备和外围国内配套设备之间不兼容、安装生产车间时工程设计出现偏差、投料运行时管道爆裂……一路走来,东台项目遇到了诸多障碍,但也正是这些困难,让他们得以为项目的正式投产积累经验。

  2007年国庆期间,马培华专程从北京赶回来,七天一直驻扎在现场,希望看到项目的正式投产。但不巧的是,调试中间出现了问题,导致马培华没能见证第一批产品。但是他也给邓小川留下了指示:“第一次投料出来的产品要达到合格。”

  为了这个目标,当时所有课题组成员基本上都一周没合眼。但现场测试出的料液结果也相当令人振奋。“结果超出了我们的预计。”邓小川回忆道,“镁的分离率基本达到95%以上,第一次拿到的数据中富锂料液的镁锂比竟达到0.2~0.3,这在百吨级规模的中试中都没得到这个数据。”

  他们的辛苦,终于没有白费。

  示范意义显著

  邓小川介绍说,盐湖研究所东台基地的科研工作开发了高镁卤水中镁锂高效分离技术,利用碳酸锂制取工程技术获得产品纯度在99.5%以上的技术级碳酸锂。

  此外,盐湖所还针对青海东台锂矿盐湖的化学组分和当地气候特点,系统地研究了卤水中钠盐、钾盐、锂盐、硼酸盐的浓缩分离技术,有效地利用了盐湖卤水中的有益组分,实现了资源的可持续发展。

  目前,一期12万平方米盐田的成功修建和盐田两年多的连续运转,为二期4平方千米盐田施工设计提供了许多可以借鉴的宝贵经验。2010年,项目计划在东台区域进行二期扩建,建成2万吨碳酸锂的生产规模。

  二期扩建是青海盐湖提锂及资源综合利用高新技术产业化示范工程项目中重点工程之一,也为项目的顺利实施成功地迈出了第一步。

  “当年和东台项目同时启动的三条路线的盐湖提锂产业化项目,目前只有东台项目运行良好,经济效益显著,这足以证明当初的选择是对的。”回顾过去,王敏不禁感叹。

(责任编辑:叶伟)

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