國內(nèi)氫氧化鋰生產(chǎn)工藝及成本分析

陳光輝，王中奎，羅寧川

（北京安泰科信息股份有限公司，北京 100814）

1 概述

鋰產(chǎn)品在現(xiàn)代工業(yè)中具有非常重要的地位，在電池工業(yè)、鋁工業(yè)、潤滑脂、醫(yī)藥、制冷劑、核工業(yè)及光電行業(yè)等新能源、新材料領域有廣泛的應用。隨著技術的進步，鋰產(chǎn)品的應用范圍不斷擴大，需求保持較快增長，行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。

新能源汽車市場的持續(xù)增長，帶動了動力電池行業(yè)的增長[1]。鑒于需求端對于高續(xù)航里程及汽車輕量化鍥而不舍的追求，高鎳化趨勢長期堅定不變。在動力電池高鎳化趨勢下，鋰鹽需求正漸漸從碳酸鋰向氫氧化鋰轉(zhuǎn)變，氫氧化鋰替代碳酸鋰或成為趨勢。高能量密度的高鎳三元必須使用氫氧化鋰，隨著高鎳三元正極材料的開發(fā)速度不斷加快，高鎳三元材料在動力電池上實現(xiàn)規(guī)?；瘧?，氫氧化鋰的需求將不斷走高，氫氧化鋰及其制備業(yè)受到業(yè)界的廣泛關注。

2 氫氧化鋰生產(chǎn)現(xiàn)狀

2019年，氫氧化鋰因高鎳三元電池的快速發(fā)展成為鋰化合物的主要增長動力。根據(jù)五礦證券的研究報告，2019年全球單水氫氧化鋰的產(chǎn)銷量約為9.96萬噸，需求量約為7.97萬噸，其中鋰離子電池領域的需求約6.2萬噸。預計2025年全球氫氧化鋰的需求總量將大幅增長至56.6萬噸，2019-2025年的復合平均年增長率約38.65%，2022年鋰電池對于氫氧化鋰的需求量預計將超越碳酸鋰。2019年全球氫氧化鋰市場的供應集中度較高，按照產(chǎn)能與產(chǎn)量份額如下圖所示：

圖1 2019年氫氧化鋰產(chǎn)能份額和產(chǎn)量份額

當前全球優(yōu)質(zhì)氫氧化鋰產(chǎn)能均集中在中國，隨著特斯拉國產(chǎn)化的加速，以及寶馬、蔚來等高鎳車型的發(fā)力，2020年中國電池級氫氧化鋰需求及產(chǎn)量將會有明顯增長。當前國內(nèi)氫氧化鋰的原料來源相較于碳酸鋰更為單一，主要以鋰輝石精礦為原料，生產(chǎn)廠商集中度更高。

3 氫氧化鋰生產(chǎn)工藝

礦石、鹽湖生產(chǎn)氫氧化鋰的工藝路徑成熟，但是在實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)高品質(zhì)的氫氧化鋰產(chǎn)品卻并不簡單，尤其是除雜的工藝門檻較高，下游客戶通常也有差異化的指標要求，這也注定氫氧化鋰、尤其電池級氫氧化鋰難以成為標準化的大宗商品。礦石可一步生產(chǎn)電池級氫氧化鋰，首先利用鋰精礦焙燒、酸化生產(chǎn)硫酸鋰溶液，然后硫酸鋰通過氫氧化鈉進行轉(zhuǎn)化，經(jīng)過濾、蒸發(fā)濃縮、結晶（部分采用多次結晶）、干燥等工序生產(chǎn)電池級氫氧化鋰；鹽湖的成熟工藝是首先生產(chǎn)碳酸鋰、再苛化生產(chǎn)氫氧化鋰，鹽湖提鋰雖然資源豐富，但由于鹽湖提鋰本身的雜質(zhì)含量較多，且技術通用性查，加上鹽湖提鋰企業(yè)傾向于將高品質(zhì)的碳酸鋰產(chǎn)品直接外售，將工業(yè)級（或次優(yōu)）的碳酸鋰作為原料用于后端氫氧化鋰的生產(chǎn)，這將導致其氫氧化鋰產(chǎn)品的品質(zhì)、一致性難以得到保障；鹽湖提鋰企業(yè)也在積極試驗鹵水電解生產(chǎn)氫氧化鋰的工藝，但在批量生產(chǎn)中，其工藝成熟度和產(chǎn)品品質(zhì)依然有待觀察和驗證。

礦石提鋰生產(chǎn)氫氧化鋰常用的生產(chǎn)方法主要有碳酸鋰和氫氧化鈣法、煅燒法、硫酸鋰法等。碳酸鋰和氫氧化鈣法生產(chǎn)工藝可以得到濃度約3.5%的溶液，若比此濃度高，由于氫氧化鋰的存在，碳酸鋰的溶解度下降殘留于碳酸鈣殘渣中而造成損失。煅燒法缺點是鎂的使用使得工藝流程復雜，設備腐蝕嚴重，蒸發(fā)水量大，能耗高。硫酸鋰法生產(chǎn)氫氧化鋰回收率較高，可連續(xù)生產(chǎn)，并能實現(xiàn)自動化控制，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本低，是目前我國主要的生產(chǎn)方法。

硫酸鋰法工藝以天然鋰精礦(α型)為原料，先通過回轉(zhuǎn)窯焙燒使α-鋰精礦轉(zhuǎn)化為易與硫酸反應的β-鋰精礦，然后通過硫酸法將鋰精礦中的鋰元素提取出來，加水制漿浸出，使固態(tài)硫酸鋰變?yōu)橐簯B(tài)，加入石灰粉和碳酸鈣調(diào)節(jié)pH 值，過濾出鐵、鈣、鎂等雜質(zhì)，再通過加入碳酸鈉和進行離子交換進一步去除鈣之后，將硫酸鋰浸出液適當蒸發(fā)濃縮，加入氫氧化鈉后，通過冷卻到-5℃～-15℃分離出十水硫酸鈉，將分離后母液蒸發(fā)濃縮結晶出粗品單水氫氧化鋰，最后通過重結晶的方式得到精品單水氫氧化鋰[2]。

其基本原理主要是利用Na2SO4與LiOH在低溫下溶解度不同，采用低溫分離出Na2SO4，達到凈化液體的目的。主要反應方程式如下：

圖2 硫酸鋰法生產(chǎn)氫氧化鋰工藝流程

4 氫氧化鋰生產(chǎn)成本分析

氫氧化鋰生產(chǎn)過程中所使用的主要原輔材料為鋰輝石精礦、硫酸、純堿、燒堿、碳酸鈣等；產(chǎn)品生產(chǎn)過程中主要能源消耗有兩大方面：一是設備運轉(zhuǎn)的電能消耗；二是生產(chǎn)過程中的熱量消耗。本文根據(jù)國內(nèi)主要氫氧化鋰企業(yè)原輔材料消耗、能源消耗及提鋰回收率，來計算其直接成本[3]，其成本計算如表1所示。

通過上表計算可得，各企業(yè)氫氧化鋰直接成本集中在3.8-4.1萬元/噸。從上表可以看出，原材料的成本占據(jù)了氫氧化鋰直接成本的80%左右，進而可以得知上游鋰資源對企業(yè)成本控制的重要性。

表1 氫氧化鋰直接成本分析

成本控制是鋰化工企業(yè)綜合競爭的核心之一，同時也是體現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部管理機制及其運行效果的績效指標。企業(yè)可以通過投資鋰資源，獲得穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的鋰原料來控制成本；也可以通過對各種生產(chǎn)工藝、設備、技術的不斷完善和革新，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低單位產(chǎn)品成本；也可以加大研發(fā)投入用于技術項目研發(fā)和科研成果產(chǎn)業(yè)化，通過產(chǎn)品差異化戰(zhàn)略來增加高端產(chǎn)品溢價能力，確保成本效益，提高整體盈利能力。

5 結語

本文結合氫氧化鋰的生產(chǎn)情況，介紹了當前氫氧化鋰生產(chǎn)的主流工藝及成本分析。隨著市場對新能源汽車續(xù)航能力、行駛里程的要求不斷提高，導致對動力電池能量密度的要求也越來越高，走高鎳化三元路線已經(jīng)逐漸成為主流車企的共同選擇。高鎳三元材料需求的增長將直接帶動氫氧化鋰需求的增長，企業(yè)必須持續(xù)不斷的堅持降本增效，不斷降低產(chǎn)品成本，提升產(chǎn)品品質(zhì)，具體表現(xiàn)為：在資源、資本、人員、生產(chǎn)線、銷售和技術、投資等方面進行國際化戰(zhàn)略布局，同時堅持貼近市場、引導市場可持續(xù)健康平穩(wěn)發(fā)展；堅持高端化、差異化產(chǎn)品取向，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，努力提升產(chǎn)品品質(zhì)；堅持聚焦前沿行業(yè)技術方向，不斷挖掘現(xiàn)有生產(chǎn)線產(chǎn)能潛力，加快新技術、新設備、新工藝的自主研發(fā)和儲備，實現(xiàn)由單純的鋰加工制造業(yè)務向集鋰資源儲備、開發(fā)和貿(mào)易以及鋰系列產(chǎn)品加工為一體的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)業(yè)鏈向上下游延伸、價值鏈向高端攀升，核心競爭力進一步增強。