【干货】千“锂”之行——碳酸锂基础知识

碳酸锂是一种常见的无机锂盐，化学式 Li2CO3，分子量 73.891，密度 2.11g/cm3，熔点为 720℃，沸点1342℃。碳酸锂外观一般为无色单斜系晶体或白色粉末，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，耐储存、易运输。可用作陶瓷、玻璃、铁氧体等的原料，元件喷银浆等，医学上用以治疗精神忧郁症。

按照纯度不同碳酸锂可分为工业级和电池级两类，电池级一般要求碳酸锂含量≥99.5%，可用于各类锂电池的制造；工业级碳酸锂含量在98%-99%之间，主要用于陶瓷、玻璃以及锂电池的电解液等行业。国家标准GB/T11075-2013根据碳酸锂含量不同，将碳酸锂分为3个牌号：Li2CO3-0，Li2CO3-1，Li2CO3-2。

行业标准 YS/T582-2013 规定了电池级碳酸锂的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等内容。标准产品的化学成分要求如表2所示：

碳酸锂产业链上游为原料的采集，主要分为锂矿山和盐湖，锂矿山主要产出锂辉石原矿和锂云母原矿。产业链中游主要是锂盐产品，包括从锂辉石原矿制得的氢氧化锂，经过加工后得到的工业级碳酸锂和电池级碳酸锂；从锂云母原矿中制备得到工业级碳酸锂和电池级碳酸锂；从盐湖卤水中可以制备得到工业级碳酸锂和氯化锂，其中氯化锂可以通过回收提锂技术得到金属锂。产业链下游主要是工业级碳酸锂和电池级碳酸锂用于各类锂电池正极材料制备及电解液的生产，终端消费主要是新能源汽车、两轮车、3C 电子及储能等。

按照原料来源的不同，碳酸锂生产工艺可以分为矿石提取和盐湖卤水提取，由于不同原料性质差别较大，使用的提取工艺各不相同。

以锂辉石生产碳酸锂，工业上应用最广泛的工艺是硫酸法，其具有工艺简单、可控性强、产品质量稳定等优点。硫酸法提锂工艺主要是基于晶相组织转变的原理，先将选矿获得的含Li₂O 5.5%—7.5%的锂辉石精矿粉碎后，在回转窑中高温焙烧生成为β锂辉石，冷却后将焙烧矿磨细并与浓硫酸(93%-98%)混合，在250-300 ℃环境下焙烧成硫酸锂，水浸溶解得到硫酸锂溶液，经净化、沉锂、反复蒸发浓缩后得碳酸锂。

使用锂云母生产碳酸锂的工艺主要有硫酸盐焙烧法、石灰石烧结法、硫酸焙烧法等，目前应用较为成熟的是硫酸盐焙烧法。硫酸盐焙烧法将锂云母与硫酸钾、硫酸钠或硫酸钙等硫酸盐混合后在高温下进行焙烧，其原理是高温离子置换，即利用高温破坏锂云母的矿相结构，使锂矿结构变得疏松，硫酸盐中的钠、钾等与锂云母中的锂离子发生高温置换反应，转变成易溶于水的硫酸锂，而其余杂质则留在固相不溶渣中，在水浸或酸浸过程中分离两相，再对含锂浸出液进行净化、沉淀等得到碳酸锂。

世界各地的卤水资源禀赋差异巨大，锂的提取工艺方法也各不相同。目前全球已有的盐湖提锂方法主要有沉淀法、吸附交换法、膜分离法、煅烧法、电化学、溶剂萃取等。沉淀法的原理是利用太阳能将盐湖卤水自然蒸发浓缩，经脱硼、除钙、除镁去除杂质后，在母液中加入混合物沉淀剂或盐析剂使锂以沉淀物的形式分离。中低镁锂比的盐湖普遍采用分步沉淀法，该工艺已较为成熟，生产成本低，目前南美大型在产盐湖如 Atacama、Olaroz及即将投产的Cauchari-Olaroz均采用该工艺。

吸附法一般是高镁锂比盐湖的主流生产工艺。通过直接向盐湖卤水中投加离子筛吸附剂，进行充分接触和反应后，对固相吸附剂进行水洗，洗脱液为含锂溶液，剩余溶液返回盐湖中，进行循环提锂。对含锂溶液进行蒸发、过滤等纯化操作，获得富锂溶液，最后向其中投加碳酸钠，获得碳酸锂。

膜分离法是通过在功能膜两侧施加驱动力，利用膜的选择透过性，使得盐湖卤水中的不同组分得以分离的方法。目前膜分离法主要分为纳滤膜、电渗析与离子交换膜，其基本原理是根据各离子的离子半径（Li+、Na+、K+、Mg2+和 Ca2+的水合离子半径遵从以下规律：Mg2+ > Ca2+ > Li+ > Na+ > K+）、电荷数的不同进行分离。

煅烧法是以盐田蒸发浓缩提钾脱硼后的含锂卤水为原料，采用喷雾干燥、高温煅烧得到含锂氧化镁；加水洗涤过滤浸取锂，实现镁锂分离；用石灰乳去除残余钙、镁等杂质，得到纯度较高的含锂溶液；将溶液蒸发浓缩，再加入纯碱沉淀生产碳酸锂。

全球新能源车产业高速发展，拉动锂盐需求，但因前期资源端产能出清，造成供给短缺，锂矿锂盐价格回升。澳洲锂矿资本开支周期与需求周期的严重错配，导致锂矿供不应求，造成锂辉石价格迅速攀升。可见，锂资源是核心供需瓶颈，位于成本曲线右侧的原料价格波动成为碳酸锂定价的锚点。

碳酸锂供需双增的行业格局使全球碳酸锂贸易量不断增长, 但其出口仍集中于少数国家。根据联合国贸易数据库(UN Comtrade Database)数据，2020年全球碳酸锂的主要出口国为智利和阿根廷, 出口量分别为10.11万吨和 2.55万吨, 分别占全球总出口量的71.84%和18.13%。从进口国来看, 亚洲成为全球锂贸易的主要进口区域，中国、日本和韩国为进口规模最大的三个国家, 2020年进口里分别为 5.01万吨、1.77万吨和3.12万吨，占世界进口总量的 70.33%。