從地熱鹽水中淘“鋰礦”_風聞

來源：科學網   中國科學報   作者：池涵   時間：2020/4/21

原文網址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/4/438713.shtm

隨着鋰電池在電子產品、新能源汽車等領域的火熱應用，鋰元素的價值也愈發凸顯。

目前，鋰主要是從富含鋰的海水、地下熱鹽水或岩石中提煉獲得。不久前，美國加州能源委員會還專門討論從地熱鹽（滷）水中提取鋰，以期在美國創造一個“世界級的鋰產業”。

在此之前，由美國公司Lilac Solutions與澳大利亞公司Controlled Thermal Resources（CTR）合作的美國加州索爾頓海鹽湖地熱鹽水鋰礦，憑藉其創新的鋰回收技術，吸引了比爾·蓋茨旗下風投Breakthrough Energy Ventures（BEV）的2000萬美元的投資。該風投的投資人還包括阿里巴巴的馬雲、亞馬遜的傑夫·貝索斯及彭博的邁克爾·布隆伯格等資本大佬。

在業內看來，地熱鹽（滷）水或許也會成為我國提高鋰的可持續自主生產、降低對鋰進口依賴的解決方案之一。

手裏有礦，心中不慌

據《洛杉磯時報》報道，上述鋰礦項目位於美國加州南部帝王谷的索爾頓海鹽湖。該湖的鹽分（4.4%）高於太平洋，有很多冒出地下熱鹽水的泥丘。這些鹽水富含鋰和其它礦物元素，幾十年來吸引了無數“淘金者”前仆後繼地投資。然而，此前這些鋰礦項目大多成本過高，如果無法脱手，最終只好關門了之。

Lilac Solutions稱，其公司用獨有的離子交換珠技術取代了傳統的蒸發池方法，能夠連續高效率地處理地熱鹽水，從而提純出電池級的鋰產品。該技術不僅可以降低生產成本，還能充分利用低品位的資源。

目前，全球鋰的主要供應方為南美的鹽水鋰礦和澳大利亞的岩石鋰礦。索爾頓海鹽水鋰礦項目如果能夠在2023年投入運行，預計第一年就將生產出超過1.7萬噸鋰，屆時有望躋身鋰市場主要玩家的行列。

“電動汽車是削減碳排放的最有前景的機會，但電池原材料如鋰和鈷的供給不足是其最大挑戰。”BEV投資人Carmichael Roberts稱，Lilac Solutions的新技術使得生產商能夠以更低的成本從更新的資源中提煉出更多的產品，這能夠改變鋰市場的供求關係。這類工業級創新還能夠最終支持機動車向電動車的轉變。

實際上，鋰礦不光博得了私營企業的青睞，美國能源部在十幾年前就資助過很多能夠從地下熱鹽水中高效提取鋰的分子篩研究。加州能源委員會於2019年12月發起了名為“GFO-19-303克服技術障礙與實現鹽水中礦物鋰回收的地熱能”的項目。項目包含“提高現有地熱設施的產能和靈活性”、“改進回收鋰的處理技術”以及“從地熱鹽水中回收鋰的實施和示範工程”三個子課題，將資助總計1400萬美元的地熱回收研究課題。

中國地質大學（北京）教授李克文向《中國科學報》分析稱，鼓勵這類研究項目對於美國加州有許多好處。首先鋰作為電子、新能源產業重要的戰略資源，當地政府不希望過度依賴進口。其次，加州歷來重視地熱、太陽能、風電等清潔能源，投入的經費在美國所有州中是最多的。目前，加州地熱裝機容量約4千兆瓦，佔該州總發電量的5%~6%。如果能夠利用現有地熱發電項目的熱鹽水提取鋰等稀有元素，不僅能夠取得一部分額外的經濟效益，而且有利於地熱鹽水的環保回灌，還可以增加不少就業崗位。

據李克文介紹，過去十幾年來，美國能源部一直對從地熱鹽水中回收鋰等稀有元素的理論和有關技術非常重視，資助了不少科研項目，也取得了一些重要成果。

索爾頓海鹽湖南緣冒泡的泥丘表明該地擁有豐富的地熱資源。(Carolyn Cole / Los Angeles Times)

把地熱鹽水“吃幹榨淨”

那麼，除了提供鋰以外，地熱鹽水（鹽度3%~5%）、滷水（鹽度高於5%）還有哪些用途？中國科學院院士汪集暘提出了“三重稟賦”。

在康養方面，40~50℃的地熱鹽水具有很好的療養效果。我國用地熱水泡温泉已有2000多年的歷史，目前在這方面的開發也很廣泛。

第二重稟賦是能源。地熱井口温度達到150~200℃就可以高温發電，如西藏的羊八井地熱發電站。此外，還包括低温熱水的非電直接利用。汪集暘説，我國的地質特點決定了地熱資源以中低温為主，除西藏、騰衝等少數地區有高温地熱資源外，廣大東部地區的地下熱水低於100℃，這類熱水雖然能量密度低，但可以用於供暖、製冷以及生活熱水三聯供。據他估計，目前中國的淺層地源熱泵（深度少於200米）項目在以每年10%的速率增長。

地熱鹽水的第三重稟賦是可以提取稀有元素。汪集暘告訴《中國科學報》，除了鋰以外，一些地區地熱鹽水中的鉀、氦、溴、碘等稀有元素的含量也具有重要的工業價值。

“1959至1962年，我在莫斯科地質學院讀研期間，結合導師承擔的蘇聯地質保礦部項目“西西伯利亞自流盆地地下滷水中Br、I 微量元素的分佈與提取”，完成了我的副博士論文。”汪集暘回憶道，“可見，蘇聯在上世紀50至60年代就已經非常重視從地下鹽（滷）水中提取有用礦物元素乃至礦產資源的工作。”

上世紀60年代，我國曾存在缺乏鉀鹽的問題。“在西北地區發現鉀鹽礦以前，從自貢2000多米深的地下滷水中提取的鉀鹽解了燃眉之急。”汪集暘説。

目前，我國每年需要以碳酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰等方式大量進口鋰鹽用於醫藥、新能源、新材料等多個製造業門類。據中國有色金屬工業協會鋰業分會發布的《2018年鋰產品進出口情況簡報》，2018年中國碳酸鋰進口總量為2.4萬多噸。與此同時，我國已成為鋰電池的主要生產國，2018年中國鋰離子電池總出貨量102吉瓦時，國際佔比約54%。

多位專家認為，我國要想提高鋰等稀有元素的可持續自主生產、降低對這些資源的進口依賴，挖掘地熱鹽（滷）水資源或將成為解決方案之一。

呼籲啓動地熱鹽水提取工作

據統計，目前我國鋰資源主要集中在青海、西藏、四川等地區，佔全國總量的85%左右。其中，青海現在已經探明的氯化鋰儲量為1982萬噸，西藏為1740餘萬噸。

“從鋰資源的總量來看我們是全球最大的，但大而不強。”中國科學院院士鄭綿平指出，我國鋰原料對外依賴度依然較高，目前的使用量主要依賴於進口鋰輝石及鹽湖滷水。

在“十四五”規劃中，地熱作為一種重要的清潔和可再生能源得到了高度重視。2019年10月，中國工程院啓動了“夏熱冬冷”地區地熱能應用戰略研究課題。而汪集暘牽頭的《長三角地區地熱資源及其綜合利用研究》近日也獲得了中國科學院評議通過。

“除了地熱發電、地熱三聯供以外，應該把從地熱鹽（滷）水裏提取礦物質也作為‘十四五’規劃之一，把這方面的工作啓動起來。”汪集暘呼籲。

此外，記者瞭解到，鹽湖提鋰也將成為全球未來鋰礦開發的趨勢。其中，地下滷水型鋰礦以四川自貢、湖北潛江地區的地下滷水為代表，該類資源開發利用的潛力較大。