钛媒体注:全球汽车工业和能源行业正在经历一场变革。
技术无疑是这场变革最重要的推动力量之一,而技术进步的动力,则来自于那些不懈追求与探索的人们。
钛媒体APP 推出「产业观察」系列纪录片,第一个系列「动力中国」将用“科普+故事”的方式,以技术变革为切入,聚焦中国动力电池产业链,挖掘产业链背后的“动力之源”。
我们希望通过对“盐湖提锂、动力电池的制造和应用、动力电池回收”等关键环节上重要企业的深度探访,结合核心生产和研发人员的一手讲述,来描绘一幅幅这样的场景:
在盐湖之滨,人们对自然怀抱的已不再是“征服”的渴望,而是与自然“共舞”的感恩;
……
在报废电池的回收产线上,人工智能和机器人正在成为新一代蓝领工人最可靠的“同事”……
每一粒盐晶都蕴藏着无尽的能量,每一块电池都记录着时代的脉搏。身处这条复杂产业链中不同环节的人们,不仅是这场变革的见证者,更是这场变革的引领者和塑造者。
让我们一起走进这场叙事,走近这些引领者和塑造者们。
碳酸锂。
在电动汽车和储能系统中,锂电池发挥着关键作用。
作为制作锂电池的核心原材料,“锂”被称作“白色石油”,因此,锂资源也成为各国竞相争夺的关键战略资源。
根据美国地质调查局2022年公布的“全球已探明锂资源储量占比排名”,中国以8%的占比排名第四(前三分别为:智利36%、澳大利亚24%、阿根廷10%)。
中国以8%的锂储量占比,完成了全球动力电池产能的70%(工信部2021年数据)。
盐湖学专家、中国工程院院士郑绵平2023年披露,中国锂原料长期以来大量依靠进口,其中2021年锂原料对外依存度达到66.7%。
郑绵平估算,未来几年,中国锂资源供需剪刀差将进一步扩大,资源对外依存度将持续上升:仅考虑国内锂电产品的需求,2025年中国碳酸锂供需缺口预计为15万吨,2030年将达到35万吨。
察尔汗盐湖。
地球上的锂资源65%蕴藏在盐湖中,中国75%的锂资源蕴藏在青藏高原的盐湖中;由于历史、环境、技术等原因,中国只有16%的锂资源开发来自盐湖,这是导致中国锂资源对外依存度居高不下的重要原因。(郑绵平院士:电动中国,锂从何来)
近年来,智利等主要锂储国相继推行“锂矿国有化”和“供应链本土化”相关政策,给全球锂资源供应链的稳定性带来不确定性影响。
自主可控盐湖锂资源开发对保障中国锂资源安全的巨大战略意义正在进一步彰显。
察尔汗盐湖。
「钛媒体APP产业观察」第一季「动力中国」第一集来到位于青藏高原的察尔汗盐湖,这里是中国锂储量最丰富的盐湖。
我们想要探寻,扎根在这里的人,是如何为当下这场“新能源革命”注入动力的源泉。
① 中国储量之最:819万吨碳酸锂当量
资料:察尔汗盐湖区位(谷歌卫星地图)。
察尔汗盐湖位于柴达木盆地南部,青海省海西州格尔木市以北60公里,坐落在祁连山和昆仑山之间。
它海拔2670米,总面积5856平方公里,相当于3个深圳市的大小,是中国面积最大的盐湖。
察尔汗盐湖有"聚宝盆"之称:在2~20米厚的盐层里,蕴藏着600亿吨各类盐资源,占全国盐类总储量的1/3);同时,这里还富集了锂、钾、硼、铍、锶、铯等多种有价值的矿产资源。
资料:老一辈盐湖人在盐湖上建设。
1950年代末开始,来自全国各地5000多名建设者来到这片寸草不生的盐湖,通过人拉肩扛的原始方式,一步步在这里建成中国最大的钾肥生产企业“盐湖股份”。
察尔汗盐湖,青海盐湖工业股份有限公司厂区。
随着新能源转型的浪潮席卷全球,察尔汗盐湖因为1200万吨氯化锂(盐湖锂主要存在形式)储量(折合碳酸锂当量891万吨)而备受关注。
2007年,盐湖股份在察尔汗盐湖创立蓝科锂业,进军盐湖提锂行业。
目前,察尔汗盐湖是蓝科锂业的主产区,盐湖股份拥有察尔汗盐湖3700平方公里的开采权(总面积的63%)。
资料:察尔汗盐湖开采分布图(谷歌卫星地图,局部)。
② 高镁锂比阻碍量产:10余年攻克高镁锂比吸附法盐湖提锂技术
青藏高原广泛分布着200多个盐湖,不同区域的盐湖禀赋各不相同。
西藏盐湖品质较好,但开采环境不理想;青海盐湖天然禀赋较差,卤水(含有高浓度盐分的湖水)品位较低,特别是卤水的“高镁锂比”增加了“镁锂分离”的难度,一度阻碍了盐湖碳酸锂大规模量产。
“镁锂比”是指单位体积盐湖卤水中镁离子和锂离子的比例。
以全球锂资源储量最丰富的玻利维亚、智利和阿根廷“锂三角”地区盐湖为例,当地盐湖卤水镁锂比一般在1.4~10:1之间。
“青海地区的盐湖镁锂比普遍偏高,察尔汗盐湖卤水的镁锂比高达500:1。”盐湖提锂工程师、青海盐湖蓝科锂业股份有限公司副总经理孙永龙对「钛媒体APP产业观察」介绍。
高镁锂比对工艺提出了较高的要求。
盐湖提锂行业常见的工艺有沉淀法、萃取法、煅烧法、膜分离法和吸附法等,它们适用的卤水品味和工况各不相同。
“我们采用的吸附法适用于高镁锂比的盐湖。”孙永龙形容,吸附法就像利用一块磁铁在一堆含有铁屑和其他颗粒的物质中精准分离铁屑。
所以这块磁铁,也就是行业内所说的“吸附剂”,是吸附技术的关键,直接决定了吸附法提锂的效率和收率。
蓝科锂业使用的吸附剂。
“通过10多年的研发,我们拥有了自主知识产权的吸附剂,并配套了吸附剂生产车间,实现了吸附剂自足。”孙永龙对「钛媒体APP产业观察」介绍,蓝科锂业将吸附剂年损耗控制在了10%以内。
③ 万吨级规模量产:锂是这样提取出来的
蓝科锂业吸附塔车间。
有了成熟的吸附剂,还需要一套精密且高效运转的吸附装置,才能保障锂从盐湖卤水中被有效地提取出来。
在蓝科锂业吸附塔作业区,200多座单体高5米多的白色圆柱装置依次排列,它们是盐湖提锂的核心装置“吸附塔”。
盐湖提锂吸附法工艺流程图。
那么,碳酸锂是怎样一步步被提取出来的?
吸附塔内部装有吸附剂,镁锂比500:1的盐湖卤水通过管道进入塔腔内部和吸附剂相遇,吸附剂定向抓取锂离子,并让其他物质随卤水尾液排出塔腔;
之后系统注入洗脱剂对吸附剂进行冲洗,从而得到镁锂比6:1的氯化锂合格液;
合格液离开吸附塔,再通过纳滤、反渗透、蒸发、沉锂、干燥等一系列工序,经过两天时间,碳酸锂便被最终提取出来。
蓝科锂业吸附塔车间。
孙永龙对「钛媒体APP产业观察」介绍,从卤水进入到合格液排出就是一个循环,每个吸附塔每天可以不间断、满负荷地运行4个循环。
蓝科锂业是行业内通过的吸附工艺率先达到万吨级以上碳酸锂规模化量产的企业之一。
2022年蓝科锂业碳酸锂产量突破3万吨,2023年产量达到3.6万吨,2024年年底预计建成4万吨/年基础锂盐一体化项目。
④ 从0到4万吨:走过17年
蓝科锂业碳酸锂灌装车间。
从0走到4万吨/年,蓝科锂业用了17年,孙永龙参与了全过程。
2007年蓝科锂业成立时,刚刚毕业的孙永龙就加入了。
他一直记得自己是2007年9月18日第一次来到察尔汗盐湖:“当时特别震撼,从来没见过这么大的盐湖,下车一眼看过去,除了盐湖什么都没有,一根草都没有,上班的地方连办公楼都只是个框架。”
盐湖提锂工程师、青海盐湖蓝科锂业股份有限公司副总经理孙永龙。
刚加入时,孙永龙的岗位是车间操作工,负责现场操作、故障处理、干杂活。
2009年,由于吸附剂技术制造成本和破碎率过高等问题,提锂商业可行性试验失败,蓝科锂业曾一度濒临关停。
当时,工厂对200多名新员工进行分流,孙永龙和其他10多名同事因为“在工作中表现踏实”,被安排留守,继续进行新装置和新技术的实验。
孙永龙回忆,由于当时企业缺乏资金,加上业界在盐湖提锂技术上也没有成熟可循的工艺和装备,重新实验的产线的设备都靠工厂自行制作和搭建,现场的土建工程也要靠团队自己完成。
最难熬的是冬天,察尔汗盐湖气温零下20度,而施工大都在室外进行。
察尔汗盐湖,蓝科锂业厂区。
有一段时间,孙永龙“动过离开盐湖的念头”。
那是一次土建施工,为了架设管道,孙永龙和10几个同事被安排装麻袋垒墩子,整整3个月时间他们都在装麻袋、背麻袋、垒麻袋,因为要赶时间节点开机,每个人每天必须要完成100个。
高强度的体力劳动一度让孙永龙对自己产生了疑问:“觉得自己上了学,却跑到这荒无人烟的地方来背麻袋,好像体现不了自己的人生价值。”
察尔汗盐湖。
但随着实验一步步成功,产线重新开机,孙永龙业逐渐摆脱了体力劳动的限制,开始接触和学习盐湖提锂工艺的专业性工作。
“开机以后,每天干什么、产量要达到多少都很明确,各工段每天都有评比,这样我就慢慢钻研生产,每天都想争个第一,这样就真正进入了盐湖提锂这个行业。”
孙永龙在车间做了5年操作工,之后从工段长、车间主任一路成长,成为了蓝科锂业的副总经理,负责整个提锂车间的安全生产。
蓝科锂业仓库中的碳酸锂。
“我搭了新能源产业发展的顺风车,因为产业发展得快,我才有机会来做这么多事情。”孙永龙对「钛媒体APP产业观察」表示,每天看着一袋袋碳酸锂从厂区装车发往全国各地,是他最大的成就感。
⑤ 锂是大自然的礼物:1毫克都不能浪费
经过17年的摸索,孙永龙对提锂车间的细节了如指掌,基于这种熟悉,他能在不同的数据和环节中发现回收率和产量提升的创新机会。
孙永龙说,他的脑海里有整个提锂车间的流程装置细节:“一颗螺丝钉在哪里我都知道,管廊怎么设、哪里的管廊多宽、工艺管线怎么走,我基本上都可以画出来。”
孙永龙和同事在蓝科锂业车间。
一次,和同事讨论吸附塔结构时,孙永龙通过计算发现,在吸附塔完成解析后进行顶液的工序中,在当时较为保守的参数设计下,吸附塔的孔隙率还有冗余。
通过团队一个星期的实验和论证,孙永龙重新调整了工艺参数,最终为单个吸附塔的每个循环节约下来8立方水。
吸附法工艺需要的一项重要资源就是水。孙永龙对「钛媒体APP产业观察」算了一笔账:“一方水5块钱,一个塔一个循环节约8方水,就是40块钱,一天下来4个循环就是160块钱,我们一共200多个塔,每个塔每天节约160 块钱,那一天下来就是节约8000多方水,4万多块钱。”
资料:盐湖卤水输送管。
而这8方水的含锂量为80个ppm,也就是一升水里有80毫克锂,计算下来,这一项调整“每天提升碳酸锂产量约 3.5公斤,一年提升产量超过1.2吨”。
“这些水一旦排出去了,就完全浪费掉了。”孙永龙表示,对于4万吨来说,1.2吨并不起眼,但产量与每个职工的工资和企业成本直接挂钩,资源的合理利用更是与盐湖能否长久可持续开发关系密切,1毫克都不能浪费。
察尔汗盐湖边矗立的盐雕。
“锂从100多亿年前的宇宙大爆炸开始形成,经过了非常漫长的自然演化,才聚集成人类可以使用的锂矿,我们能用上清洁的新能源汽车,是大自然给我们的礼物,我们要珍惜自然的馈赠,才能更加可持续地发展下去。”(纪录片/本文 首发钛媒体APP 作者/钛媒体音视频中心 编辑/陈拯 )
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