直接锂转化如何简化氢氧化锂生产

John Peichel & Josh Dewanaga

| 2024年8月19日 |

直接锂

电动汽车

氢氧化锂生产

DLE

DLC

在过去五年中，全球对锂的需求增长了两倍，这主要是由电池制造业的需求推动的。随着世界向更清洁能源的过渡以及电动汽车的普及，对锂的需求将持续增长。

锂是电动汽车（EV）电池的关键组成部分。在电池正极制造过程中，它会被加工成氢氧化锂或碳酸锂。氢氧化锂通常是含有镍和钴的电池化学成分的首选。与磷酸铁锂化学品（更常用于续航里程小于300英里的电动汽车）相比，这些电池具有更高的能量密度。

传统上，锂生产涉及从各种来源提取元素，包括硬岩、粘土和盐沼盐水。从采出水和地热盐水中提取锂的方法有很多。锂被提取出来后会被提纯、浓缩，并最终转化为电池制造商可用于阴极生产的形式。将氯化锂转化为氢氧化锂的过程是一个多步骤的方法，并且可能是化学密集型和能源密集型工艺。

使用大型蒸发池浓缩盐水等传统方法可能面临挑战和局限性，例如产量降低、纯度降低以及水损失等环境问题。

直接提锂（DLE）是一种正在开发当中的新工艺，它取代了对蒸发池的依赖，同时还实现了比传统方法更高的锂产量和更快的处理速度。

提取出来的锂需要转化为可用形式。为了改进将氯化锂转化为氢氧化锂的方法，Veolia水务技术与方案正在开发一种直接锂转化（DLC）工艺，以简化实现电池级氢氧化锂产品的方法。DLC技术可提高锂精炼的效率和成本，同时减少对环境的影响。

在将氯化锂盐水转化为氢氧化锂产品的常规方法中，初始转化步骤是通过物理化学过程添加碳酸氢钠生产粗碳酸锂产品。在完成转化为碳酸锂的第一步之后，第二步是使用另一个物理化学过程将碳酸锂转化为氢氧化锂，并添加氢氧化物（通常是氢氧化钙）。DLC技术将传统的两步转换方法转变为单一转换步骤，使用新颖的离子交换工艺将氯化锂直接转化为氢氧化锂。这可以大大简化工艺操作，同时还能减少能源消耗、化学品使用和废物产生。

DLC是如何运作的？

Veolia的直接锂转化工艺是一种利用氢氧化钠的树脂化学工艺。该工艺专注于简化盐水溶液中锂向氢氧化锂一水合物的转化，后者是用于电池制造的产品。

使用DLE技术提取锂后，首先需要进行预处理以去除钙、镁和硫酸盐等二价离子。分离出二价离子后，DLC技术利用基于树脂的离子交换工艺，使锂被捕获在树脂上并用氢氧化钠洗脱。从该离子交换过程中洗脱出来的盐水成为氢氧化锂水溶液，不含氯化物和硼等其他杂质。之后通过热技术浓缩氢氧化锂溶液，以蒸发掉水溶液中的水，以达到过饱和度，一水氢氧化锂会在该过程中结晶，并从剩余的水溶液中分离出来。

与传统的氢氧化锂生产方法相比，DLC技术简化了工艺，减少了对纯碱和石灰等化学品和试剂的需求，同时也比传统方法产生的排放更少。

DLC技术另一个引人注目的优势是成本节约。DLC技术具有简化生产工艺、降低能源和化学品消耗以及提高产量的优势，可以显著降低氢氧化锂生产的总体成本。这些节省下来的成本可以转嫁给电池制造商，并最终转嫁给消费者，使电动汽车和储能解决方案更实惠、更易获得。

随着世界向更可持续的未来过渡，如果能够将DLC技术作为应用整体流程当中的一部分，可以帮助锂行业以更具成本效益的方式生产一水氢氧化锂。通过实现更高效、更环保的氢氧化锂生产，DLC技术将支持电动汽车和可再生能源领域的增长，为全球减少碳排放和应对气候变化的努力做出贡献。

锂供应链中的氢氧化锂和DLC

随着锂需求的稳步上升，确保可靠、可持续的国内锂供应变得越来越重要。根据美国能源部的数据，美国一直以来都严重依赖进口锂满足不断增长的需求——从2016到2019年，90%的进口锂是依赖阿根廷和智利的供应。然而，这种对外国来源的依赖使美国很容易受到供应链中断和价格波动的影响。

尽管有些锂矿正在开采当中，但美国目前的活跃锂矿只有一个，位于内华达州。为了减少对进口锂的依赖，美国通过《基础设施投资和就业法案》拨划了28亿美元，专门用于电池制造和加工。

DLC技术的发展与政府建立更具弹性、自给自足的锂供应链的方针相一致。通过采用DLC技术，美国可以利用其丰富的锂资源，例如阿肯色州Smackover地层的锂资源，创建一个强大的国内锂生产生态系统。在锂供应链中采用DLC技术将使美国受益，并形成全球影响。如今，世界各国都为电动汽车的采用和可再生能源部署设定了远大目标，而DLC技术可以帮助锂生产商更高效、更可持续地满足不断增长的锂需求。当下，传统的两步转化工艺仍旧是成熟可靠的生产氢氧化钠方法。在工业加工的许多领域，Veolia还正在开发DLC等新技术，以帮助这些领域为商业化做好准备。