锂渣的“出路”
锂和锂化合物广泛应用于新能源汽车、航空航天、玻璃陶瓷、核工业、医药、石化工业等领域,被誉为“新能源金属”、“航空航天合金金属”和“工业味精”,将是推动21世纪发展的重要元素。2023年,国内85%以上的锂盐产品将来自锂矿开采。但是,从锂矿中提取锂会产生大量的锂渣,通常每生产1t锂盐会产生8~10t锂渣。
锂渣的组成
锂渣的主要成分是氧化物和氧化硅、氧化铝、氧化钙等矿物的混合物,其颗粒非常细小,在80μm以下的颗粒中约占70%。
SiO2(二氧化硅):锂渣的主要成分之一,其含量在21%~25%之间,是锂渣矿物结构的重要依据。
Al2O3(氧化铝):锂渣的主要成分之一,含量高达60%~67%,这使得锂渣的化学成分基本符合玻璃工业硅铝粉的成分要求。
CaO(氧化钙):锂渣的主要成分之一,虽然含量不如SiO2和Al2O3高,但它对锂渣的矿物组成和性能起着重要作用。
Na2O(氧化钠)和K2O(氧化钾):作为碱金属氧化物,它们在锂渣中的含量约为8%~13%,这使得锂渣具有一定的碱性和火山灰活性。
此外,由于锂提取工艺的不同,锂渣还可能含有其他元素和化合物,如Mg(镁)、F(氟)、SO42-(硫酸盐)等。
锂渣的“现状”
目前,锂渣的处理工艺存在市场消耗量小、消费难度大、价值低、销售半径小、无相关应用标准、难以大量施用、对某些有害元素无害、铁(Fe)、钙(Ca)、硫(S)等高值元素难以施用等问题。
被誉为“亚洲锂都”的宜春,锂渣“堆积如山”。经过一年多的环境整治,相关企业已经完成整改,当地政府也在推进锂渣淘汰现场建设,加快技术研究,解决锂渣处理应用难题。
据相关测算,到2025年,仅宜春市锂渣年产量就将达到1500万吨,进入散装工业固废水平。但目前锂渣综合资源处理能力不足90万吨,大量锂渣的积累将进一步加剧土地资源浪费和生态环境污染。如何合理处置利用锂渣已成为锂电池行业发展中的重要技术难题。
今年两会期间,全国人大代表、赣锋锂业董事长李良斌提出了《关于鼓励和支持锂冶炼渣资源化利用的建议》等多项建议,并提出了鼓励和支持锂冶炼渣资源化利用、突破锂渣回收处理难题的建议。
锂渣的“出路”
出路1-锂渣路基
《绿色交通“十四五”规划》提出,鼓励工业固体废物在交通建设领域大规模应用。交通运输部科学院(以下简称交通科学部)承担了这样一个交通强国建设试点任务:固废资源化利用技术的研发和工业化应用,包括废锂渣在道路建设中的利用研究。
今年5月,交通科技部牵头制定《公路路基工程锂渣利用技术规范》批准发布,填补了锂渣在交通运输行业应用的标准空白。
在实际应用中,调研团队选取宜春市三条路段作为试验路段,编制建设项目专项施工技术方案,通过一系列物理处置和化学改良措施,降低锂渣环境污染风险,实现锂渣路基充填应用。经检测,锂渣路基技术指标符合相关标准。
据统计,全试段1公里以上,其中几百米属于高填,累计消耗锂渣20多万吨,降低公路工程建设成本15%至40%,节约锂渣储存、填埋等处置费用及环保税费1000多万元, 减少20%以上的碳排放。
出路 2 - 合成砂
针对锂渣行业的现状,广东青达同科环保科技有限公司(以下简称青达同科)以锂渣、矿粉、粉煤灰、磷石膏等为制砂主要原料,通过充分的化学反应和结构设计,赋予合成砂优良的物理性能。
青达同科的合成砂分为轻质合成砂、高强合成砂、功能性合成砂、彩色合成砂、石膏基合成砂五大系列,建筑中最常见的是轻质合成砂。
目前,清大同科在深圳宝山学校有利用合成砂制备轻质混凝土预制件的应用案例。此外,青大同科在湖南郴州建设了“十万吨合成砂生产示范线”。
方式 3 - 辅助胶凝材料
锂渣作为辅助胶凝材料,用于制备水泥混凝土,是资源利用的重要途径。在水泥生产中使用锂渣作为辅助胶凝材料,可减少80%的碳排放。锂渣本身没有水硬性,但作为水泥助剂胶凝材料,其活性成分能与水泥水化产物Ca(OH)2发生二次水化反应,形成大量的C-S-H凝胶,从而提高水泥的机械强度。
仅在四川省,2021年就有16家企业在水泥生产过程中使用锂渣,全省水泥全能线利用生产线占比为18%,掺混比例超过5%。近年来,使用锂渣的企业数量和消费量不断扩大,有效缓解了锂盐生产企业的压力。
此外,利用锂渣生产多孔陶瓷、泡沫玻璃、催化剂等高附加值产品也是实现锂渣资源高值利用的主要途径。
总结
针对锂渣规模化、高值化、多元化利用,部分企业开始行动起来,形成了一套全要素资源消费思路。尾矿中有价值的元素经过深度提纯后,对残余金属、稀有元素及相关元素进行重新筛选提取,再将剩余的非金属矿物应用到建材循环利用的方向,使锂渣中的所有元素都作为建材领域的原料, 最大程度上用于水泥、商业搅拌等领域。