韓佳歡，乜 貞，方朝合，伍 倩，曹 倩，王云生，卜令忠，余疆江

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部鹽湖資源與環(huán)境重點實驗室，北京100037；2.中國石油勘探開發(fā)研究院）

鋰作為有色金屬大家族的一員，是“21世紀能源新貴”，是市場需求增長最快的“高科技金屬”之一。作為行業(yè)關(guān)注的熱點，鋰主要用于可充電鋰電池、玻璃陶瓷、潤滑脂、醫(yī)藥、空氣處理、航空航天等行業(yè)，其中可充電鋰電池廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備（如手機、攝影機、筆記本電腦）、交通運輸工具（如電動自行車、新能源汽車）以及航空航天等領(lǐng)域，是鋰化合物最大的潛在應(yīng)用增長區(qū)域，尤其是鋰離子電池在電動汽車行業(yè)的成功應(yīng)用，帶動鋰資源消耗的高速增長［1］。同時，伴隨著世界各國相繼推出新能源戰(zhàn)略，新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，國內(nèi)外對鋰資源的重視程度日益高漲。

全球鋰資源十分豐富。據(jù)調(diào)查結(jié)果表明，包括中國在內(nèi)的20多個國家（地區(qū)）均已發(fā)現(xiàn)鋰礦床，其中鋰資源豐富的國家有智利、玻利維亞、中國、澳大利亞等［2］。目前，全球鋰鹽生產(chǎn)主要來自鹽湖鹵水鋰和礦石鋰兩種原料，其中鹽湖鹵水鋰占62.6%，全球鹵水鋰主要分布在南美“鋰三角”以及中國的青藏高原；礦石鋰占37.4%［3］。

1 中國鋰資源現(xiàn)狀

中國鋰資源分布廣泛，資源儲量較大。USGS數(shù)據(jù)表明［4］，2019年全球鋰資源量（以金屬鋰計）為8 000萬t、儲量為1 700萬t。中國已查明鋰資源量為450萬t，全球排名第5；儲量為100萬t，全球排名第4。中國鋰資源主要包括硬巖礦山型鋰、鹽湖鹵水型鋰以及深層地下鹵水型鋰，《中國礦產(chǎn)資源報告》數(shù)據(jù)顯示［5］，中國已查明鋰礦氧化物資源儲量由2015年的970.84萬t增加至2019年的1 078.00萬t。

中國已查明的鋰礦資源主要分布在青海、西藏、四川、江西、新疆、河南、湖南等地區(qū)（見表1）。其中以鋰輝石、鋰云母等形式存在的鋰礦主要分布在四川、江西、新疆、湖南、河南等地區(qū)，在青海、西藏、湖北等地區(qū)則主要以鹵水形式存在。

表1 中國鋰資源儲量及資源量分布［6］Table 1 Lithium reserves and distribution of resources in China［6］ 104 t

隨著中國新能源汽車產(chǎn)量的快速增長，鋰鹽生產(chǎn)和消費量也快速增加。中國于2019年已經(jīng)成為全球第一大鋰鹽生產(chǎn)國和消費國［7］，鋰生產(chǎn)原料大部分依賴進口鋰輝石或者含鋰鹵水；小部分來自中國的鹽湖鹵水和硬巖礦山，主要是從西藏和青海的含鋰鹽湖鹵水中生產(chǎn)碳酸鋰、氯化鋰和氫氧化鋰等。除礦山和鹽湖鹵水外，近年來中國開始在深層地下鹵水區(qū)域進行探索，發(fā)現(xiàn)油氣共生的深層鹵水中也富含豐富的鋰資源，目前整體處于研究、調(diào)查、實驗階段。

2 中國鹵水型鋰資源概況

2.1 鹽湖鹵水型鋰資源

中國鹽湖類型全、面積廣、數(shù)量多、稀有元素含量豐富，主要分布于青海、西藏、新疆和內(nèi)蒙古地區(qū)，以地表鹵水和地表晶間鹵水形式賦存。根據(jù)鹽湖的地貌、地質(zhì)構(gòu)造條件和物質(zhì)成分等可以劃分為西北鹽湖區(qū)、青藏高原鹽湖區(qū)、東北鹽湖區(qū)和東部分散鹽湖區(qū)4個分布區(qū)。根據(jù)鹽湖中不同鹵水之間化學(xué)成分的異同，可以劃分為氯化物型鹽湖、碳酸鹽型鹽湖、硫酸鹽型鹽湖3個類別。

中國鹽湖鋰資源主要分布在青藏高原地區(qū)，尤以青海柴達木盆地、西藏阿里地區(qū)的鹽湖為主，水化學(xué)類型多為硫酸鎂亞型-氯化物型和碳酸鹽-硫酸鹽型。鹽湖鋰資源儲量為2 447.38萬t（以LiCl計），占中國鋰資源總儲量的83%以上［8］。青海鹽湖鋰資源主要分布于察爾汗鹽湖、東西臺吉乃爾鹽湖和一里坪鹽湖；西藏鹽湖鋰資源主要分布于扎布耶、麻米錯、拉卡錯、龍木錯、結(jié)則茶卡、當雄錯等鹽湖。其中主要開發(fā)利用鋰資源的有察爾汗、東西臺吉乃爾、一里坪以及扎布耶鹽湖（見表2）［9］。

表2 中國主要鹽湖鋰資源基本特征以及開發(fā)利用情況Table 2 Basic characteristics，developments and utilization of main salt lakes in China

中國鹽湖提鋰技術(shù)相對成熟，在國際上處于領(lǐng)先水平，但是青海鹽湖鹵水多數(shù)鎂鋰比高，分離難度大，導(dǎo)致鋰收率低，開發(fā)成本較高；西藏鹽湖雖然鎂鋰比低，但是自然環(huán)境條件較差，開采難度大、產(chǎn)量不足。中國鹽湖鹵水提鋰產(chǎn)業(yè)設(shè)計產(chǎn)能雖然大，但是多年來產(chǎn)量有限，例如：2018年中國鹽湖鋰產(chǎn)量（以碳酸鋰計）分別為察爾汗鹽湖1萬t、西臺吉乃爾鹽湖0.5萬t、東臺吉乃爾鹽湖1萬t、扎布耶鹽湖2 500 t［16］。雖然中國鹽湖鹵水鋰經(jīng)過了十幾年的開采，但是產(chǎn)量遠低于設(shè)計產(chǎn)能，且資源回收率低、綜合開采利用程度低，資源浪費嚴重。

2.2 深層地下鹵水型鋰資源

深層地下鹵水是指埋藏于地下數(shù)百至數(shù)千米的高礦化度的水，包括與古生鹽礦有關(guān)的鹵水和晶間鹵水，以及與油氣共生賦存于地下深部的油田水，其具有封閉性，形成條件取決于古地質(zhì)構(gòu)造、古氣候和水文地質(zhì)條件等。深層地下鹵水富含高濃度的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-等，同時富含Li、B、Br、I、Rb、Cs等微量元素。

中國地下鹵水資源豐富，四川自貢鹵水開發(fā)歷史悠久，但是對于深層地下鹵水的綜合開發(fā)利用研究不足。深層鹵水鋰以油田鹵水研究為主，中國深層油田鹵水主要分布在青海柴達木盆地、四川盆地、江漢盆地等區(qū)域，且每個地區(qū)的深層鹵水特征不同。表3是中國目前研究程度較高的深層地下鹵水的基本特征。

表3 中國深層地下鹵水基本特征及開發(fā)現(xiàn)狀Table 3 The basic situation of deep underground brine in China

根據(jù)中國深層地下鹵水鋰資源的分布以及含量數(shù)據(jù)表明，四川盆地、柴達木盆地西部的南翼山以及獅子溝區(qū)域的油田鹵水鋰離子含量相對較高，且區(qū)域內(nèi)資源儲量大，鉀、硼、銣、溴、碘等元素也超過工業(yè)開采品位，可以考慮資源綜合利用。

USGS 2020年數(shù)據(jù)顯示［4］，國內(nèi)外目前研究鹵水提鋰且每年有相應(yīng)鋰鹽產(chǎn)能的國家主要有阿根廷（2個）、智利（2個）以及中國（1個），同時美國、加拿大、中國也對其國內(nèi)的油田鹵水進行了鹵水資源評價、開發(fā)利用等研究。中國鹽湖鹵水提鋰技術(shù)已經(jīng)相對成熟，而油田水提鋰技術(shù)進展相對緩慢，希望現(xiàn)有成熟的鹽湖提鋰技術(shù)能夠?qū)ι顚欲u水提鋰工藝以及資源綜合利用提供一定的參考。

3 中國硬巖型鋰資源概況

中國鋰產(chǎn)品的原材料主要來源于硬巖礦石，具有較大工業(yè)開采價值的鋰礦石有鋰輝石、鋰云母、透鋰長石、鐵鋰云母和磷鋰鋁石等，其中分布廣泛且容易開采利用的含鋰礦物主要是鋰輝石和鋰云母。中國硬巖鋰礦主要分布在四川、江西、新疆以及湖北等地。四川是世界第二大鋰輝石礦產(chǎn)地，鋰資源儲量為188.77萬t，Li2O含量（以質(zhì)量分數(shù)計）為1.28%；江西擁有最大的伴生鋰云母礦床，鋰資源儲量為32.5萬t，Li2O含量較低（以質(zhì)量分數(shù)計為0.886%）；新疆阿爾泰以及湖北等地也產(chǎn)出少量透鋰長石［21］。表4是中國鋰礦石提鋰技術(shù)對比情況。

表4 中國鋰礦石提鋰技術(shù)對比［22］Table 4 Comparison of lithium extraction technology from lithium ore in China［22］

目前中國礦石鋰資源品位高、儲量大，但是礦石提鋰技術(shù)方法單一，存在能耗大、污染環(huán)境、生產(chǎn)成本高等不足。因此，為適應(yīng)中國日益增加的鋰需求、緩解對外超高的依賴度，需改善并研究高效綠色可持續(xù)的礦石提鋰技術(shù)，多種工藝協(xié)同利用、多種金屬共同提取，實現(xiàn)低成本、高效率地提取并利用鋰資源。

4 中國鋰資源供需現(xiàn)狀

人們在生產(chǎn)、生活中使用的物品如電子設(shè)備、辦公設(shè)備、電動交通工具等大多數(shù)是用電力能源驅(qū)動的。中國2016—2019年部分鋰電產(chǎn)品銷量數(shù)據(jù)（見圖1）表明，中國鋰電產(chǎn)品銷售量較大，尤其是新能源汽車產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，且新能源汽車大多數(shù)使用的是能夠進行多次充電使用的鋰電池；從中國2015—2020年鋰離子電池產(chǎn)量（見圖2）可以看出，由于鋰電池具有多次使用、環(huán)保等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，導(dǎo)致鋰電池產(chǎn)量在逐年增加；由2015—2019年全球鋰資源消費用途份額（見圖3）可見，鋰電池消費份額占比也從2015年的35%增加至2019年的65%。由此可以得出，隨著中國各行業(yè)對鋰電設(shè)備的需求不斷增長，其市場規(guī)模在迅速擴大，鋰資源需求量也逐漸增加，未來鋰資源需求的增加主要源于鋰電產(chǎn)業(yè)，尤其是新能源汽車更是未來鋰消費量增加的主要領(lǐng)域。

圖1 中國2016-2019年部分鋰電產(chǎn)品銷量［23］Fig.1 Sales data of some lithium battery products in China from 2016 to 2019［23］

圖2 中國2015-2021年鋰離子電池產(chǎn)量［24］Fig.2 Production of lithium-ion battery in China from 2015 to 2021［24］

圖3 2015-2019年全球鋰資源消費用途份額［4］Fig.3 Share of global lithium resource consumption and use from 2015 to 2019［4］

2011年以來，世界各國從環(huán)保、技術(shù)與能源安全的角度出發(fā)，紛紛推出新能源戰(zhàn)略，在世界范圍掀起了新能源汽車的浪潮。中國也大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，而鋰電池作為其主要支撐，帶動中國鋰的需求以及消費進入高速增長階段。據(jù)ESP數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)計［5］，中國新能源汽車銷量從2013年開始就是全球其他地區(qū)的2倍以上，每年的產(chǎn)銷率（銷售數(shù)量與產(chǎn)量的比例）都在90%以上。中國新能源汽車的發(fā)展帶動了整個鋰產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰離子電池行業(yè)的快速發(fā)展刺激了全球鋰礦需求快速增長。EPS數(shù)據(jù)平臺2019年中國新能源汽車市場綜合分析認為［5］，2009—2019年是中國新能源汽車探索期，2020—2022年是市場啟動期，2023—2027年是高速發(fā)展期，2028年以后是應(yīng)用成熟期；預(yù)計2020—2030年每年中國新能源汽車產(chǎn)量將分別達到200.1萬、230.1萬、271.5萬、347.5萬、458.7萬、623.9萬、817.3萬、1046.1萬、1 276.3萬、1 506.0萬、1 731.9萬輛。

新能源汽車作為中國新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要方向得到國家的大力支持，根據(jù)《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2016—2020年）》可知，鋰作為24種戰(zhàn)略性礦產(chǎn)之一，用其加工制備的鋰電池是新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵。2015年以來，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長，中國鋰消費量也快速增加，然而中國鋰礦供應(yīng)不足，引發(fā)鋰鹽短缺和快速漲價。調(diào)查近幾年中國鋰消費量以及本土供應(yīng)量（均以Li2CO3計）的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2012年鋰產(chǎn)量為1.8萬t、消費量為5.5萬t；2015年鋰消費量為7.87萬t；2016年鋰產(chǎn)量為8.6萬t、消費量為9.24萬t；2017年鋰產(chǎn)量為12.34萬t、消費量為12.47萬t；2018年鋰消費量為14.34萬t［25］。

近年來，伴隨著新能源汽車產(chǎn)量的增長，中國已經(jīng)成為全球第一鋰鹽生產(chǎn)國和消費國。雖然中國鋰鹽產(chǎn)量逐年增加，但鋰消費量年均增長18%，多年來鋰資源供不應(yīng)求，仍然需要依賴進口鋰資源，才能滿足中國的鋰需求，對外依存度很高。據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鋰業(yè)分會統(tǒng)計［25］，2012—2017年中國鋰對外依存度從67%增長到73%。據(jù)估計［26］，2020年中國鋰消費量達到19萬t，2025年將達到31萬t，2030年將達到50萬t，到時將對中國鋰鹽的保障能力提出巨大考驗。表5為中國2015—2018年部分鋰鹽進出口情況；圖4為中國碳酸鋰產(chǎn)品產(chǎn)量。

表5 中國2015—2018年部分鋰鹽進出口情況［25］Table 5 Part of China′s import and export of lithium salt from 2015 to 2018［25］ t

圖4 中國碳酸鋰產(chǎn)品產(chǎn)量［25］Fig.4 China′s lithium carbonate product output［25］

5 結(jié)語

未來，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全球?qū)︿囐Y源的需求將快速增長。中國鋰資源儲量十分豐富，但因中國鋰產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，資源自給能力依舊不足，如青海鹽湖鹵水多數(shù)鎂鋰比高，分離難度大，擴產(chǎn)速度較慢；西藏鹽湖雖然鎂鋰比低，但產(chǎn)量不足。因此，中國加大對鋰資源的開發(fā)利用至關(guān)重要。另一方面，雖然中國礦石提鋰技術(shù)相對成熟，但多為國外礦石進口加工，容易受制于國外資源供應(yīng)。

中國擁有豐富的深層地下鹵水，其資源儲量巨大，鹵水品位高，富含鉀、鋰、硼、溴等多種元素?？赏ㄟ^對深層鹵水資源評價和開發(fā)前景研究，并結(jié)合鹽湖鹵水成熟的提鋰技術(shù)，逐步實現(xiàn)深層地下鹵水的資源綜合利用，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)以及國內(nèi)鋰的需求提供原材料，降低對進口資源的依存度。