【SMM独家干货】林晓:锂钴镍的全生命周期提质增效

SMM4月18日讯:2017年4月7-8日,在由上海有色网主办、北京赛科康仑环保科技协办,湖南杉杉、真锂研究共同支持举办的《2017(第二届)正极材料交易峰会——暨钴锂产业链研讨会》上,中国科学院过程工程研究所林晓博士,从技术的角度探讨了新能源汽车行业可持续发展所遇到的挑战,展示了镍钴行业全过程污染控制技术的关键。

一、国家和行业需求

•动力电池行业能否可持续发展

2016年,北京市电网负荷峰值出现在八月,约为20GW;上海市的峰值为30GW;深圳市的为16GW。同时,北京、上海、深圳的新能源汽车数量占据全国50%以上。据预测,到2020年动力电池年产达到110GW以上,假设从中取30GW放至北京,且使用快充模式,那么北京的整个电网将会超负荷。这是电动汽车行业实现可持续发展的重大阻碍。目前的解决方案主要是调峰,即多在谷时进行充电,峰时少充电;调峰的实现依赖于储能电池行业的发展,然而,到2015年底,我国储能市场的累计装机量为21.9GW,其中电化学储能项目装机仅占0.1GW。但是,伴随着储能领域及动力电池产业的高速发展,到2020年,包含参与车电互联的电动汽车动力电池在内的其他储能技术的市场规模将超过31GW。

•技术创新对原材料价格的影响

3-5年实现国家的行业目标,行业内必然会发生很大的技术变革。

二、资源高效清洁利用

•关键词一:综合成本最小化

对企业来说,从生产工艺出发,实现综合成本最低。对行业来说,要解决前端从矿物到材料,从材料到再回收循环利用,实现整个产业链综合成本最低。从自然环境到消费者使用再到拆解回收,具有多种回收路径进行实现,我们需要从中选择最合理、最合适且对整个产业链的可持续发展是最有帮助的。

•关键词二:全过程污染控制

对于具体的企业来说,从资源到产品的过程中,要尽量注重废弃物的利用,用化学工程、冶金物化的原理、方法和新成果强化污染控制。不管是电厂产生的污染,电池的污染,还是生产镍钴锂等原料产生的废水废气的污染,都必须经过严格的污染控制,以实现产业可持续发展。

•关键词三:多尺度系统工程

最终,在工艺、设备和系统中,使用不同尺度进行迭代优化升级;这方面可以从两个角度来讲——一次资源利用的提质增效和二次资源利用,其中二次资源是解决目前行业快速发展后实现可持续发展的必然途径,不少企业已经进行的应用和相关实验,但是供应量和资源的应用仍然较少,仍不是成熟的技术和产业链环节。

三、一次资源利用的提质增效

拿钴行业来说,目前钴的提取主要是从镍钴矿产开始,先进行矿相提取,再进行镍钴分离,然后通过提纯产生四氧化三钴或者钴盐,作为电池材料,而后电池等终端产品通过不同的方式报废回收,回到不同的生产环节中去。

•全过程效益提升研究方向

从工艺基础这角度来说,以萃取为例,一次矿物从以前用原矿到现在用精矿,原来用于生产四氧化三钴,现在多用做硫酸钴及其他钴盐,用于出口。即使产业发展迅速,并且对进料和出料的品级和品位都发生了很大的变化,然而目前工业体系并未发生很大的改变,仍是沿用原来的传统工艺体系。政策方面,新的国标出台,对水耗量等环保指标都做了要求。以华友钴业为例——华友做了相关的环保配套,按照一万吨的钴产能算,即约有5000吨钴金属量配套,则需要配套2亿元投资的胺皂的分发线,投资成本巨大。如何按照国家标准来进行配套,如何承担对应的成本,是行业后期值得思考的大问题。从前端的矿物到材料这个动脉体系正在做的技术升级——第一:萃取体系的变化——应对更高选择性、高容量的萃取分离需求:随着三元电池逐渐高镍化,两三年后回收料中的镍含量的数量级将远远高于现在的钴矿中的镍含量;因此,原有的P507萃取工艺不能很好地继续适用。届时,企业间不同的萃取工艺产生的镍钴分离效果将会存在较大的差距。

第二:四氧化三钴介质循环的现有工艺升级——以除油为例,具体来说,现在最常规的是用活性炭除油,主要是用活性炭吸附后再过滤出水,但运行成本较高,现在差不多每吨水8-10元,而且并不能很好解决金属损失的问题,而且会产生新的危废,所以目前是处于比较尴尬的情况。而在高端的三元产品,比如811和NCA,是直接拿反萃液来做,这ORZ新工艺的效果会受气温影响,冬天夏天做出的产品质量不同。不管是电钴还是三元,除油都是这个行业需要面对的重大问题。

四、二次资源利用的探讨

我们对铅酸电池做过研究,发现国家不同的回收政策下,回收技术铅生命周期循环率可提高30%左右。目前国家的基本一月出一个新的回收政策,政策的不确定性较大。

另外,电池的拆解成本不稳定。目前回收的是较早期的电动汽车电池(例如,雪佛兰和特斯拉),电池之间有很大的不同,对回收行业造成很大困扰,如若整个产业链无法将电池设计和电池回收两个角度一起考虑,会造成回收成本和难度的增加,不利于行业的可持续发展。

大家可以着重关注工信部的废旧电池回收目录颁布,已于3月开始进行申报,但目前为止尚未有一家企业真正进入目录。之后真正落实后会对材料端产生较大影响,形成回收利用的可持续发展。目前来说,在实验室规模可做到从废电池回收电池级碳酸锂和铝箔,最后做成电池级三元前驱体,已与合作单位进行中试生产。

(上海有色网胡雅婷)

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