盐湖提锂关键技术发展态势研究

关键词 | 盐湖提锂   关键技术

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全球70%以上的锂矿以盐湖形式存在，对盐湖提锂技术进行全面系统梳理至关重要。以基金项目（探索研究）、会议论文（前沿研究）、科学论文（基础研究）、专利文献（应用研发）等公开文献数据为基础，基于创新价值链不同环节的表征物及其相互之间的知识关联关系开展了盐湖提锂重点领域全球发展态势分析，通过多源数据的融合与关联挖掘，描摹驱动技术进步的科学知识演变过程，跟踪前沿技术萌芽、发展、突变的演化轨迹，研判盐湖提锂未来产业与技术重点发展方向。分析结果表明，盐湖资源提取技术主要集中在吸附法、膜分离法、萃取法等技术方向上，另外沉淀法、电化学法、渗析法、结晶法、离子交换法也有一定的研发布局；此外，技术融合及各种技术工艺路线组合应用特征明显。

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前言

锂作为主要国家“关键矿产”或“战略性矿产”清单资源品种，是国民经济和国防建设的重要战略资源。目前广泛应用于电池（80%）、陶瓷和玻璃（7%）、润滑脂（4%）、连铸保护渣粉（2%）、医疗（1%）、空气处理（1%）和其他用途（5%），被誉为“白色石油”。特别是随着新能源汽车行业的快速发展，带动锂电池需求高速增长。据预测，到2030年全球将出现约50%的锂需求缺口，供需矛盾将进一步加剧。

全球锂资源可分为盐湖资源和矿石资源两大类，其中“盐湖”型的锂矿储量占70%以上。全球盐湖锂资源储量主要集中分布在智利、阿根廷和中国，占比99%以上。我国盐湖（卤水）型锂矿约占锂资源总量的80%，但是开发难度大，主要集中于青海、西藏、新疆与内蒙等地，其中青海与西藏两地盐湖资源量占全国盐湖总资源量比例约为91.3%。

盐湖提锂技术工艺较多，相关学者对盐湖提锂进行了大量研究，常见的盐湖提锂技术有沉淀法、吸附法、电化学法、萃取法、膜分离法等。因此，鉴于盐湖提锂技术的快速发展及锂资源的广阔应用前景，本文从创新价值链视角出发，基于多源文献知识关联，对盐湖提锂关键技术进行梳理总结，并构建了盐湖提锂关键技术体系，以期为解决盐湖提锂关键“卡脖子”技术提供支撑。

2.1  数据来源

根据盐湖提锂技术体系制定相关检索策略并选择相关数据库，主要数据来源于国内外基金项目、科研论文、国际会议、全球专利等，其中基金项目数据来源于“全球科研项目数据库”、会议论文数据来源于国际会议录索引（CPCI-S），科学论文数据来源于科学引文索引（SCI-E）和基本科学指标（ESI）、专利文献来源于德温特发明专利索引（DII）。

2.2  研究方法

基于创新价值链不同环节的表征物及其相互之间的知识关联关系开展了盐湖提锂关键技术体系构建，以多类型文献的产生、发展以及引用、复现等知识关联关系，描摹驱动技术进步的科学知识演变过程，跟踪前沿技术萌芽、发展、突变的演化轨迹；以颠覆性技术发展的共性规律与基本特征为依据，从存在知识关联关系的多源数据变化中发现和识别具有颠覆性潜力的技术主题，研判未来产业与技术重点发展方向，在此基础上，基于创新价值链不同环节文献记录并反映技术发展的历程和脉络，其中探索研究用基金项目数据来表征，前沿研究用会议文献数据来表征，基础研究用SCI文献数据来表征，应用研究用专利文献数据来表征，颠覆性技术研究用非结构化文献数据来表征，通过分析遴选探索研究、前沿研究、基础研究、应用研究及颠覆性技术研究发展态势与潜在关键技术点，并梳理出盐湖提锂技术体系，技术路线图见图1。

图1  研究技术路线图

3.1  探索研究潜在关键技术点

经全球科研项目数据库（ProjectGate）查询检索（检索时间至2022年11月20日）并分析全球主要科研项目，盐湖资源有价元素提取技术主要以提取锂为主，其次还包括镁、钾、硼、铷、铯、锶等，涉及到具体的技术工艺及路线的项目信息共查询到92条，其中中国31条，国外61条（阿根廷和美国各9条，日本5条，智利4条，西班牙、德国、俄罗斯、韩国各3条等）。

机构方面，国内以江苏大学、中科院过程所、中科院青海盐湖所等为主，国外以阿根廷布宜诺斯艾利斯大学、阿根廷Univ Nacl Jujuy、韩国Myongji Univ、美国Cornell Univ、西班牙Univ Politecn Cataluna、印度尼西亚Univ Gadjah Mada等为主。

表1为部分探索研究潜在关键技术点，具体的工艺技术以吸附法最多，达到43条技术；其次是萃取18条技术；排名第三是膜分离技术13条。

表1  部分探索研究潜在关键技术点

3.2  前沿研究潜在关键技术点

经Web of Science 核心合集中CPCI库查询检索（检索截至2022年11月19日），从1990年开始，盐湖提锂相关前沿研究论文数量呈现波浪式发展，整体数量只有286篇。1998年发文数量最多为17篇，1990年发文数量最少只有1篇，由于会议论文收录可能具有一定的滞后性，因此2022年数据仅做参考，详见图2。

图2  盐湖提锂前沿研究论文年际变化

盐湖提锂前沿研究主要国家包括美国（发文53篇，占所有前沿研究论文的18.53%）、中国（发文33篇，占比11.54%）、日本（发文24篇，占比8.39%）、英国（发文17篇，占比5.94%）、德国（发文15篇，占比5.24%）、俄罗斯（发文12篇，占比4.20%）、法国（发文11篇，占比3.85%）、加拿大（发文9篇，占比3.15%）、意大利（发文8篇，占比2.80%）、澳大利亚（发文7篇，占比2.45%）。

盐湖提锂前沿研究主要机构详见表2。从前沿研究主要机构的全球占比可以看出，盐湖提锂的前沿研究相对泛化，全球涉及到盐湖提锂前沿研究的机构总共约300多个，发文占比最高的机构比例为2.45%，前沿研究排在全球前10的机构占全球的占比不到20%，一定程度上说明全球盐湖提锂的关注度较高。

表2  盐湖提锂前沿研究主要机构

表3  部分前沿研究潜在关键技术点

3.3  基础研究潜在关键技术点

经Web of Science 核心合集中SCI-EXPANDED库查询检索（检索截至2022年11月20日），1990年之前，盐湖提锂相关论文较少；1990年之后，盐湖提锂基础研究论文逐年增多；2016年之后相关论文数快速增长（见图3）。

图3  盐湖提锂基础研究论文年际变化（1980—2022年）

盐湖提锂基础研究主要国家包括中国（发文1000篇）、美国（发文649篇）、德国（发文190篇）、法国、日本、英国等国家（见表4）。

表4  盐湖提锂基础研究主要国家

盐湖提锂基础研究主要机构包括中国科学院、中南大学、华东理工大学、俄罗斯科学院和天津科技大学等机构（见表5）。

表5  排名前10位盐湖提锂基础研究主要机构

盐湖提锂基础研究主要集中在吸附法、溶剂萃取法、纳米过滤法、电渗析法、碳酸锂、离子交换法等。

对盐湖提锂基础研究技术点进行梳理，其关键技术点主要集中在吸附法、膜分离法、电渗析法、萃取法、离子交换法等，详见表6。

表6  部分盐湖提锂基础研究潜在关键技术点

3.4  应用研究潜在关键技术点

经Derwent Innovations Index（DII）库查询检索（检索截至2022年11月21日），盐湖提锂领域相关专利共检索出1953件。从图4可以看出，盐湖提锂领域专利申请数量的变化经历了如下几个阶段：1967—1997年，专利数量很少，1997年该领域专利数量只有6件；1998—2009年，专利增长速度较快；2010—2021年开始快速增长，2020年达到240件。

图4  盐湖提锂领域专利申请数量年度变化

盐湖提锂领域主要专利申请国家/地区为中国、美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚、俄罗斯、世界知识产权组织、欧盟、德国等。其中中国在盐湖提锂领域专利申请数量排名第一，共1260件，全球占比为64.52%；美国在盐湖提锂领域专利申请数量为413件，全球占比为21.15%。详见表7。盐湖提锂领域的专利权人详见表8。

表7  盐湖提锂领域主要专利申请国家/地区

表8  盐湖提锂领域主要专利权人

从国际专利分类号（International Patent Classification，IPC）的角度来看，盐湖提锂领域专利主要集中在：锂化合物、金属锂精炼、物理分离提锂技术、锂矿湿法冶炼技术、环境友好型产品或技术、提锂生产设备、锂离子电池、化学方法提锂技术、含锂矿物中提锂、吸附法提锂等方向（见表9）。

表9  盐湖提锂专利主要技术方向

从技术方向布局来看，中国在盐湖提锂领域各技术方向和技术数量都最高，且最高的是锂化合物、金属锂精炼和物理分离提锂技术；美国在盐湖提锂领域的专利主要集中在锂化合物、金属锂精炼技术及锂矿湿法冶炼技术；日本在锂化合物和锂离子电池方向申请了较多专利。

从全球盐湖提锂领域专利技术研发主题知识图谱可知，主要研发方向大体包括：①盐湖提锂固液分离技术；②工业级锂化合物制备技术；③使用复合溶剂（仲酰胺/烷基醇等）从卤水中分离钙提锂萃取方法；④锂离子筛前驱体；⑤溶剂萃取法等。

通过对这些专利的二次遴选，对盐湖提锂应用研发的268个核心专利家族相关技术方向进行梳理，发现应用研究潜在关键技术点主要集中在电解法、沉淀法、萃取法、电化学法等方面，详见表10。

表10  部分盐湖提锂应用研发技术点

分析近年来增速较快的技术主题见表11。

表11  盐湖提锂领域增速较快的技术研发主题

3.5  颠覆性研究潜在关键技术点

基于研发机构、政府部门、行业领军企业、智库、投行等多行业权威机构发布的技术进展、规划布局等梳理盐湖提锂潜在关键技术点，通过文献调研（检索截至2022年11月22日）共梳理到电化学脱嵌法、离子精馏技术等20余项潜在颠覆性研究关键技术点（见表12）。

表12  部分盐湖提锂颠覆性技术点

3.6  盐湖提锂关键技术体系梳理

基于探索研究、前沿研究、基础研究、应用研发及颠覆性技术研究等技术梳理，盐湖资源提取技术主要集中在吸附法、膜分离法、萃取法等技术方向，另外沉淀法、电化学法、渗析法、结晶法、离子交换法也有一定的研发力度。

值得注意的是，新材料如石墨烯、新技术如离子印迹技术、新工艺如多级提取技术也在不断的出现。另外技术融合发展速度迅猛，例如吸附+功能膜组合技术、离子交换+化学沉淀组合技术等；同时也出现了多种技术分级应用工艺，例如超滤膜+分段式纳滤+体外再生连续离子交换+反渗透技术、离子筛吸附+超滤膜+纳滤+体外再生连续离交技术+反渗透技术等（见表13）。

表13  盐湖提锂关键技术体系梳理

本文基于创新价值链不同环节的表征物及其相互之间的知识关联关系开展了盐湖提锂重点领域全球发展态势分析，通过多源数据的融合与关联挖掘，描摹驱动技术进步的科学知识演变过程，跟踪前沿技术萌芽、发展、突变的演化轨迹，研判盐湖提锂未来产业与技术重点发展方向。

通过探索研究、前沿研究、基础研究、应用研发、颠覆性研究等技术梳理，盐湖资源提取技术主要集中在吸附法、膜分离法、萃取法等技术方向。通过探索研究发现潜在关键技术点主要集中在吸附法、萃取法和膜分离法；通过前沿研究潜在关键技术点主要集中在吸附法、沉淀法、膜分离法、萃取法和综合法等；通过前沿研究发现潜在关键技术点主要集中在吸附法、沉淀法、膜分离法、萃取法和综合法等；通过基础研究发现潜在关键技术点主要集中在吸附法、膜分离法、电渗析法、萃取法、离子交换法等；通过应用研究发现潜在关键技术点主要集中在电解法、沉淀法、萃取法、电化学法等方面；通过颠覆性研究梳理发现电化学脱嵌法、离子精馏技术等20余项潜在颠覆性研究关键技术点。在此基础上，对盐湖提锂新技术发展趋势进行了分析，石墨烯材料、离子印迹技术、多级提取技术等技术工艺不断出现，各类技术融合发展也成为了新的趋势，如超滤膜+分段式纳滤+体外再生连续离子交换+反渗透技术、离子交换+化学沉淀组合技术等。

此外，对盐湖提锂探索研究、前沿研究、基础研究、应用研发等主要机构、主要国家等进行了分析，研究结果对于全面系统了解盐湖提锂技术进展等具有一定参考价值。

来源：《现代化工》2024年第4期

作者：靳军宝，郑玉荣，吴新年，付爽，曹琨，孟欢欢，白光祖

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