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鹽湖提鋰技術專題:工業化亟待提速,“吸附+膜”法大有可為

未來智庫 2022-11-08 11:33:38

一、鋰資源自主可控迫在眉睫,鹽湖提鋰亟待提速


(一)加拿大拿礦受阻+鋰業“歐佩克”預期,鋰資源卡脖子信號釋放


三家中企被要求剝離在加拿大鋰礦的投資,鋰資源安全問題重要程度顯著提升。加 拿大政府官網于10月28日發布聲明,明確《加拿大投資法》(ICA)適用于外國國有 企業對加拿大實體及關鍵礦產領域的投資。11月2日加拿大政府官網“創新、科學和 經濟發展部” 根據ICA相關條例并以“國家安全”為由,命令剝離外國公司對加拿 大關鍵礦產公司的投資。11月3日該通知涉及的三家A股上市公司(藏格礦業、盛新 鋰能、中礦資源)均收到加拿大國家安全審查結果告知函,被告知須在90日內放棄 相關礦產投資。


(二)鋰價持續上漲,我國鋰資源自供能力亟待加強


新能源產業推動鋰需求呈非線性高增,而產能釋放受限,供需錯配明顯。(1)需求 側:根據USGS數據,全球鋰需求量已從2015年的3.1萬噸金屬量提升至2021年的9.3 萬噸金屬量,新能源汽車、儲能產業的快速發展推動了鋰需求快速增長。(2)供給 側:全球ESG要求不斷提高、疫情、開發技術受限等因素影響,鋰資源開發進度難以匹配下游需求增長速度,當前鋰的供需結構仍呈錯配狀態。 我國鋰資源自供能力仍有不足,2022H1進口量大增近70%。根據工業和信息化部統計數據,2021年我國碳酸鋰總產量、進口量分別為24.0萬噸、8.1萬噸,2022H1國 內碳酸鋰總產量為16.8萬噸(同比+42%)、進口量為7.1萬噸(同比+67%)。若用 進口量/(總產量+進口量)簡單衡量鋰資源的進口依賴度,該比例已從2021年的25.2% 提升至2022H1的29.8%,我國鋰資源自供能力仍有不足。



國家層面明確表態加快鋰礦開發,相關產業投資有望加快。針對鋰價居高不下、供 需關系錯配的現狀,今年以來工信部多次表態“適度加快國內鋰、鎳等資源的開發 力度”。2022年9月工信部召開鋰資源產業發展座談會,表示“將引導合理開發國內 資源,引導企業有序開發國內鐵、銅、鋰等緊缺資源和石墨等優勢資源,強化國內資 源壓艙石作用和基礎保障能力”,并從“多開發、穩進口、減量化、促回收”等方面 提出一攬子措施,使我國盡快形成自主供給能力。


(三)我國探明鋰資量近 90%為鹽湖,將成為我國鋰資源供應主體


我國探明鋰資源量近90%以鹵水形式存在,鹽湖鋰儲量豐富。根據USGS數據,2020 年全球鋰資源可分為鹽湖資源、礦石資源兩大類,其中鹽湖鹵水占比近60%。從地 域分部來看,南美鋰三角探明鋰資源占比達56%,中國排名第六位,占比約6%。根 據自然資源部《2019年中國礦產資源報告》,中國已查明鋰礦氧化物資源儲量已增加至2019年的1757.50萬噸;且我國探明鋰資源量中鹽湖占比接近90%,主要分布在 青海、西藏等地。



與礦石資源相比,鹽湖資源規模大、提鋰成本低。根據2020年10月張亮等發表的《全 球提鋰技術進展》,與礦石資源相比,鹽湖鹵水提鋰具備以下優勢:(1)資源規模 總量占據優勢;(2)生產成本約為礦石提鋰的1/3;(3)勘探周期短。


二、鹽湖開發進度受制約,“吸附+膜”法為破局良方


(一)品位低、投資高等因素制約我國鹽湖開發,實際開采率低


根據2021年12月韓佳歡等發表的《中國鋰資源供需現狀分析》、2021年9月姜貞貞等發表的《我國鋰資源供需現狀下西藏鹽湖鋰產業現狀及對策研究》,與南美鹽湖 相比,我國鹽湖鋰資源主要有儲量高但品位低、開采利用程度低兩大特點:(1)青 海鹽湖:鎂鋰比明顯低于南美,鋰收率較低,且此前主要采用鹽田攤曬等方法前期 投資大、產能釋放周期長;(2)西藏鹽湖:雖然較好的資源優勢,但受制于自然條 件較為苛刻,開采難度較大。上述因素共同導致我國鹽湖提鋰雖然儲量較大但產量 有限,鹽湖鋰資源利用率嚴重受限。


(二)“吸附+膜”法耦合工藝兼具高效、成本低、環保三大優勢


南美富鋰鹽湖品位高、鎂鋰比低,因此多采用沉淀法工藝。沉淀法若用于我國品位 較低的鹽湖會導致鋰收率明顯下降。為解決青海鹽湖鎂鋰比高的問題,老鹵提鋰(即 先通過攤曬鹵水、提鉀等形成老鹵,使鋰離子富集后再進行提鋰)應運而生,后為解 決龐大的鹽田系統投資及曬鹵長周期問題,國產企業不斷對提鋰技術進行多元化創新及升級迭代。我們認為“吸附+膜”法耦合工藝通過吸附劑前端富集鋰,讓提鋰段 前置成為可能,而膜段分離鎂鋰過程又無需額外試劑,讓原鹵提鋰、環保性等重要 方向得以兼顧。



(三)“吸附+膜”法已獲得產業化認可,關注布局材料及工藝包的企業


“吸附+膜”法已獲得產業化認可,關注具備材料及工藝包自研自產能力的企業。根 據各公司項目公告不完全統計,近1年披露的“吸附+膜”法項目碳酸鋰合計規劃產 能已近18萬噸/年、氫氧化鋰達3萬噸/年,吸附提鋰為最具前景的方案,吸附劑產能 依然供給緊張。圍繞鹽湖提鋰,提鋰材料開發(吸附劑、膜)及工藝包的設計為核心 壁壘,關注具備自研自產能力的企業。


三、吸附段呈現高技術壁壘,膜段國產替代進程加速


“吸附+膜”耦合工藝依賴材料開發及工藝包設計,吸附段呈現高技術壁壘,膜段國 產替代進程加速。(1)吸附段:吸附容量、溶損率等是衡量提鋰吸附劑效率的核心 指標,且根據特定鹵水類型適配程度又進一步分為鋁系、鈦系和錳系吸附劑。近年 來國內企業如久吾高科、藍曉科技、藍深新材料等公司均成功已主研發適用于鹽湖 的吸附劑產品,并已經在產業化、中試等項目上成功應用;(2)膜段:在鎂鋰分離 的部分,多用到膜的梯度耦合(反滲透、納濾膜、超濾等,有機膜為主),該工藝段 的技術難點在于膜材料強度、膜通量等,此前海外供應商具備顯著優勢,而近年來 伴隨著國內膜廠商持續的技術升級(如:久吾高科、唯賽勃、三達膜、倍杰特、沃頓 科技等),國產替代正在加速。


(一)吸附劑:定制化程度、技術壁壘高,我國企業率先實現項目積累


吸附材料定制化程度高,吸附容量、溶損率等是衡量提鋰吸附劑效率的核心指標。 吸附分離的原理主要為吸附劑與吸附質之間通過分子間引力(物理吸附)或發生化 學作用生成化學鍵(化學吸附)而產生吸附作用。該工藝應用領域跨度大,不同的下 游及不同的客戶均需要定制化研發特種吸附材料,鹽湖提鋰也是如此。吸附容量(單 位吸附劑吸附物質的最大量,與吸附劑表面積、孔隙大小有關)、循環壽命(吸附劑 的損耗程度,通常用溶損率衡量)等是衡量提鋰吸附劑效率的核心指標,鹽湖提鋰中需開發吸附容量大、溶損率低、選擇性強的吸附劑。



鋁系吸附劑已成功實現產業化,鈦系吸附劑已進行中試,錳系吸附劑尚處實驗室階 段。根據王琪等《高鎂鋰比鹽湖鎂鋰分離與鋰提取技術研究進展》(2021年),當 前吸附劑技術路線主要有三種:(1)鋁系吸附劑:廣泛應用于氯化物型、硫酸鎂亞 型鹽湖,吸附速率快,且脫附過程不需要消耗酸,循環穩定性較好,已成功應用于工 業化;(2)鈦系吸附劑:適用于氫氧根豐富的堿性鹽湖,在錳系的基礎上解決了溶 損率的問題,久吾高科首次將鈦系吸附劑在碳酸型鹽湖,目前處于中試階段;(3) 錳系吸附劑:適用于氫氧根豐富的堿性鹽湖,吸附容量大但溶損率高,廢水需要進 行環保處理,目前工業化過程受阻。


我國企業率先實現了鹽湖提鋰吸附劑的產業化應用積累,具備技術優勢。在鹽湖提 鋰領域,由于中國鹽湖品位較低,“吸附+膜”法應用更廣(南美鹽湖沉淀法居多), 我國企業已進行了多個“吸附+膜”法項目(含中試)積累及技術迭代,如久吾高科 西藏扎布耶100噸/年氫氧化鋰中試(西藏礦業)、青海大柴旦鹽湖1000噸/年氯化鋰中試(金海鋰業)等,藍曉科技的五礦鹽湖1000噸/年碳酸鋰吸附劑及吸附分離成套 裝置、藏格鋰業10000噸/年碳酸鋰的提鋰裝置及配套樹脂等。從全球對比來看,中 國供應商具備鹽湖提鋰吸附劑研發及應用的先發優勢。


(二)膜市場:納濾膜、反滲透膜國產化率低,突破核心材料為發展關鍵


膜分離是最環保的分離技術之一,鹽湖中常用到膜梯度耦合,工藝難點在于膜材料 強度、膜通量等。膜分離的本質是物理法,即通過壓力、利用膜的孔徑大小實現不同 物質的分離,核心是膜材料的選擇。由于過程中無需額外試劑,因而膜分離法是最 環保的技術之一。鹽湖提鋰中鎂鋰分離的部分常選擇孔徑更小的有機膜,多用到膜 的梯度耦合(反滲透、納濾膜、超濾等),該工藝段的技術難點在于膜材料強度、膜 通量等。


納濾、反滲透膜國產替代已開始,關注具備自研優勢的企業。(1)反滲透膜市場: 根據環境工程,2021年全球反滲透膜市場90%以上的份額被美國杜邦、日東電工集團/美國海德能、日本東麗、法國蘇伊士等7家公司占有。目前主要國內反滲透膜企業 包括沃頓科技、唯賽勃、三達膜等。(2)納濾膜市場:根據中國膜工業協會提供的 數據,2019年我國納濾膜市場銷售額為6億元,目前國內納濾膜市場主要由國外品牌 占據,國內廠商市場份額占比較小。根據唯賽勃招股說明書,國內從事納濾膜及相關產品生產的主要企業主要為沃頓科技、唯賽勃、倍杰特、三達膜等。



四、關注掌握核心材料、工藝包設計技術優勢的企業


關注具備吸附劑產能、膜工藝包自研優勢的企業。重點推薦:久吾高科:掌握多類 鹽湖吸附劑核心技術,陶瓷膜(無機膜)、有機膜均有產能布局。近年來陸續達成一 里坪、扎布耶、金海鋰業、西藏中鑫多個產業化/中試項目合作。公司年內預期實現 2000噸/年吸附劑產能,且此前與紫金礦業簽訂戰略合作。


(一)久吾高科:陶瓷膜+有機膜全線覆蓋,掌握多種吸附劑核心技術


國產陶瓷膜龍頭,多領域擴張穩步推進。公司孵化于南京工業大學膜科技實驗室, 為陶瓷膜行業龍頭。受益于新訂單大力開拓,2022H1膜集成技術整體處理方案實現 收入2.31億元(同比+48.86%)。從訂單情況來看,2021年公司新簽合同總額超10 億元,CO制燃料乙醇(累計應用規模超20萬噸/年)、工業水處理、鹽湖提鋰等多元 業務穩步推進。此外,吸附劑材料方面成功研制出鋁系、鈦系鋰吸附劑材料并提出 “吸附+膜”法原鹵提鋰工藝,預計今年可形成約2000噸/年的工業化產能。


多重因素致業績承壓,資金充沛保障未來成長。2022Q1-3實現營收5.06億元(同比 +55.26%)、歸母凈利潤1891萬元(同比-7.56%),單三季度實現歸母凈利潤1042 萬元(同比-9.76%)。疫情影響導致項目工期延長、競爭加劇、新領域示范項目探索等因素影響,公司前三季度業績略有下滑。截至2022Q3公司貨幣資金較2021年底 增加146%至2.12億元,資金充沛保障未來成長。


攜手紫金礦業加速鹽湖提鋰開發,技術與資源的強強聯合。2022年5月26日公司公 告與紫金礦業簽署《戰略合作協議》,將為紫金礦業的鋰鹽湖資源項目、鋰資源深加 工項目、礦山液體處理及金屬資源利用、工業水處理項目等提供吸附材料、提鋰工 藝、工藝包設計等技術支持,協議有效期五年。2021年10月以來紫金礦業相繼收購 阿根廷3Q、西藏拉果錯兩大高品位鹽湖,預期拉果錯鹽湖將采用“吸附+膜”工藝, 一期+二期產能擬提升至5萬噸/年。3Q鹽湖一期產能2萬噸/年有望于2023年投產,且 遠期可提升至4-6萬噸/年。目前紫金礦業公司按權益擁有碳酸鋰資源總儲量超900萬 噸LCE。


金海鋰業氯化鋰項目已建成,今年預期可形成2000噸/年的自研吸附劑產線。2018 年公司中標五礦鹽湖 1 萬噸/年碳酸鋰項目,成功卡位鹽湖提鋰核心工藝包(吸附+ 膜法)。2022年1月通過簡易程序向特定對象定增募資1.03 億元(主要用于扎布耶、 大柴旦、阿根廷安赫萊斯3個鹽湖提鋰中試項目),并相繼簽訂扎布耶100噸/年氫氧 化鋰中試、金海鋰業1000噸/年氯化鋰項目。截至2022H1,金海鋰業1000噸/年氯化 鋰項目已建成;根據2022年3月投資者關系活動記錄表,公司預計今年可形成約2000 噸/年的自研吸附劑工業化產能,鞏固鹽湖提鋰布局。


布局CO制燃料乙醇、鈦白清潔生產等新興下游,多領域擴張大有可為。除布局鹽湖 提鋰外,公司新增布局CO制燃料乙醇、鈦白清潔生產等新興下游應用,已完成“鈦 石膏資源化利用MCM技術產業化項目”等重要合同簽訂。目前,根據公司官方微信 公眾號,該技術被國家四部委列入《國家工業資源綜合利用先進適用工藝技術設備 目錄(2021年版)》,引領鈦石膏高附加值資源化利用。


(二)藍曉科技:鹽湖提鋰吸附劑先驅,擁有 4 萬噸/年吸附劑產能


國內吸附劑龍頭,2022前三季度歸母凈利潤同比增長32%。公司主營離子交換吸附 樹脂以及相關配套系統裝置,目前擁有4萬噸/年吸附劑產能。除2020年受疫情影響 外,公司營收、業績穩步提升,2021年公司實現營收11.95億元(同比+29.5%)、 歸母凈利潤3.11億元(同比+53.8%),前三季度實現營收11.77億元(同比+32.1%)、 歸母凈利潤3.14億元(同比+32%)。分業務來看,公司吸附劑營收占比近80%,2022 上半年吸附劑營收同比增長49.3%,金屬資源、生命科學、水處理與超純水、節能環保、化工與催化等業務領域均呈現出高速增長態勢。


鹽湖提鋰產業化經驗豐富,2018年以來簽約訂單產能對應6.86萬噸/年碳酸鋰+1萬噸 /年氫氧化鋰。依托吸附分離法提鋰技術,公司成功提供多個項目鹽湖鹵水提鋰的解 決方案,并實現產業化運營。2021年下半年以來公司簽訂多個大型鹽湖提鋰項目訂 單,2018年以來累計簽約訂單產能達6.86萬噸/年碳酸鋰+1萬噸/年氫氧化鋰,提供吸 附設備以及安裝施工。根據2022中報及《2022年10月25日投資者關系活動記錄表》, 五礦五礦4000t/a改造項目、金緯新材料6000t/a項目已成功交付,錦泰二期4000t/a 碳酸鋰整線項目已啟動試生產。


(三)唯賽勃:國內膜技術領先,自研鹽湖提鋰納濾膜性能優越


公司近年來膜材料、膜元件產能穩步提升,復合材料壓力罐、膜元件壓力容器銷售 順暢,除2020年受疫情影響外營收逐年提升,2020年起毛利率有所下降主要系行業 競爭加劇。2021年公司實現3.79億元營收(同比+20.9%)和歸母凈利潤0.51億元(同 比+8%)。上半年受疫情影響公司營收、業績均有下滑,Q3已重回正軌,單三季度 實現營收9402.71萬元(同比+12%)和歸母凈利潤1551.66萬元(同比+51.4%)。 前三季度實現營收2.34億元(同比-15%)、歸母凈利潤0.22億元(同比-45.7%)。


布局膜、膜壓力容器、壓力罐三大板塊。公司是國內極少數同時開展反滲透膜及納 濾膜系列產品、膜元件壓力容器、復合材料壓力罐等三大類產品研發及規模化生產 的企業,同時亦進行配件銷售。截至2021年公司擁有80萬只/年復合材料壓力罐、730 萬米/年反滲透膜及納濾膜片及膜元件、4萬只/年膜元件壓力容器產能,此外,2021 年公司IPO募資5.7億元布局年產30萬支復合材料壓力罐、2萬支膜元件壓力容器、10 萬支膜元件項目等。


2019年起布局鹽湖提鋰,自研高壓納濾膜性能優越。根據招股說明書,公司2019年起同啟迪清源合作布局鹽湖提鋰,當年4月為其“青海湖2萬噸/年碳酸鋰膜法分離濃 縮精制BOT項目”提供關鍵部件,2020年與啟迪清源進一步簽署戰略合作協議,在 膜法鹵水提鋰、冶金行業水處理及特種分離領域開展長期合作。目前針對鹽湖提鋰, 公司正在持續進行高壓納濾膜研發,在多個鹽湖提鋰試驗中性能穩定,去除率(脫 硼,脫碳酸根,脫鎂)保持較高水平。根據公司官網,2022年9月公司順利抵達結則 茶卡進行中試項目施工,針對西藏等溫度低晝夜變化大的情況,低溫預處理納濾膜 仍能保持良好的通水量和截留率。


(四)倍杰特:依托污水資源化經驗,中標多個電池級鹽湖提鋰項目


深耕污水資源化,2017-2021歸母凈利潤復合增速20.7%。公司主要提供水處理整體 解決方案及運營服務,深耕工業水處理及資源化再利用,2017-2021年營收、歸母凈 利潤均逐年提升,復合增速達16.1%、20.7%,2021年實現營收7.13億元(同比 +22.8%)、歸母凈利潤1.19億元(同比+13.3%)。分業務來看,公司以EP、EPC 類的水處理整體解決方案收入為主,2021年實現5.37億元收入,占比達75.4%。


依托豐富污水資源化經驗,中標多個電池級鹽湖提鋰項目。依托在污水資源化領域 的豐富經驗以及高鹽水分鹽技術,公司積極布局鹽湖提鋰,據中國化學電子招標投 標交易平臺,2021年與東華科技合作建設西藏扎布耶鹽湖綠色綜合開發利用萬噸電 池級碳酸鋰項目;根據證券時報,11月1日公司新中標西藏阿里改則縣拉果錯鹽湖鋰 礦2萬噸/年電池級單水氫氧化鋰項目,采用連續吸附法+膜法+電滲析工藝路線,公 司為其提供膜處理系統。


(五)三達膜:工業膜分離工藝先驅者,電池級鹽湖提鋰項目落地


我國工業膜分離工藝先驅者,不斷開拓膜法應用。公司主營業務為水務投資運營及 膜技術應用,其中膜主要應用于工業分離、膜法水處理、環境工程等領域,是我國最 早從事膜分離工藝的企業之一,先發優勢顯著。


伴隨公司對下游的不斷開拓,2017-2021年公司營收復合增速達18.4%,2021年實現 11.51億元營收(同比+31.3%)、歸母凈利潤2.47億元(同比+11.4%)。分業務來 看,2021年水務投資運營及膜技術應用業務分別實現4.13億元和5.59億元營收。


憑借2016年至今10余次中試經驗,2022年正式中標鹽湖提鋰EPC總包項目。公司作 為膜技術龍頭,通過自主開發的陶瓷膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜等技術相結合, 可用于鹽湖提鋰。2021年11月17日公司在投資者互動平臺表示,公司鹽湖提鋰業務 始于2016年,先后在藍科鋰業、五礦鹽湖、青海鋰業等超過10個鹽湖開展中試、工 業化驗證等,并和吸附、電化學、萃取等公司合作,開展不同工藝包的聯合實驗開 發,掌握了各種鹽湖的提鋰工藝。2022年2月19日,公司公告中標金昆侖鋰業5000 噸/年電池級碳酸鋰項目EPC總承包工程,總投資2.1億元。


(六)沃頓科技:深耕膜業務二十余載,反滲透膜進口替代先行者


公司深耕膜業務二十余載,工業、家用、市政膜產品全線覆蓋。2021年公司實現營 業收入13.81億元(同比10.1%),歸母凈利潤1.21億元(同比+14.6%)。膜為公司 的營收支柱,公司產品覆蓋反滲透、納濾等,應用領域實現工業、家用、市政全面布 局,2021年擁有產能2330萬平方米、銷量1848萬平方米,實現在膜產品銷售收入7.56 億元,膜分離工程實現收入0.86億元。


公司在反滲透膜領域處于領先地位,四寸膜市占率近30%。根據2020年評級報告, 在工業膜方面,2019年公司在八寸膜市場占有率為9%,位列前五,在四寸膜市場占 有率達到29%居于首位;同期家用膜市場銷量占比為24%,國內排名第一。根據2022 年9月投資者關系活動記錄表,公司膜分離技術和產品已成熟地應用于鹽湖提鋰領域。


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