国泰君安:膜材料进口替代加速

奇谈君 2021-07-0620:49:42来源:国泰君安 评论 426

报告导读:我国膜法盐湖提锂技术路线快速发展,膜材料进口替代比例提升,推动膜法盐湖提锂技术应用落地。具备高端分离膜材料生产能力的膜技术龙头公司迎来新的发展机遇。

【盐湖提锂技术多样,膜法技术适用于高镁锂比应用场景】

1)大量锂资源分布于盐湖中:根据美国地质调查局2020年数据,已查明世界锂资源量8600万吨,其中58%锂资源分布在盐湖中。根据中国地质调查局,我国约80%的锂资源分布于盐湖中,其中青藏两地占全国盐湖总量超90%。

2)对盐湖提锂主流技术进行简单梳理,膜法技术适用于高镁锂比应用场景:盐湖提锂的主要难点在于伴生离子的分离。根据盐湖卤水中锂和其他伴生离子特征,盐湖提锂技术可分为高镁锂比和低镁锂比技术。低镁锂比盐湖提锂技术主要包括沉淀法、盐梯度太阳池法等。高镁锂比盐湖提锂技术主要包括膜分离法、萃取法、吸附法等。

【膜分离法有望成为国内盐湖提锂的重要技术路线之一】

1)我国盐湖卤水锂资源总量虽高,但由于镁锂比高,杂质多等特点,锂含量品位低。膜分离技术是适应国内盐湖提锂的重要技术路线之一。

2)膜分离法提取碳酸锂的工艺流程原理为:当原料卤水通过纳滤膜时,锂、钠等一价离子透过膜,镁、钙等二价离子被纳滤膜隔离,从而实现了镁、锂离子分离的目的,分离后得到低镁锂比的富锂卤水;随后通过反渗透膜或其他方式通过分离低镁锂比的富锂卤水中的水和一价锂离子,形成富锂溶液,为后续进一步提纯供应原料,最终得到电池级碳酸锂。

3)膜分离工艺具有镁锂分离效果优秀,回收率较高,工艺流程短,生产周期短,环保成本低的优点。

4)膜法工艺局限性主要是膜长期依赖进口,存在膜使用寿命较短,维护成本高,能耗较大等缺陷,但是伴随国内技术替代率逐渐提升,碳酸锂的提纯成本有望出现明显下降,带动膜法成为盐湖提锂的重要技术路线之一。

【膜材料进口替代比例提升,推动膜法盐湖提锂技术成熟、成本下降】

1)历史上国内卤水提锂使用的纳滤膜和反渗透膜长期依赖进口,存在成本高、技术标准单一的缺陷,很大程度上制约了膜法工艺在盐湖提锂领域的应用。

2)目前我国的纳滤及反渗透膜生产技术已经较成熟,膜材料的稳定性和一致性已有较大提升。伴随中国膜技术的持续提升,在性价比优势突出的背景之下,本土龙头公司产品的市场占有率进一步提升值得期待。

3)在膜材料进口替代比例提升的行业趋势下,膜法盐湖提锂技术成熟、成本下降,制约膜法工艺在盐湖提锂领域应用的多重因素逐步消解,国内膜法盐湖提锂技术进一步应用,有望带动具备高端分离膜材料生产能力的膜技术龙头公司开拓新的技术应用场景。

【投资建议】

我国盐湖提锂快速发展,膜材料进口替代趋势将推动膜法盐湖提锂技术应用,具备膜分离核心技术的龙头公司迎来新的发展机遇。推荐南方汇通久吾高科三达膜津膜科技等为受益标的。


正文

一、盐湖提锂技术路线多样

大量锂资源分布于盐湖中。根据美国地质调查局2020年数据,已查明世界锂资源量8600万吨,其中58%锂资源分布在盐湖中。根据中国地质调查局,我国约80%的锂资源分布于盐湖中,其中青藏两地占全国盐湖总量超90%。

对盐湖提锂主流技术进行简单梳理:盐湖提锂的主要难点在于伴生离子的分离。根据盐湖卤水中锂和其他伴生离子特征,目前盐湖提锂主要技术分为沉淀法、膜法、萃取法、盐梯度太阳池法、吸附法等。

盐湖卤水中主要含有Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+等阳离子和SO42-、Cl-、CO32-等阴离子,按化学成分盐湖卤水分为碳酸盐型、硫酸盐型和氯化物型。盐湖提锂工艺和成本主要由盐湖类型控制,卤水中Mg2+、B3+等伴生离子通常会给Li+分离带来困难。

图1:世界主要富锂盐湖卤水构成

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数据来源:《盐湖卤水提锂技术及产业化发展》

按盐湖卤水锂资源的赋存状态和特征,盐湖提锂技术可分为高镁锂比和低镁锂比技术,主要技术路线都有实际应用项目。

低镁锂比盐湖提锂主要利用传统工艺,工艺路线主要包括沉淀法、盐梯度太阳池法:①沉淀法通过蒸发浓缩卤水,利用化学沉淀反应,将锂离子以沉淀形式从溶液中分离出来,可分为目标离子沉淀法和伴生离子共沉淀法,南美地区部分盐湖,如智利的阿塔卡玛盐湖采用类似技术路线。②盐梯度太阳池法针对低镁锂比盐湖,利用当地低温气候得到的高锂混盐卤水(锂接近饱和点)再通过太阳池技术不蒸发、升温条件得到富锂混盐和芒硝等沉淀,扎布耶盐湖项目等采用该技术路线。

高镁锂比盐湖提锂适用膜法技术,工艺路线主要包括膜分离法、萃取法、吸附法等:①纳滤和电渗析是目前膜分离提锂较为成熟的两种方法。纳滤法提锂是根据纳滤膜的截留分子量和膜孔径对单价无机盐截留效果特异性对盐湖中镁、锂分离。电渗析技术是在电场作用下溶液中带电粒子可以通过膜而迁移,如果用一价选择性离子交换膜,则可以将卤水中镁、锂分离,东台吉乃尔盐湖项目等采用电渗析+纳滤路线。②萃取法是用某些对锂有特殊萃取性的有机溶剂萃取锂,主要萃取剂有冠醚类、有机磷类、醇、肽菁类、酮和季铵盐等(《盐湖提锂工艺及影响因素》),大柴旦盐湖等项目采用萃取技术路线。③吸附法用天然或合成化合物,对卤水中锂离子选择性吸附,再将吸附剂中锂离子洗脱,使锂离子与杂质和伴生离子分离,察尔汗盐湖项目等采用吸附法技术路线。

图2:盐湖提锂主流技术

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数据来源:《盐湖卤水提锂技术及产业化发展》、国泰君安证券研究

二、膜法工艺是我国盐湖提锂的重要技术路线

我国盐湖卤水锂资源总量虽高,但由于镁锂比高,杂质多等特点,锂含量品位低。作为我国盐湖提锂的重要技术路线之一,膜分离工艺具有镁锂分离效果好,工艺流程短,工艺安全度高等特点。

膜分离第一阶段:纳滤系统,实现镁、锂离子分离

1)纳滤膜已广泛应用于废水处理、海水淡化等领域,精度介于反渗透与超滤之间,对分子大小在1nm以上或相对分子质量为200-1000的物质具有较强的截留能力。

2)纳滤技术是以压力差为驱动力的不可逆膜分离过程,在膜两侧施加一定压力差(推动力0.5-2.0MPa)可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜,大于膜孔径的微粒、大分子、盐等被膜截留下来而实现分离的目的。

表1:纳滤技术主要应用领域

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数据来源:《纳滤膜分离技术应用于盐湖卤水提锂的研究进展》、国泰君安证券研究

3)纳滤膜多为荷电膜,对不同价态的离子具有选择性,对二价及多价离子截留率高于一价离子,从而可应用于盐湖卤水中镁离子与锂离子分离,得到低镁锂比的富锂卤水。为后续反渗透膜或其他方式进一步分离低镁锂比的富锂卤水中的水和一价锂离子创造条件。

4)但纳滤法对卤水总盐度要求高,一般卤水进行分离都需要进行稀释,因此纳滤技术目前尚未成为独立的提锂技术,而是主要与其他分离方法连用,例如与吸附法、电渗析技术、反渗透技术等结合。

5)膜分离法提取碳酸锂的工艺流程原理为:当原料卤水通过纳滤膜时,锂、钠等一价离子透过膜,镁、钙等二价离子被纳滤膜隔离,从而实现了镁、锂离子分离的目的,分离后得到低镁锂比的富锂卤水;随后通过反渗透膜或其他方式通过分离低镁锂比的富锂卤水中的水和一价锂离子,形成富锂溶液,为后续提锂提供原料,最终得到电池级碳酸锂(《唯赛勃招股说明书》)。

图3:纳滤法生产碳酸锂工艺

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数据来源:《盐湖卤水提锂技术及产业化发展》

膜分离第二阶段:反渗透,形成富锂溶液

在第一阶段纳滤膜分离获得低镁锂比的富锂卤水之后,可以采用RO+MVR技术路线实现进一步分除杂和提纯。即纳滤除杂+反渗透浓缩+ MVR进一步浓缩+碳酸钠沉淀。这样的膜法技术路线对于除硼优势明显。不仅降低了能耗,而且彻底解决了国内盐湖锂产品中硼含量高的问题。

膜法技术优点突出,但进口膜高成本等缺点,阻碍下游应用

膜法工艺优点:分离效果优秀,回收率较高。与传统方法比较,膜法技术镁锂分离效果好,回收率较高,工艺流程短,生产周期短,环保成本低。

膜法工艺局限性:膜长期依赖进口,膜使用寿命较短,维护成本高,能耗较大。1)由于高矿化度、高盐度的盐湖卤水易造成膜污染,对膜的稳定性、耐酸碱性都提出高要求。膜法卤水提锂所要求的高性能膜长期依赖进口,成本高,一定程度上制约了大范围应用。2)电渗析膜使用一段时间后可能污染损坏,维护成本较高(《盐湖卤水提锂技术及产业化发展》、《高镁锂比盐湖提锂工艺技术的研究》)。

三、膜材料进口替代比例提升,推动国内膜法盐湖提锂技术应用落地

历史上,国内卤水提锂用纳滤膜和反渗透膜曾长期依赖进口,很大程度上制约了膜法工艺在盐湖提锂领域的应用。随着我国膜产业自主创新能力的不断提高,国产膜已经逐步在相关领域形成突破。

高性能膜材料进口替代趋势确立。

我国反渗透膜及纳滤膜市场曾长期依赖进口。国外高性能分离膜领域发展成熟,国外企业目前占据全球反渗透膜及纳滤膜大部分市场空间。在反渗透膜及纳滤膜市场上,国外企业起步较早,行业经验丰富,研发和生产技术先进,占据了全球大部分市场空间。1)根据中国膜工业协会编制的《2019-2020中国膜产业发展报告》,2019年全球海湾以外国家和地区反渗透膜市场几乎被美国杜邦水处理(原陶氏化学有限公司)、日东电工集团/美国海德能公司、日本东丽、科氏、苏伊士(原美国通用水处理)、中国时代沃顿等七家公司垄断。2)国内纳滤膜市场主要由国外企业占据,包括杜邦水处理、日本东丽、日东电工/美国海德能、苏伊士等,国内主要企业主要为时代沃顿、唯赛勃、山东九章、沁森高科等。从产能来看,时代沃顿、唯赛勃、沁森高科和山东九章膜片年产能分别约为2330万平方米、730万平方米、600万平方米和330万平方米(《唯赛勃招股说明书》)。

我国膜产业起步晚,但是扩产积极、技术迭代快速。我国膜技术研究及应用虽然相对国外起步较晚,但从2000年以后,膜技术应用的解决方案项目数量和规模增速较快,膜技术应用发展迅速,成为全球重要的新兴市场。国际著名膜技术企业将中国作为其重要市场,根据中国膜工业协会编制的《2019-2020中国膜产业发展报告》,近15年来中国膜产业高速增长,2019年我国膜市场总产值达到2773亿元;预计2022年我国膜产业总产值将超过3600亿元。

目前我国的纳滤及反渗透膜技术已经较成熟,性能有了较大提升。我们认为,伴随中国膜行业技术水平持续提升,在性价比优势突出的背景之下,本土龙头公司产品的市场占有率进一步提升值得期待。在膜材料进口替代率不断提升的大趋势下,制约膜法工艺在盐湖提锂领域应用的主要因素将逐步解除,推动膜法盐湖提锂技术进一步应用。

四、投资建议

我国盐湖提锂快速发展,膜材料进口替代率不断提升的大趋势下,膜法提锂技术应用将获得更多应用场景。上游拥有膜分离核心技术的膜法水处理龙头公司迎来新的发展机遇。推荐南方汇通,公司在盐湖提锂方面供应针对性的膜元件,同时还为客户提供技术支持和工程设计支持。另外久吾高科、三达膜、津膜科技等为受益标的。

风险提示:锂需求低于预期、项目进度低于预期等。

表2:盈利预测

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数据来源:Wind、国泰君安证券研究

注:收盘价日期2021-7-5 盈利预测来自国泰君安环保团队公司研究报告

奇谈君

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