從錢幣到電池 新能源化學(xué)元素巡禮:鎳
我們常見的三元鋰電池NCM的N都是指的鎳,NCM是指含鋰的多層金屬氧化物——鎳鈷錳酸鋰LiNixCoyMn1-x-yO2,制造鎳鈷錳酸鋰的原料中鎳的部分采用的是硫酸鎳。我們上一趴介紹的關(guān)于鎳的各種常見反應(yīng)和各種化合物基本上都與制備三元鋰前驅(qū)體相關(guān)。
鎳鹽有許多種,硝酸鎳、氯化鎳都算,那為什么只采用硫酸鎳而非其他鎳鹽呢?氯化鎳中有氯離子的存在,容易腐蝕不銹鋼材質(zhì)對反應(yīng)設(shè)備的要求較高,如果氯離子殘留在前驅(qū)體中,后續(xù)燒結(jié)工藝時容易腐蝕窯爐;硝酸鎳價格高,而且N03-硝酸根離子殘留在前驅(qū)體中,在燒結(jié)工藝中會產(chǎn)生NO一氧化氮、NO2二氧化氮等有害氣體,在工業(yè)制取中不被采用。
硫酸鎳的制取有三個來源,由原生物料生產(chǎn)、鎳鐵溶解、廢料生產(chǎn):
鎳鐵直接溶解
化學(xué)法制取硫酸鎳方法歷史悠久,最簡單的就是采用硝酸和硫酸的混酸來氧化溶解金屬鎳,和上面我們談到的實(shí)驗(yàn)室中鎳與強(qiáng)酸反應(yīng)是一樣的。也就是常說的鎳豆/鎳粉直接溶解得到硫酸鎳,這種方法設(shè)備復(fù)雜腐蝕嚴(yán)重、利用率低、環(huán)境污染較為嚴(yán)重。再通過電解又可以重新獲得電解鎳,也就是純鎳產(chǎn)品,每噸電解鎳的耗電量在800-1000kWh。
原生物料生產(chǎn)
根據(jù)原料礦物不同分為兩種,硫化鎳礦與紅土鎳礦線路;硫化鎳礦品位高很容易就能制取高冰鎳,高冰鎳可以制取電解鎳和硫酸鎳。而紅土鎳礦就比較復(fù)雜了,作為最主要的鎳礦原料,紅土鎳礦分層,上層品位低但儲量高,可以使用濕法高壓酸浸的方法處理成MHP等濕法中間品;下層品位高,用火法處理。目前鎳的主要生產(chǎn)路徑是下層紅土鎳礦通過火法RKEF到鎳鐵,再到不銹鋼(該路徑占比超過50%)。
總體來說紅土鎳礦生成硫酸鎳共有四類方法:
濕法高壓酸浸路徑,上層低品位紅土鎳礦的濕法冶煉-MHP等濕法中間品-硫酸鎳+硫酸鈷;
火法前硫化路徑,下層高品位紅土鎳礦的火法冶煉硫化到低冰鎳-高冰鎳-硫酸鎳;
火法后硫化路徑,下層高品位紅土鎳礦的火法冶煉-鎳鐵-高冰鎳-硫酸鎳;
富氧側(cè)吹方式,用熔煉爐替代電爐,對原材料的適用度高,增加熱反應(yīng)效率,核心在于硫化方式的改變。
最具代表性的企業(yè)包括瑞木、華友、青山、盛屯、中偉等等。
作為有色金屬大宗商品,鎳期貨也是行業(yè)風(fēng)向標(biāo),最近鎳期貨的走勢可謂是跌宕起伏,國內(nèi)方面滬鎳在3月初和中下旬兩次上攻,雖然今日已經(jīng)回到較為合理的價格位置,但是倫敦金屬交易所LME似乎還沒有從“妖鎳”鬧劇中解脫,從鋁到鋅LME六大主要金屬合約的可用庫存目前已降至1997年以來的最低水平。
隨著2021年全球工業(yè)活動在疫情后附屬,LME的金屬庫存已經(jīng)在下降,而且目前全球物流和航運(yùn)系統(tǒng)還是處于混亂的狀態(tài)。俄烏沖突爆發(fā)后,俄羅斯作為高純度鎳儲量豐富的國家,從其供應(yīng)商處獲得貨物變得完全不可能,同時交易所庫存較低的時候也很容易遭受到逼空行情的沖擊,“妖鎳”風(fēng)波之后LME甚至對金屬價格市場波動幅度設(shè)置了15%的上限。
金屬鎳在全球市場中,74%用于不銹鋼生產(chǎn)制造,在電池用途方面目前僅占5~8%,但是中國2021年的純電動汽車新車銷量增加到了上年的2.6倍,以目前全球電動車發(fā)展的趨勢來看,預(yù)計對電池用途的需求會進(jìn)一步擴(kuò)大。
目前青山控股作為國內(nèi)第一大鎳鐵生產(chǎn)商,已經(jīng)蛻變成為全球最大的鎳鐵生產(chǎn)商,也是3月倫敦金屬交易所LME“妖鎳”事件的主角之一。青山控股在印尼擁有兩大工業(yè)園區(qū),2020年鎳產(chǎn)量46萬噸,未來還會繼續(xù)大幅度擴(kuò)容,來應(yīng)對國內(nèi)及全球快速增長的新能源電池需求。
鎳鈷錳酸鋰三元材料中,鎳呈現(xiàn)正二價是主要的電化學(xué)活性元素(詢底價|查參配),三元材料NCM:讓鈷Co來防止鎳Li-鋰Ni混排,讓錳Mn來穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu),鎳Ni作為提供高容量的主力。所以目前主流的三元鋰NCM811、NCM622、NCM523、NCM111中鎳含量越高能量密度也就越高。同時鎳的成本相對來說較低,高鎳配方在成本上也還是有優(yōu)勢的,所以客觀上對于鎳的需求整體是會上升的。
但目前全球經(jīng)濟(jì)形勢不容樂觀,受到多重因素影響,疫情、逆全球化、美元加息周期、全球CPI飆升、民粹主義抬頭、俄烏戰(zhàn)爭,這些都時時刻刻影響著正常的經(jīng)濟(jì)活動和社會發(fā)展。有色金屬產(chǎn)業(yè)從LME庫存儲量就能發(fā)現(xiàn),全球產(chǎn)業(yè)鏈體系供需正在出現(xiàn)問題,疫情導(dǎo)致停工停產(chǎn)、國際航運(yùn)混亂,全球大宗商品價格飆升,PPI CPI產(chǎn)生恐怖的剪刀差,目前正值美元加息周期,疊加疫情影響已經(jīng)有部分國家出現(xiàn)國家破產(chǎn)的危機(jī),黎巴嫩、斯里蘭卡首當(dāng)其沖,未來還有更多國家陷入經(jīng)濟(jì)困境,我國經(jīng)濟(jì)也已明確進(jìn)入滯脹。所以對于新能源產(chǎn)業(yè)是否能夠繼續(xù)高速增長可能會取決于許多未知因素,目前國內(nèi)電動車已經(jīng)出現(xiàn)全面漲價的情況,PPI端的漲價終會傳到到CPI端,美元從無限QE到瞬間加息50個基點(diǎn),最終又將是誰來抗下一切?
回到鎳的話題來,鎳作為一種不是非常稀缺的有色金屬,主要還是應(yīng)用于不銹鋼,從二級市場來看,新能源端帶來的增長已經(jīng)反應(yīng)在了相應(yīng)公司的股價上,資本的速度總是最快的,市場表現(xiàn)也總是如實(shí)反應(yīng)資本預(yù)期的,未來鎳的增長可能要從《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出的開發(fā)“城市礦山”資源中挖掘了,有色金屬稀有金屬的回收再利用?;蛘咦?zhǔn)美元加息周期,在外匯儲備被摧毀的國家中也實(shí)施馬歇爾計劃,可以把放的水流到海外的基建項(xiàng)目中去,掌控產(chǎn)業(yè)鏈源頭、控制能源、削弱美元霸權(quán)、收獲國際友誼等等好處還是很多的,可別再讓水流進(jìn)房地產(chǎn)了。
鎳產(chǎn)業(yè)鏈非常清晰,最主要的用途就是鎳合金(鑄幣)、電池(鎳氫、鎳鉻、三元鋰)、電鍍、不銹鋼。除此之外,還能成為許多化學(xué)反應(yīng)不可或缺的催化劑,納米鐵酸鎳NiFe2O4在新興材料領(lǐng)域價值很大,它可以催化二氧化碳分解,使其重新變成碳和氧氣,從而在太空等高精尖領(lǐng)域得以應(yīng)用。然而鎳與我們生活也是息息相關(guān),平均每5個人里就有1個人,會對鎳離子存在或輕或重的過敏反應(yīng),鎳甚至被指與誘發(fā)某些癌癥相關(guān),所以目前對于日常使用的不銹鋼中該添加多少鎳仍然存在爭議。
如果你帶鋼制手表時間一長會爛手腕,恭喜你,你對鎳過敏,真的是造鎳啊。
(圖/文/攝:太平洋汽車網(wǎng) 洪曉峰)
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