“鈷奶奶”發(fā)威 “兩條腿”應(yīng)對

鈷能讓電化學(xué)反應(yīng)過程更加穩(wěn)定，并提升動(dòng)力電池的安全性。圖片來源：視覺中國

鈷是鋰電池中的重要材料，也是稀缺資源。據(jù)國際能源署預(yù)計(jì)，到2040年，鈷的需求量將較2020年增長約20倍。

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，近兩年來，鈷的價(jià)格一路上揚(yáng)。日前，由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)主辦的2021年中國鎳鈷工業(yè)年會(huì)在浙江寧波舉行?！吨袊茖W(xué)報(bào)》在會(huì)上獲悉，今年前三個(gè)季度，國內(nèi)現(xiàn)貨市場鈷均價(jià)為35.7萬元/噸，同比上漲33.7%。

“歷史經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)表明，鈷價(jià)應(yīng)穩(wěn)字當(dāng)頭并保持在相對合理區(qū)間，只有這樣，行業(yè)才能行穩(wěn)致遠(yuǎn)。”中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)副會(huì)長王健強(qiáng)調(diào)，要多渠道提高資源保障能力，強(qiáng)化鈷金屬循環(huán)利用技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

2014年前未研究評估鈷

鈷與鎳總是相伴而生，這是因?yàn)殁挼V物大多數(shù)是鎳、銅等礦物的副產(chǎn)品。

隨著新興技術(shù)的崛起和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對礦產(chǎn)資源的需求出現(xiàn)新的動(dòng)向。未來的資源沖突可能更多集中于對某些非化石礦產(chǎn)的競爭，因?yàn)檫@些礦產(chǎn)資源使新興技術(shù)成為可能，或使低碳工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，由此導(dǎo)致部分金屬需求出現(xiàn)大幅增長。

為此，世界多數(shù)國家適時(shí)將部分礦產(chǎn)資源列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)或關(guān)鍵礦產(chǎn)清單，為其國內(nèi)外供應(yīng)來源提供政策扶持。2018年，美國確定鈷為關(guān)鍵礦產(chǎn)，日本確定鈷為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，剛果(金)的《礦業(yè)法》將鈷確定為戰(zhàn)略性礦產(chǎn)。

據(jù)學(xué)者統(tǒng)計(jì)，2005~2018年，世界主要礦產(chǎn)資源國家共32篇頗具代表性和影響力的關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，鈷被評估為關(guān)鍵礦產(chǎn)的次數(shù)為27次。

中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心副研究員余韻等人分析這些研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，2014年前并未對鈷進(jìn)行過研究評估。例如，美國國家科學(xué)委員會(huì)在2008年以及澳大利亞地球科學(xué)局在2013年都沒有研究評估過鈷。

“2014年后的14份文獻(xiàn)均研究評估了鈷，其中11份文獻(xiàn)認(rèn)為，鈷屬于關(guān)鍵礦產(chǎn)，這與鈷在該時(shí)期的需求變化密切相關(guān)。”余韻說。

在我國，行業(yè)界一直非常重視鈷資源。早在2010年，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)成立鈷業(yè)分會(huì)，協(xié)助政府實(shí)施行業(yè)管理和維護(hù)企業(yè)合法權(quán)益，推動(dòng)行業(yè)和企業(yè)的健康發(fā)展。

鈷業(yè)分會(huì)秘書長徐愛東在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，相比成立于2020年的鎳業(yè)分會(huì)，鈷業(yè)分會(huì)成立時(shí)間整整早了10年。

我國第三輪《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2016~2020年)》戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄共列入24個(gè)礦種，其中就包括鈷。第四輪全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃已于今年開啟。在余韻看來，鈷礦的戰(zhàn)略地位和作用不斷提升，在新的第四輪全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃中，應(yīng)繼續(xù)將鈷保留在戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄之中。

供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增幅最快

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鈷資源總儲(chǔ)量長期保持在700萬噸左右，但高度集中，主要分布在剛果(金)、澳大利亞和古巴。2018年，這3個(gè)國家鈷資源儲(chǔ)量超過全球總儲(chǔ)量的74%。而我國鈷資源儲(chǔ)量僅占全球1%左右，鈷對外依存度達(dá)到90%以上。

余韻認(rèn)為，受新能源汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的影響，鈷資源需求量持續(xù)增長。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006~2018年全球精煉鈷消費(fèi)從5.4萬噸升至12.6萬噸，其中全球鋰電池的鈷需求量占總消費(fèi)量的比重從30%升至60%。

根據(jù)自然資源經(jīng)濟(jì)研究院《主要礦產(chǎn)品供需形勢分析報(bào)告(2020年)》，2002年以前，美國是全球第一鈷消費(fèi)國;2002~2006年，日本接替美國成為世界第一;2007年至今，我國一直穩(wěn)居世界第一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年表觀消費(fèi)量9.2萬噸，是2006年全球消費(fèi)量5.67萬噸的1.62倍。

“目前三元鋰電池基本都是含鈷的，它的裝機(jī)量在新能源汽車產(chǎn)業(yè)占到 ‘半壁江山’。”北方工業(yè)大學(xué)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究中心研究員張翔介紹，鈷讓電化學(xué)反應(yīng)過程更加穩(wěn)定，并提升動(dòng)力電池的安全性。

然而，余韻等計(jì)算2014年至2018年鈷的關(guān)鍵性指數(shù)發(fā)現(xiàn)，鈷的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增幅最快。

不過，正如徐愛東所說，不需要過分擔(dān)憂。“鈷對外依存度高的國家并不只有我國。”她表示，2017年，美國、歐盟、英國和日本進(jìn)口依存度分別為72%、32%、100%和100%。

此外，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授周豪慎告訴《中國科學(xué)報(bào)》，部分動(dòng)力電池使用含鈷的三元材料，但不含鈷的高鎳正極NCA等在國內(nèi)外均走向應(yīng)用，其他無鈷正極的研發(fā)也越來越多。

“鈷資源短缺對鋰電池有一定影響，但不會(huì)很大。”周豪慎說。

循環(huán)利用與研發(fā)冶煉同時(shí)發(fā)展

鈷主要以銅、鎳的伴生資源形式存在，鎳鈷伴生礦占據(jù)50%的鈷儲(chǔ)量，銅鈷伴生礦占據(jù)44%的儲(chǔ)量，而原生鈷儲(chǔ)量僅為6%。因此，“鈷的供應(yīng)程度受限于銅、鎳礦的開采”。北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院教授馬保中撰文介紹道。

余韻調(diào)查發(fā)現(xiàn)，銅和鎳低于鈷增長率，“說明鈷的增長來自小型傳統(tǒng)礦山和回收礦石”。

既然鈷資源極其稀缺且需求量極大，是否有替代資源呢?

其實(shí)，產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界已經(jīng)開始關(guān)注降低鋰電池中鈷含量的問題。“雖然鈷具備被其他礦產(chǎn)替代的可能性，但替代的結(jié)果將導(dǎo)致最終產(chǎn)品的成本增加或性能降低。

余韻判斷，鈷化學(xué)品在短期內(nèi)會(huì)繼續(xù)成為新能源電池行業(yè)的首選品，其可替代性極差，中期內(nèi)不太可能出現(xiàn)被全面替代的局面。

徐愛東向《中國科學(xué)報(bào)》介紹，行業(yè)少鈷或無鈷的聲音出現(xiàn)在鈷價(jià)高、鎳價(jià)相對較低時(shí)，如2017年至2018年期間，鈷價(jià)達(dá)到約60萬元/噸、鎳價(jià)只有10萬元/噸左右。但她表示，降鈷價(jià)是未來的趨勢。

目前，再生鈷的主要來源是從合金邊角料、廢舊電池和電池生產(chǎn)過程的殘次品中回收。“未來最大的再生鈷增量主要來自新能源汽車的動(dòng)力電池。”余韻表示，2020年前，新能源汽車動(dòng)力電池再生鈷與新增礦山鈷相比較，其數(shù)量較小，以致在統(tǒng)計(jì)上可以忽略不計(jì)。

不過，2021年情況有所改觀。徐愛東介紹，今年國內(nèi)鈷產(chǎn)量約12萬噸，其中2.5萬噸來自于再生鈷原料，占總產(chǎn)量的20%。

在國內(nèi)需求逐漸增加與外部因素導(dǎo)致進(jìn)口不穩(wěn)定的雙重壓力下，我國的鈷資源供應(yīng)安全成為各界高度關(guān)注的話題。在馬保中看來，未來還需“兩條腿”走路，不僅要開發(fā)針對復(fù)雜鈷礦物冶煉的新技術(shù)，還要注重從二次資源中回收鈷。

實(shí)際上，我國鈷產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展貫穿始終，已形成具有相對優(yōu)勢的完整產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模。未來既要鞏固并擴(kuò)大相對優(yōu)勢，同時(shí)依然要依靠創(chuàng)新原動(dòng)力。王健認(rèn)為，要加強(qiáng)科技創(chuàng)新，瞄準(zhǔn)新能源產(chǎn)業(yè)科技前沿，不斷提升鎳鈷材料高質(zhì)量供給能力，支撐電池材料可持續(xù)發(fā)展，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)韌性和競爭力。

在此基礎(chǔ)上，“遵循產(chǎn)業(yè)細(xì)分特點(diǎn)，加快培育眾多‘精專特新’‘單項(xiàng)冠軍’‘小巨人’企業(yè)。”王健說。