中國鹽湖資源的開發(fā)歷程及現狀*

程芳琴，成懷剛，崔香梅

(1.青海大學化工學院，青海西寧810016;2.山西大學資源與環(huán)境工程研究所)

綜述與專論

中國鹽湖資源的開發(fā)歷程及現狀*

程芳琴1，2，成懷剛2，崔香梅1

(1.青海大學化工學院，青海西寧810016;2.山西大學資源與環(huán)境工程研究所)

對中國鹽湖資源的研究和產業(yè)化現狀進行了闡述，著重分析了鹽湖資源的分布狀態(tài)、發(fā)展歷程、技術現狀及其存在問題和解決對策，以及科研和產業(yè)化的發(fā)展方向。通過對國內鹽湖的研究和產業(yè)化的分析表明，鹽湖資源開發(fā)利用的前景十分廣闊，但鹽湖的開發(fā)要注意資源的綜合利用，目前要在提取工業(yè)鉀鹽的基礎上大力發(fā)展鎂鹽工業(yè)，逐步提高鋰、硼及其他稀散資源的利用能力，并且在今后的發(fā)展中也要重視非化學資源的開發(fā)。

鹽湖;資源;綜合利用

1 中國鹽湖分布及產業(yè)進程

中國現代鹽湖主要分布在大興安嶺、太行山、秦嶺以西，大致可分為青藏高原區(qū)、西北區(qū)、東北區(qū)和東部分散區(qū)等4個鹽湖分布區(qū)域［1］，其中西藏、青海、新疆、內蒙古四省區(qū)的鹽湖數量最多。按照鹵水的化學組成來分，西藏多為碳酸鹽-硫酸鹽型鹽湖，青海鹽湖以硫酸鎂-氯化物型為主，新疆主要是硫酸鹽型和硝酸鹽型鹽湖，而內蒙古則以碳酸鹽型鹽湖居多。這些鹽湖的特點在于化學資源豐富，并且富含稀有元素，鈉、鉀、鎂、鋰、硼的儲量極大［2］。例如，青海柴達木盆地的諸多鹽湖中，各種無機鹽儲量達3 780億t，據測算其潛在價值不低于17萬億元;新疆羅布泊硫酸鎂亞型鉀資源的遠景儲量達5億t，并且具有品位高的特點;西藏扎布耶鹽湖以鋰儲量大、便于直接提取而聞名，以天然碳酸鋰形式存在的鋰資源總量達183萬t［3］，經濟價值達1 500億元。

鹽湖研究與開發(fā)大體分為4個階段［1］:19世紀之前，鹽湖開發(fā)主要是依靠經驗，采集石鹽以為食用;19世紀中期，國際上對鹽湖的研究開始使用物理化學手段;20世紀50年代以來，地質學、化工工藝學與生物學等多個學科開始耦合到鹽湖的研究之中，這也是中國開始進行大規(guī)模鹽湖調查活動的時期;70年代以后，鹽湖研究進入了多學科大規(guī)模綜合性的研發(fā)階段，國內在70年代中期和80年代末期分別開展了兩次鹽湖的系統(tǒng)分析和研究工作，鹽湖研究也逐漸形成了一門融合化學工程、生物工程、熱力學以及新技術科學等領域的獨立學科，這也奠定了國內鉀肥、鎂、鋰工業(yè)體系的科學基礎。從技術上講，化工分離技術是鹽湖工業(yè)的基礎，大體上囊括了相平衡與分離、離子交換、萃取、膜分離等領域。

中國鹽湖資源的大規(guī)模開發(fā)有3個典型范例［1］。最早是山西運城解池，4 600多年以前就已經開始采收食鹽，1949年之后逐漸開始產出硫酸鎂、硫脲、洗衣粉等工業(yè)產品，2002年開始發(fā)展鹽湖旅游業(yè)，形成了鹽湖資源的綜合利用產業(yè)。內蒙吉蘭泰鹽湖是另一個綜合利用的范例，有記載的食鹽生產源于乾隆元年，1965年以后逐步發(fā)展起純堿、金屬鈉、鹽藻、鹵蟲、胡蘿卜素等產業(yè)。察爾汗是目前開發(fā)最為成功的大型鹽湖之一，1956年在鹽湖調查中發(fā)現其富含氯化鉀之后就建立起鹽田法鉀肥廠，成為中國鹽湖鉀業(yè)發(fā)端的標志;隨后經歷了近40 a的零散生產，1996年開始規(guī)?；y(tǒng)一經營，并成功研發(fā)出反浮選-冷結晶工藝;2002年，青海鹽湖集團和昆侖集團開始籌劃產品多元化深加工，逐漸形成了鉀、鎂、鋰綜合開發(fā)的生產格局。

鹽湖資源一般包括鹵水液體礦藏和鹽類沉積固體礦藏兩種，大多數情況下是液固共存的礦藏，其應用面很廣，涉及到鉀肥、制藥、玻璃、陶瓷、電子等農業(yè)和工業(yè)領域，直接的鹽湖開發(fā)主要是指鉀、鎂、鋰等各種化學資源的提取和加工。目前在這些化學資源的開發(fā)中，鉀產業(yè)已形成了較強的生產能力，取得了明顯的經濟效益，鎂產業(yè)也正在縱深發(fā)展之中，鋰、硼及其他稀散資源的利用正處在由實驗研究向產業(yè)化推進的階段。

2 已成規(guī)模的鉀工業(yè)

鹽湖鉀資源一般是和鈉資源同時并存的。鈉的開發(fā)以山西運城鹽湖和內蒙古吉蘭泰鹽湖為代表，主要產品分別是芒硝和純堿。鉀則是更具經濟價值的鹽湖資源，現已成為鹽湖工業(yè)的主體產品，其中以青海柴達木地區(qū)的鹽湖和新疆羅布泊鹽湖開發(fā)得較為充分，主要產品包括氯化鉀和硫酸鉀。

在20世紀70年代之前，地域、交通、基礎設施等外界條件構成了鹽湖開發(fā)的制約因素，國內鉀鹽產業(yè)發(fā)展緩慢，鉀肥市場長時間處于大量進口的尷尬局面。“七·五”期間鉀鹽資源大調查之后，中國鹽湖鉀資源的開發(fā)逐漸開始擴容，西部大開發(fā)政策的實施更為鹽湖鉀產業(yè)提供了大規(guī)模發(fā)展的軟環(huán)境。柴達木盆地已有鹽湖集團、中信國安、青海中航和濱地鉀肥等企業(yè)先后實現產能突破，新疆羅布泊也建成了硫酸鉀肥生產基地，形成了成熟的工藝路線。

鉀和鈉的提取技術比較類似，都是以液體鹵水或固體礦的液化鹵水為原料，按照鹽田過程和工廠加工兩個步驟進行生產。柴達木地區(qū)察爾汗鹽湖的提鉀是最為典型的工藝流程:由晶間鹵水先經鹽田蒸發(fā)結晶曬制光鹵石原礦，再以其為原料加工生產氯化鉀。氯化鉀的加工工藝有多條技術路線，應用較多的包括反浮選-冷結晶法和冷分解-浮選法，其次為兌鹵法、熱溶法、冷分解-洗滌法等。其中，浮選技術在鉀鈉及硼酸鹽礦物的分選方面已經取得了很大的成功，諸如用鹽酸十八胺作為捕收劑，泡沫浮選得到氯化鉀精礦，再經洗滌除去氯化鈉和氯化鎂，干燥制得氯化鉀產品。

從鹽湖鹵水中提鉀的方法還有很多研究成果［4］，例如結合熱力學和動力學理論，通過反應結晶制備硫酸鉀顆粒［5］;又如化學沉淀法，利用二苦酰胺、四苯基硼化物、高氯酸鹽、氟硅酸、石膏、磷酸鹽等沉淀劑使可溶鉀轉化為難溶鉀，形成沉淀析出;再如溶劑萃取法，采用有機溶劑作為鉀的富集劑;或者如沸石法，通過沸石離子交換制得富鉀溶液，再通過萃取結晶法分離出鉀產品。隨著經濟性和環(huán)保層面研究的深入和突破，此類提鉀技術在工業(yè)上有望得以進一步的推廣和應用。

目前在鉀鹽生產過程中，最主要的問題是固廢和液廢的排放。鹽田曬制光鹵石時，每生產1 t光鹵石就會有8～12 t的含鎂廢液產出，這些廢液目前尚未得到有效利用，下游產業(yè)鏈延伸短，因此鹽湖資源的綜合利用水平還有待提高。

3 亟待開發(fā)的鎂資源

鎂的開發(fā)之急體現在兩個方面，一是在鉀鹽生產過程中巨量的富鎂老鹵未及利用即被排放，造成資源浪費，二是這些排放出來的老鹵聚積為患，已經形成鎂害，近年來環(huán)境壓力有增無減，因此這一部分鎂資源的開發(fā)利用已成為當前政府各部門及研究者關注的焦點。青海地區(qū)鹽湖的鎂資源保有儲量約4.8萬億 t［6］，每年因鉀肥生產需要排放老鹵達1.2億m3，多年的累積排放已使存放老鹵的團結湖由原來10 km2擴大到120 km2，南霍布遜湖也不得不用來暫存廢液，甚至已經污染、淹沒了附近原有的氯化鉀礦床［7］。

鎂資源難以產業(yè)化利用的關鍵在于開發(fā)成本和技術水平的制約。中國鹽湖鎂資源的存在有多種形式，最常見的是水氯鎂石，鹵水天然蒸發(fā)即可制得，可用于制作各種鎂鹽、鎂砂、電解鎂以及鎂合金、鎂稀土合金等下游高值化產品。中國以鹵水鎂資源開發(fā)的主要產品有六水氯化鎂、硫酸鉀鎂肥和阻燃級氫氧化鎂等［6］，現階段已經研發(fā)出來的工藝流程包括用直接沉淀法、水熱法、誘導法等制取氫氧化鎂，采用碳酸化法、沉淀法、酸解法、氨法制備氧化鎂等，但這些技術的工程可操作性尚有待實踐檢驗。又如，金屬鎂的生產工藝包括硅熱法和電解法，具體又可細分為皮江工藝、馬格尼特工藝等多種形式，但其生產的經濟性和競爭力還需要進一步加強。

據報道，目前已經得以應用的鎂生產工藝包括利用氯化鎂以電解法生產金屬鎂、以水氯鎂石為原料通過干燥和煅燒來生產氧化鎂及鹽酸、反應-結晶耦合脫水生產無水氯化鎂等［8］。例如，產業(yè)化方面，2004年青海鹽湖集團就已建立了1 500 t級規(guī)模的反應-結晶法工業(yè)示范裝置，另外西部鎂業(yè)科技發(fā)展有限公司掌握了水氯鎂石制取高純鎂砂的技術，中信國安科技發(fā)展有限公司也發(fā)展了利用水氯鎂石煅燒氧化鎂的工藝，2006年河南興發(fā)鎂業(yè)有限公司聯合天津科技大學也建成了年產3 000 t熱解法高純活性氧化鎂的工業(yè)化試驗裝置。

在鎂的綜合利用方面，美國大鹽湖的工藝［9］是值得借鑒的經驗之一:以鹽湖老鹵制取的水氯鎂石為原料，熱解生產粉狀氧化鎂和鹽酸，氧化鎂再經水化處理制備高純氫氧化鎂，繼而生產輕燒氧化鎂、重燒氧化鎂等系列產品，形成鎂產品產業(yè)鏈。但總體上講，中國鹽湖鎂資源的開發(fā)利用目前還不夠充分。鹽湖鎂資源開發(fā)利用過程中，盡管基礎研究的文獻報道較為豐富，涵蓋了加工工藝、表面改性、復合材料制備等各個方面［6］，然而產業(yè)化報道還不是很多。事實上，鹽湖鎂資源開發(fā)的滯后已經影響了鉀、鋰、硼、溴、碘等資源的可持續(xù)開發(fā)和綜合利用，成為鹽湖資源綜合開發(fā)利用的瓶頸，鎂資源的開發(fā)還需要做進一步的研究工作。

4 前景廣闊的鋰和稀散資源

青藏高原是中國鹵水型鋰資源的主要分布地區(qū)，西藏扎布耶鹽湖和班戈-杜佳里湖是重要的碳酸鹽型鋰硼鹽湖，柴達木盆地和藏北的扎倉茶卡、鄂雅錯、比洛錯則富含硫酸鹽型鋰硼資源。據測算，以總含量計，僅柴達木盆地的鋰儲量就占世界鹽湖鋰總儲量的1/3，然而中國鹽湖大多含有很高的鎂，對提取鋰的干擾極大，致使現有技術的可實用性很低，因此多年來中國鹽湖鋰產業(yè)發(fā)展進程緩慢。

中國的鋰市場長期以來受著國外公司的控制，隨著1997年智利阿塔卡瑪鹽湖提鋰的成功，其低廉價格對國內外市場沖擊都極大，這間接地促進了國內鹽湖提鋰研究的發(fā)展。目前對鹽湖鋰資源的利用研究主要聚焦于鹵水的鋰鎂分離方法［10］上，工藝路線包括沉淀法、吸附法、萃取法、納濾膜法等，而研究最多的沉淀法又可細分為碳酸鹽沉淀法、鋁酸鹽沉淀法、硼鎂和硼鋰共沉淀法等，吸附法則包括二氧化錳離子篩法回收鋰等技術形式，萃取法主要是指TBP法萃取鹽湖鹵水中的鋰。這些方法的成熟性和經濟性尚需在實際應用中驗證［11］，例如沉淀法和煅燒浸取法的工藝流程還有待于進一步簡化，能耗也需要繼續(xù)降低，高效的離子交換劑和萃取劑則成為下一步離子交換法和溶劑萃取法的研究重點［12］。

西藏扎布耶鹽湖和青海西臺吉乃爾鹽湖［13］分別代表了國內碳酸鹽型和硫酸鹽型兩類鹽湖的提鋰技術路線。2005和2007年，扎布耶鹽湖和西臺吉乃爾鹽湖均建成了各自的碳酸鋰生產線，利用豐富的鹽湖資源研發(fā)、生產碳酸鋰產品，目前已初步形成規(guī)?；a能力。其中，扎布耶鹽湖由西藏礦業(yè)發(fā)展股份有限公司開發(fā)，鹵水為碳酸鹽型，鎂鋰質量比只有0.02，因此鋰資源的開發(fā)相對來說比較簡便，分制鹵和結晶兩步工序。制鹵充分利用當地冬季豐富的冷資源，從鹵水中除去大量芒硝和泡堿，結晶則采用特有的太陽池技術，把太陽能資源用來加熱鋰飽和鹵水，直接得到品位為70%左右的碳酸鋰。西臺吉乃爾鹽湖則由中信國安集團公司開發(fā)，曬制晶間鹵水以析除石鹽、鉀鎂混鹽，酸化提硼以后繼續(xù)蒸發(fā)并制得水氯鎂石和硫酸鋰混鹽，然后煅燒使水氯鎂石脫水為氧化鎂，再利用溶解度的差異通過淡水浸取得到鋰溶液，二次除鎂后加入純堿得到工業(yè)級碳酸鋰。

鹽湖中還含有硼資源和溴、碘、銣、銫等稀散元素資源，但開發(fā)程度較低，尚處于實驗室研究階段。從鹵水中提取硼的方法主要包括浮選法、吸附共沉淀法、離子交換法、酸化沉淀法、分級結晶法及溶劑萃取法等，工業(yè)上常采用酸化法、沉淀法和分級結晶法［13-14］。沉淀法是利用酸將鹵水中的硼轉化為硼酸來提取硼，或用氧化鎂、石灰乳等沉淀劑產生硼酸鹽沉淀。萃取法多是采用1，3-二元醇反應生成中性酯，再利用堿性水溶液分解生成偏硼酸鈉，或是在堿性介質中與二元醇、鄰苯二酚和水楊醇等生成絡合硼酸鹽，或用一元醇以物理溶解法萃取、濃縮制得硼酸。分級結晶法則是利用變溫過程中硼酸及硼酸鹽溶解度變化較大的特點來分離硼。

目前中國鹽湖鋰、硼及稀散資源的開發(fā)表現出產品單一、經濟性不強、開發(fā)過程中環(huán)境保護壓力大等特點［15］，并且很多研究還僅停留在實驗室研究階段，但這些資源的市場前景卻非常廣闊，因此基礎性的研究工作依然顯得很有意義，而開發(fā)經濟、高效、綠色環(huán)保的分離提取技術則將是今后一段時間的工作重點。

5 鹽湖非化學元素資源的開發(fā)

除了鹽湖化學元素資源以外，鹽湖生物資源和水資源也是鹽湖開發(fā)的重要組成部分，例如鹽藻、鹵蟲、嗜鹽菌、嗜堿或嗜鹽堿細菌等就具有很高的經濟價值。20世紀70年代以來，鹽湖生物逐漸在國內引起重視，并開始進行生物學層面的研究。80年代以后，國內開始研究內陸鹽水生物資源的利用，主要的利用形式是以浮游生物開發(fā)魚蝦餌料［16］。更深層次的產業(yè)化嘗試也已經開始，包括鹽藻和鹵蟲的工業(yè)化開發(fā)試驗，未來有望形成以鹽湖、鹽田、鹽藻、鹵蟲為特征的新鹽湖農業(yè)體系。鹽田生物另一個眾所周知的應用是輔助制鹽，在鹽田中鹽藻和菌能在蒸發(fā)池泥土表面形成黏稠的生物墊層，防止鹽田池底滲漏，菌類繁殖可使鹵水著色以增加對太陽輻射的吸收，或通過控制鹵蟲繁殖來抑制對鹽田生產有害的隱桿藻及防止石膏沉積等。

鹽湖發(fā)展過程中另一個不容忽視的問題是水資源的利用和保護。鹽湖工業(yè)的發(fā)展對水的需求很大，這使得在鹽湖資源的開發(fā)過程中，保持鹽湖系統(tǒng)的生態(tài)需水顯得尤為重要。此外，廢水的處理及排放問題也必須考慮，因為生產過程中的二次污染對環(huán)境已經形成了巨大的壓力。有研究表明［17］，干鹽湖只有靠地下水及豐水季節(jié)的地表水補給才能維持鹽水生態(tài)均衡，地表水對鹵水湖的生態(tài)也非常重要，而察爾汗、馬海等干鹽湖與鹵水湖共存的鹽湖區(qū)為了保障鹵水湖不致干涸，也需要穩(wěn)定地補充一定量的地表水。鹽湖地區(qū)的生態(tài)往往是非常脆弱的，只有滿足生態(tài)用水的需求，鹽湖經濟的可持續(xù)發(fā)展才能得以保證。

6 結語

鹽湖是一種綜合性資源，除了礦產、生物和水資源以外，還具有極高的旅游、醫(yī)療、科研價值，因此發(fā)展中的綜合開發(fā)和環(huán)境保護顯得尤為重要。運城鹽湖由于數千年的制鹽和幾十年的芒硝開采，鹽湖鎂離子富集現象明顯，芒硝產品的質量和產量已經開始下降［18］;柴達木的察爾汗鹽湖，近半的鉀資源也已經開始貧化。

鹽湖的綜合利用可以借鑒國外的成功經驗，如美國大鹽湖通過近140 a的礦產、氣候、生物、物理化學和工程技術研究，才建立了世界聞名的鉀鈉鎂和鹵蟲聯合產業(yè)，年總產值已達10億美元［19］。目前國內大多數鹽湖的生產模式正處于轉型期，越來越多的企業(yè)已經注意到原有“高開采，低利用，高排放”的生產模式對生產長期穩(wěn)定性的不良影響，并開始大力研發(fā)下游產品和工藝，延伸產業(yè)鏈，以提高資源的綜合開發(fā)利用水平。國內的決策機構對鹽湖資源綜合利用也極為重視，例如《青海省柴達木循環(huán)經濟試驗區(qū)總體規(guī)劃》就提出要以鹽湖化工為龍頭，通過產業(yè)鏈縱向延伸和橫向拓展，實現鹽湖資源的綜合利用和平衡開發(fā)，促進循環(huán)經濟區(qū)域發(fā)展，計劃到2020年，形成氯化鉀、硫酸鉀鎂肥、純堿、燒堿、金屬鎂等各級產品全面開發(fā)的新格局。

與此同時，研究者的切入點也開始轉向尾礦、貧礦等低品位資源的深度開發(fā)和循環(huán)使用，資源的高效循環(huán)利用已經成為一個專門的研究方向。有報道從技術研發(fā)的角度提出了未來的發(fā)展方向，包括低品位鉀礦的開發(fā)利用、工業(yè)化低成本提鋰、水氯鎂石脫水、工業(yè)硫酸鉀制備、尾液的回收利用技術，以及鉀、硼、鋰、溴、碘、銣的綜合開發(fā)技術等［20］。同時，鹽湖資源的利用不僅要開發(fā)鈉、鉀、鎂等陽離子資源，也要綜合考慮氯、硫酸根等鹽湖大宗陰離子的平衡問題。

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Development history and present status of salt lake resources in China

Cheng Fangqin1，2，Cheng Huaigang2，Cui Xiangmei1
(1．School of Chemical Engineering，Qinghai University，Xining 810016，China;
2．Institute of Resources and Environment Engineering，Shanxi University)

Present status of research and industrialization of salt lake resources in China was expounded.Distribution，development history，technology status，and its problems and solutions of salt lake resources as well as the development direction of R＆D and industrialization were analyzed in detail.Analysis on Chinese research and industrialization showed there is a vast prospect for the development and utilization of salt lake resources.However，the comprehensive utilization must be carefully taken into account.Specifically，more effort should be put into developing the magnesium industry on the basis of present potassium industry，and gradual enhancement in the utilization of lithium，boron and other rare resources should also be considered.Furthermore，it was to be noted that the exploitation of non-chemical resources would be another important part in the development of salt lake industry.

salt lake;resources;comprehensive utilization

TQ13

A

1006-4990(2011)07-0001-04

青海省應用基礎研究計劃項目(2010-Z-708);科技部國際合作項目(S2011ZR0218)。

2011-04-07

程芳琴(1964— )，女，教授，博士生導師，主要從事資源與環(huán)境工程的研究工作。

聯系方式: cfangqin@sxu.edu.cn