達(dá)布遜湖湖水有效利用淺析

劉斌山，劉萬平，張 娟，王羅海，嚴(yán)群雄

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，國家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心， 青海鹽湖資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 格爾木 816000)

1 前言

因達(dá)布遜湖地處礦區(qū)中心地勢(shì)最低洼處，湖水受到河水補(bǔ)給、地下水側(cè)滲補(bǔ)給、人工引湖水補(bǔ)給礦區(qū)、湖面蒸發(fā)等多重因素影響，達(dá)布遜湖湖水水位常年處于波動(dòng)狀態(tài)。具體表現(xiàn)為在枯水季節(jié)，湖水面積縮小，水位降低；在富水季節(jié)因入湖水量增大、而人工引湖水工程斷面有限，不能將湖水大量、快速地引入礦區(qū)溶解固體鉀礦，致使湖水水位升高，水資源未得到有效利用而大量蒸發(fā)浪費(fèi)。同時(shí)為保證生產(chǎn)設(shè)施安全需采取一定的防洪措施，使得安全維護(hù)成本相應(yīng)增加。

目前，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司運(yùn)用“固體鉀礦的浸泡式溶解轉(zhuǎn)化專利技術(shù)”，盤活了公司兩個(gè)礦區(qū)低品位固體鉀礦，鉀肥產(chǎn)量得以大幅度提升。但隨著公司6萬t/a Li2CO3項(xiàng)目開工，制取溶劑所需的老鹵將被用于生產(chǎn)Li2CO3原料。這就意味著隨著6萬t/a Li2CO3項(xiàng)目開工，原先制取鎂溶劑的原料老鹵短期內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。一方面是溶劑制取量受限，而另一方面是湖水蒸發(fā)浪費(fèi)且造成安全隱患。有效利用達(dá)布遜湖湖水已成為礦區(qū)資源開發(fā)的重中之重。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

察爾汗鹽湖是一個(gè)以鉀為主，固液體并存的大型鉀鎂鹽礦床。其中固體礦因品位低厚度薄等特征，不具備直接開采價(jià)值，只能采用水溶法轉(zhuǎn)化成液體礦進(jìn)行開采，無水時(shí)氯化鉀將轉(zhuǎn)化為工業(yè)上暫時(shí)不能利用的固體礦，因此，在礦區(qū)生產(chǎn)中有水才有礦[1]。

察爾汗礦區(qū)位于柴達(dá)木盆地腹地，因地勢(shì)低洼，周邊地表徑流在山前戈壁大量滲漏，補(bǔ)給地下水，構(gòu)成地下徑流，在靠近鹽湖帶，地下水以泉的形式溢出、排泄，在沖積平原河流再次補(bǔ)給地下水，至盆地中心形成達(dá)布遜湖。因此，達(dá)布遜湖便形成了區(qū)域地表水、地下水的匯集、排泄中心。

根據(jù)礦區(qū)多年監(jiān)測(cè)研究可知，達(dá)布遜湖湖水與礦區(qū)晶間鹵水之間存在水力聯(lián)系，具體表現(xiàn)為當(dāng)排入達(dá)布遜湖的河水流量猛增時(shí)，湖泊面積擴(kuò)展，湖水補(bǔ)給晶間鹵水；在枯水季節(jié)，晶間鹵水也補(bǔ)給達(dá)布遜湖水。在2002年大規(guī)模開采后，達(dá)布遜湖已不再是單純的排泄中心，同時(shí)也是補(bǔ)給中心，礦區(qū)地下晶間鹵水水位下降，湖水倒過來向周邊采區(qū)補(bǔ)給，成為重要補(bǔ)給源。達(dá)布遜湖湖水水位2002年～2018年變化見圖1。

圖1 達(dá)布遜湖湖水水位歷年變化曲線圖Fig.1 Curve of water level change over the years in Dabuxun Lake

3 湖水利用現(xiàn)狀

根據(jù)礦區(qū)資源特性及水文地質(zhì)特征，將達(dá)布遜湖湖水資源可分為入湖水量(Q補(bǔ))、側(cè)滲補(bǔ)給量(Q1)、湖水蒸發(fā)量(Q2)、溶劑泵站開采量(Q3)以及湖水通過滲水渠道自流補(bǔ)給量(Q4)。

從4種排泄方式對(duì)礦區(qū)的影響效果看，除天然蒸發(fā)外，其他3種排泄方式均可補(bǔ)給礦區(qū)晶間鹵水，增加礦區(qū)可采儲(chǔ)量。而通過對(duì)近年湖水排泄量統(tǒng)計(jì)可知，天然蒸發(fā)量(Q2)卻歷年占比最高，2018年達(dá)到湖水排泄總量的44%；因此減少湖水蒸發(fā)浪費(fèi)，加大湖水利用前景巨大。

從4種排泄方式的影響因素看，湖水通過地下徑流向礦區(qū)的側(cè)滲補(bǔ)給量(Q1)與湖水通過滲水渠道自流量(Q4)是隨著湖水水位變化而變化；溶劑泵站開采量受其自身規(guī)模限制；天然蒸發(fā)受氣溫、湖水面積等多種因素影響。當(dāng)發(fā)生特大洪水(如圖1中2010年)或其他原因?qū)е潞醇皶r(shí)排出后，湖水水位迅速升高，礦區(qū)生產(chǎn)設(shè)施存在被湖水溶陷的安全隱患。此時(shí)增加溶劑滲補(bǔ)渠道便成為唯一應(yīng)急措施。而當(dāng)湖水水位下降后，新增溶劑滲補(bǔ)渠道便被閑置。達(dá)布遜湖湖水2010年～2018年利用情況統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 達(dá)布遜湖湖水近年利用情況統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of water utilization of Dabuxun Lake in recent years 萬m3

4 湖底沉積礦物特征

5 湖水有效利用措施

5.1 溶解湖底鹽巖，制取合格溶劑

按湖面積200 km2，湖底溶解鹽巖層5 m，制成溶劑濃度20%計(jì)，湖底溶鹽可利用淡水資源50億m3，開發(fā)利用前景巨大。

制取過程中根據(jù)礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及湖底鹽巖分布情況，合理布局溶劑兌制渠道，通過湖水的引水工程和人為的機(jī)械干預(yù)，充分利用溶解湖底鹽層，可提高補(bǔ)給溶劑質(zhì)量。

5.2 新增滲水渠道，實(shí)現(xiàn)湖水“入地”

該次制取合格溶劑的工程規(guī)模為10 000萬m3/a，排出這些溶劑需在礦區(qū)內(nèi)新增滲補(bǔ)渠道，通過渠道側(cè)滲補(bǔ)給，實(shí)現(xiàn)地表水“入地”，在溶劑“入地”過程中溶解經(jīng)流中低品位固體鉀鹽，從而增加礦區(qū)可采資源量。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)目前礦區(qū)地下水水位現(xiàn)狀，礦區(qū)降落漏斗體積足以滿足溶劑滲補(bǔ)要求；制取溶劑通過工程引流至礦區(qū)滲補(bǔ)區(qū)，保證了礦區(qū)生產(chǎn)設(shè)施安全；后端溶解方法采用公司自主研發(fā)的“低品位固體鉀礦浸泡式溶解轉(zhuǎn)化方法”，技術(shù)層面可行。

經(jīng)濟(jì)投入主要包括滲補(bǔ)渠道工程建設(shè)費(fèi)用及跟蹤監(jiān)測(cè)費(fèi)用，按公司內(nèi)部招投標(biāo)預(yù)算計(jì)，該次投入滲補(bǔ)渠道建設(shè)費(fèi)用為376.47萬元。對(duì)滲補(bǔ)區(qū)200 km2范圍內(nèi)布置的5個(gè)鉆孔取樣化驗(yàn)，按2個(gè)樣/孔、1次/月監(jiān)測(cè)，按400元/個(gè)化驗(yàn)費(fèi)用計(jì)算，3 a共計(jì)監(jiān)測(cè)費(fèi)用為14.4萬元。合計(jì)投入390.87萬元。該次溶劑制取規(guī)模為10 000萬m3/a，按鹵水內(nèi)部交易價(jià)4元/m3計(jì)算，則礦區(qū)新增產(chǎn)值40 000萬元。投入產(chǎn)出比為100 ∶1，經(jīng)濟(jì)層面可行。