察爾汗鹽湖鉀礦資源利用探討

陳文祥，張 強(qiáng)，趙小剛，李雪芹

(青海鹽湖工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，青海 格爾木 816000)

1 資源需求量

我國鉀鹽資源短缺，分布不均衡。目前國內(nèi)鉀肥產(chǎn)能約1 000萬t，其中青海省鉀肥產(chǎn)能約600萬t，占全國總產(chǎn)能的60%左右，鉀肥對外依存度長期維持在50%～60%左右的水平，每年需進(jìn)口 600萬t～700萬t左右的鉀肥。

2 資源儲量及開采模式

2.1 資源儲量及分布

察爾汗鹽湖根據(jù)資源儲量估算結(jié)果[3-5]，截至2020年底，依據(jù)上報自然資源管理部門儲量年報資源消耗核減數(shù)據(jù)(見表1)，截至2020-12-31，礦區(qū)保有KCl資源量為36 708.76萬t(包含低品位固體鉀礦12 343.82萬t)。全礦區(qū)20 m以淺KCl保有資源量為29 865.87萬t。西采區(qū)5 m以淺KCl保有資源量為1 674.60萬t，其中固體鉀資源為1 048.43萬t，占5 m以淺鉀資源62.61%；中采區(qū)5 m以淺KCl保有資源量為1 427.27萬t，其中固體鉀資源為1 093.48萬t，占5 m以淺鉀資源76.61%；東采區(qū)20 m以淺KCl保有資源量為2 137.70萬t，其中固體鉀資源為1 452.23萬t，占20 m以淺鉀資源67.93%。

表1 礦區(qū)埋深20 m以淺可采KCl儲量儲量估算表Tab.1 Estimation of recoverable KCl reserves in the mining area with a buried depth of more than 20 m 萬t

2.2 資源開采能力

察爾汗鹽湖鉀資源主要是以晶間鹵水的形式賦存于鹽湖礦層中，即地下水就是礦，有水才有礦，無水時鹵水資源將轉(zhuǎn)化為暫不能直接利用的固體礦。低品位固體鉀礦的浸泡式溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)，利用淡水和老鹵混合制取溶劑來溶解礦區(qū)低品位固體鉀礦，實現(xiàn)固體鉀礦的溶解開采，開采方式采用井渠結(jié)合的采鹵方式，現(xiàn)階段仍以渠采為主、井采為輔，新增采區(qū)以井采為主，鋰、鉀兼顧，綜合開采，根據(jù)現(xiàn)有的采鹵設(shè)施工程估算，采區(qū)最大采鹵量約為54 102萬m3。

3 資源利用現(xiàn)狀及問題分析

3.1 固液轉(zhuǎn)化率

多年來鉀礦溶解轉(zhuǎn)化開采的強(qiáng)烈影響，一是老鹵溶劑不足，致使部分淡水進(jìn)入礦區(qū)溶解鹽巖骨架，二是部分層段固體鉀礦溶解完畢，溶劑不能有效調(diào)配，溶解效果沒有達(dá)到預(yù)期，沒有溶劑在稀釋作用，氯化鉀、氯化鎂含量降低23%(KCl由1.95%下降至1.50%左右，MgCl2由18%降低到15%)，氯化鈉含量升高近上升38%(由6.4%升高到8.9%)，這就意味鎂含量的降低，距離光鹵石點(diǎn)25%氯化鎂含量越大，生產(chǎn)同樣數(shù)量的光鹵石點(diǎn)鹵水需要的灘曬周期延長，導(dǎo)致鹽田滲漏加大、鈉鹽池面積也將成倍增加，采區(qū)受地理條件制約，已無地方新建鈉鹽池。二是隨著采區(qū)固體鉀礦溶解 轉(zhuǎn)化工程長時間的運(yùn)行，使固液轉(zhuǎn)化區(qū)域內(nèi)地層中固體鉀礦品位降低(圖1、圖2、圖3)，同時采鹵強(qiáng)度增加、溶劑補(bǔ)給范圍擴(kuò)大，降低了溶劑轉(zhuǎn)化選擇性，縮短固體鉀礦溶解時間、降低轉(zhuǎn)化效率等多重因素，導(dǎo)致采出鹵水中KCl含量逐年下降，采區(qū)歷年開采鹵水主要組分見表2，各組分變化情況詳見圖4、圖5、圖6、圖7。

圖1 西采區(qū)歷年鹵水氯化鉀含量(%)變化分布圖Fig.1 Distribution map of KCl content of brine in West mining area over the years

圖2 中采區(qū)歷年鹵水氯化鉀含量(%)分布圖 Fig.2 Distribution map of KCl content of brine in central mining area over the years

圖3 東采區(qū)歷年鹵水氯化鉀含量(%)分布圖Fig.3 Distribution map of KCl content of brine in east mining area over the years

表2 察爾汗鹽湖2017年～2021年采區(qū)鹵質(zhì)統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table of halogen in mining area of Chaerhan Salt Lake from 2017 to 2021

圖4 原鹵組分比重曲線圖Fig.4 Specific gravity curve of raw halogen component

圖5 原鹵組分氯化鉀含量曲線圖Fig.5 Curve of KCl content of raw halogen component

圖6 原鹵組分氯化鈉含量曲線圖Fig.6 Curve of NaCl content of raw halogen component

圖7 原鹵組分氯化鎂含量曲線圖Fig.7 Curve of MgCl2 content of raw halogen component

3.2 鹽田生產(chǎn)率

青海鹽湖工業(yè)集團(tuán)股份公司現(xiàn)有鈉鹽池面積為 174 km2，光鹵石池面積為 146 km2，年曬制約4 660萬t光鹵石礦(KCl 18%)。2014年～2016年，隨著新增百萬噸及挖潛擴(kuò)能改造工程的實施，部分鈉鹽池及調(diào)節(jié)池被迫改造成光鹵石池，面積約25 km2，由于未對底部高鈉鹽(50 cm～60 cm)進(jìn)行清理且未按設(shè)計進(jìn)行平整，直接在高鈉鹽層上曬制光鹵石礦，一是導(dǎo)致采船經(jīng)常將底層高鈉鹽與上層優(yōu)質(zhì)光鹵石礦(約20 cm～30 cm)的混合物一并打入加工車間，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)光鹵石礦的貧化(表3)，造成后系統(tǒng)加工車間生產(chǎn)工藝波動較大，影響鉀肥質(zhì)量與產(chǎn)量。二是導(dǎo)致改造鹽田易形成大顆粒光鹵石礦，造成加工系統(tǒng)無法全部分解，從而引起鉀資源的浪費(fèi)。根據(jù)改造光鹵石池礦的篩分?jǐn)?shù)據(jù)可知(表4)，現(xiàn)反浮選冷—冷結(jié)晶工藝浮選機(jī)進(jìn)料固相d>0.4 mm時，質(zhì)量百分含量占到96.80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于浮選機(jī)設(shè)計參數(shù)[6](質(zhì)量百分含量65.4%)的31.40%，而改造鹽田年生產(chǎn)約882萬t光鹵石礦，其中約277萬t的大顆粒礦無法直接生產(chǎn)利用排入尾鹽池。

表3 采船混合后的統(tǒng)計表Tab.3 Statistical table of dredger mixing

表4 改造光鹵石池礦質(zhì)量及粒徑統(tǒng)計表Tab.4 Statistical table of quality and particle size of reconstructed carnallite pool

3.4 尾液利用率

在反浮選—冷結(jié)晶加工系統(tǒng)生產(chǎn)KCl工藝中(產(chǎn)能400萬t)，尾液分為高鉀母液和高鈉母液。高鉀母液為原礦濃密機(jī)溢流、低鈉帶機(jī)濾液、結(jié)晶器溢流、粗鉀濃密機(jī)溢流、精鉀濃密機(jī)溢流，高鈉母液為浮選尾鹽、低鈉濃密機(jī)溢流。由于未對高鉀母液與高鈉母液未進(jìn)行分離，混合后直接進(jìn)入了尾鹽池，導(dǎo)致兩種母液在尾鹽池沉淀及成礦混合后礦質(zhì)的貧化，應(yīng)將各工序的母液進(jìn)行分類回收，將尾鹽池分為高鉀母液回收池、高鈉母液回收池，高鉀母液和高鈉母液分別排至高鉀母液回收池和高鈉母液尾鹽池。高鈉母液在回收池預(yù)曬、沉淀鹽泡沫后，清液排入光鹵石池進(jìn)行曬礦，沉淀后的高鈉尾鹽礦定期清理至尾鹽礦山封存(見表5)；高鉀母液在回收池進(jìn)行預(yù)曬、成礦后清液排入光鹵石池進(jìn)行曬礦，尾鹽池生成的高鉀礦(見表5)清理拉運(yùn)后用于加工車間二次回收利用，以利整體鉀資源的綜合利用。

表5 尾鹽池高鈉礦與高鉀礦統(tǒng)計表Tab.5 Statistics of high sodium and high potassium ores in tail salt pond

4 資源開發(fā)與水資源及環(huán)境的之間的矛盾

4.1 資源開發(fā)與水資源

2002年公司委托青海省水利水電勘測設(shè)計研究院編制了礦區(qū)采補(bǔ)平衡引水工程規(guī)劃，省水利廳批復(fù)的引水量為1.77億m3，使別勒灘采區(qū)固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化有了保證，公司鉀肥產(chǎn)量達(dá)到500萬t/a，其中60%的礦源通過礦區(qū)低品位固體鉀礦的溶解轉(zhuǎn)化獲得，至少需補(bǔ)給溶劑2.1億m3，考慮到蒸發(fā)和滲漏損失，實際需要淡水量約3億m3。因此，采區(qū)固液轉(zhuǎn)化基本上無法正常運(yùn)行，采補(bǔ)矛盾突出。

2017年～2019年由于那那林格勒河引水樞紐損壞，無法正常引水，加之環(huán)保督察的影響，2020年水利廳對河引水量重新核批，并將引水批復(fù)為生態(tài)用水，年引水量約6 000萬m3，實到礦區(qū)水量不足2000萬m3，正常生產(chǎn)周期基本引不到水，因此，作為主力采區(qū)的西采區(qū)固液轉(zhuǎn)化基本上無法正常運(yùn)行，采補(bǔ)矛盾突出。

4.2 礦區(qū)資源開發(fā)與礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間存在的矛盾

澀聶湖為別勒灘采區(qū)固液轉(zhuǎn)化溶劑調(diào)劑中心，同時烏圖美仁河引水又批復(fù)為生態(tài)用水，西采區(qū)固液轉(zhuǎn)化生產(chǎn)用淡水不能擠占生態(tài)用水，水利部門整改要求公司恢復(fù)澀聶湖湖水面積80 km2(現(xiàn)湖水面積20 km2)，因此，西采區(qū)正常開采受到制約，目前政府相關(guān)部門正在監(jiān)管；東達(dá)布遜湖由于格爾木西河水直接流入，造成湖面由原來160 km2擴(kuò)大到了370 km2，造成中、東采區(qū)部分渠道設(shè)施造成破壞，部分采鹵設(shè)施停產(chǎn)，防洪壓力巨大。因此，水資源開發(fā)利用東、西采區(qū)不平衡的突出矛盾。

4.3 資源開發(fā)規(guī)模過大與可持續(xù)開發(fā)方面的問題

鉀肥產(chǎn)能不宜擴(kuò)大，如增加產(chǎn)能，需加深采鹵渠深度的措施來提升采區(qū)原鹵產(chǎn)量和質(zhì)量的做法，使得礦山晶間鹵水水位急劇下降，開采成本增加，上層固體鉀礦將無法利用，礦山的服務(wù)年限大打折扣，無法實現(xiàn)可持續(xù)開采。

5 結(jié)論及建議

1)鹽湖資源作為一種可耗竭的礦產(chǎn)資源，在開采過程中隨著固轉(zhuǎn)液的增加，地下鹵水量與質(zhì)的下降是必然的，也就是鹵水水位下降和品質(zhì)下降是資源開采的必然結(jié)果之一，但不同于其它地區(qū)，鹵水水位下降并不會帶來嚴(yán)重的生態(tài)后果。

2)近期需新增大顆粒光鹵石磨礦工藝，使大顆粒光鹵石破碎后進(jìn)入浮選工序進(jìn)行回收；遠(yuǎn)期需為改造鹽田逐年逐個修筑鈉鹽池板[7]，同時在修筑池板過程中加入0.06%錳元素，以提升池板強(qiáng)度。

3)高鈉母液池沉積的尾鹽礦與高鉀母液池的兌鹵高鉀礦分別成礦，實現(xiàn)尾礦的精準(zhǔn)分離，避免了高鉀礦與貧礦混合后造成的貧化，高鉀母液池析出的優(yōu)質(zhì)礦也為加工廠補(bǔ)充了原礦礦源，提高了鉀資源回收率。

4) 確定礦區(qū)“以水定產(chǎn)”格局，通過和水利管理部門溝通東水西調(diào)事宜，將達(dá)布遜多余水量引至西采區(qū)澀聶湖以解決水資源不平衡的突出矛盾，同時促進(jìn)各鉀肥生產(chǎn)單位向節(jié)水型方向轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)洪水的監(jiān)測和洪水資源化利用研究，積極推進(jìn)增補(bǔ)技術(shù)和流域的水資源優(yōu)化配置，加大企業(yè)節(jié)水工作力度，努力提高工藝用水重復(fù)利用率。

5)做好鹽湖資源的保護(hù)性開發(fā)。加強(qiáng)對鹽湖資源勘察、開發(fā)、利用的統(tǒng)一規(guī)劃，科學(xué)規(guī)劃鹽湖資源開發(fā)方案、開發(fā)規(guī)模和開發(fā)時序， 嚴(yán)格控制鉀鹽戰(zhàn)略性資源開采總量，根據(jù)市場需求和資源情況，明確年度開采計劃，必須堅持合理布局、分區(qū)開采、綜合利用，實現(xiàn)鹽湖資源平衡開采、綜合利用和可持續(xù)發(fā)展。