李倩

【摘 要】本文介紹了我國淡化后濃海水的資源現(xiàn)狀，重點闡述了濃海水提取鉀、溴、鎂等常量元素和鋰、鈾、銣、銫等微量元素的方法以及濃海水綜合利用技術(shù)進展。

【關(guān)鍵詞】濃海水；資源化利用；零排放

1 我國海水淡化濃海水資源現(xiàn)狀

近年來，海水淡化技術(shù)迅速發(fā)展，可有效解決水資源危機。目前我國已引進多種海水淡化技術(shù)，主要包括以多級閃蒸（MSF）和低溫多效（MED）為主的熱法淡化工藝和以反滲透（RO）為主的膜法淡化工藝[1]，其中反滲透技術(shù)和低溫多效技術(shù)占全國海水淡化工程技術(shù)的99%以上（圖1）。

海水淡化技術(shù)普遍存在淡水回收率較低的問題，熱法海水淡化和膜法海水淡化的回收率分別為15%～50%和30%～40%，其余大部分濃海水被直接排回大海[2]。濃海水中含有大量鈉、鉀、溴、鎂和鋰等寶貴的化學資源，從濃海水中提取化學資源，既可避免對環(huán)境的污染，又能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。

2 濃海水中提取常量元素

濃海水提鉀技術(shù)主要包括化學沉淀法、溶劑萃取法、膜分離法、離子交換法等。袁俊生等[3]研制出“改性沸石鉀離子篩”核心技術(shù)并投入產(chǎn)業(yè)化，改性沸石對海水鉀的富集率達200倍，鉀肥質(zhì)量達進口優(yōu)質(zhì)鉀肥標準。張家凱等[4]開展了以天然沸石為富集劑的離子交換法海水提鉀技術(shù)研究，在提取氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等高附加值產(chǎn)品時取得一定進展。

水蒸汽蒸餾法和空氣吹出法是目前海水提溴的主要方法，已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但仍存在生產(chǎn)成本過高和運行難以控制等缺點，因此研究學者將目光投入開發(fā)高效節(jié)能的提溴方法。近年來國內(nèi)外相繼提出“聚乙烯管式膜法”、“沸石吸附法”、“表面活性劑泡沫解吸法”、“離子交換吸附法”、“液膜法”、“氣態(tài)膜法”等新型提溴方法[5-6]。吳丹等[7]設計了鼓氣膜吸收法海水提溴過程，溴的提取率達90%以上。汪華明等[8]采用乳狀液膜法開展了濃海水提溴實驗研究，溴的提取率可達99.4%，顯示出較好的發(fā)展前景。

濃海水中鎂含量豐富，主要以氯化鎂和硫酸鎂為主。傳統(tǒng)工藝獲得鎂鹽以氯化鎂為主，兼產(chǎn)一部分硫酸鎂，這類產(chǎn)品附加值低，經(jīng)濟效益差。氫氧化鎂化工方面作用突出，又是生產(chǎn)氧化鎂、金屬鎂以及其他鎂鹽等精細化工品的基本原料，開發(fā)利用前景廣闊。馬敬環(huán)等[9]利用RO副產(chǎn)濃海水去除Ca2+后，采用氫氧化鈉沉淀法和陶瓷膜洗滌分離相結(jié)合的方式制備高純納米級氫氧化鎂，得到產(chǎn)品質(zhì)量指標遠優(yōu)于氫氧化鎂的化工行業(yè)標準。針對濃海水提鎂過程中Ca2+的干擾，衣麗霞等[10]采用碳酸鈉法對濃海水制備高純氫氧化鎂的鈣雜質(zhì)進行預處理，可達到80%以上的去除率。

3 濃海水中提取微量元素

鋰及其化合物是重要的能源和核工業(yè)原材料，可用于生產(chǎn)鋰離子電池和用于核聚變發(fā)電。目前，世界上商品鋰主要產(chǎn)地是南美洲的巴西和智利，一些貧鋰國家，例如日本和韓國，相繼開展了從海水中提取鋰的研究工作。目前，從濃海水中提取鋰主要分為溶劑萃取法和吸附法，包括應用無定型氫氧化物吸附劑、層狀吸附劑、復合銻酸型吸附劑、離子篩型氧化物吸附劑等[11]。我國對從濃海水中提取鋰元素的研究主要集中在鋰離子篩前驅(qū)體的制備及其性能研究，例如，Li4Mn5O12等[12]。

隨著我國核能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對鈾資源的需求量不斷增大。陸礦鈾資源儲量已不能滿足產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的需求，因此，海水提鈾極具發(fā)展?jié)摿ΑＳ亲钤玳_展海水提鈾的國家，美國、日本等國家在此方面的研究水平最高。我國也在20世紀70年代開展海水提鈾相關(guān)研究工作，相繼研發(fā)出數(shù)種吸附劑。王君等在模擬海水的實驗條件下，研發(fā)的吸附劑對鈾酰離子的吸附容量高達3mg/g，其研究成果使從海水中提取鈾向經(jīng)濟化時代邁出重要一步，并引發(fā)國際關(guān)注。

銣、銫在現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)中卻扮演著重要的角色。銣和銫的原子很容易失去價電子，即使是可見光的微弱能量都可將其原子電離，因此它們是制造真空管和光電管的重要要材料，銫可以作為燃料，用于熱離子發(fā)電和磁流體發(fā)電。目前，銣、銫的獲得主要提取自陸礦的鋰云母和銫榴石，對于銣、銫含量低的液體礦，如海水和鹽湖鹵水也是目前國際上研究的熱點，一般采取吸附法和萃取法。

4 濃海水資源綜合利用工藝耦合

基于以上濃海水化學資源單項提取技術(shù)，國內(nèi)外學者不斷優(yōu)化濃海水利用中各元素的提取順序及品種，研究各元素提取工藝接口條件，優(yōu)化并集成濃海水提鎂、溴、鉀等技術(shù)，開展?jié)夂ＫC合利用新工藝。張家凱等[4]在傳統(tǒng)的海水綜合利用基礎(chǔ)上，提出濃海水綜合利用新工藝流程，并建立了30m3/d濃海水綜合利用全流程新工藝實驗裝置。裝置不僅有手動操作系統(tǒng)，還設置了計算機監(jiān)控系統(tǒng)（DCS），實現(xiàn)計算機對整個工藝過程中每個溫度、壓力、流量、密度等控制和測量點進行隨時監(jiān)控和數(shù)據(jù)的記錄。濃海水的資源化利用，不僅可以獲得良好的經(jīng)濟收益，更能保護海洋環(huán)境，其前景十分廣闊。

【參考文獻】

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[11]袁俊生，紀志永.海水提鋰研究進展[J].海湖鹽與化工，2012，32（5）：29-33.

[12]許惠，宋英華，陳昌國.鋰離子篩前驅(qū)體Li4Mn5O12的制備及性能研究[J].無機材料學報，2013，28（7）：720-727.

[責任編輯：楊玉潔]