李積升 ，魏 明

（1.中國科學院青海鹽湖研究所，中國科學院鹽湖資源綜合高效利用重點實驗室，青海西寧810008；2.青海中科鹽湖科技創(chuàng)新有限公司）

中國鹽湖開發(fā)整體規(guī)劃的系統(tǒng)性還很不完善，鹽湖礦產(chǎn)資源的開發(fā)比較粗放、產(chǎn)品單一，不僅造成了資源的浪費，而且生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。通過實施循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略［1］，使鹽湖化工產(chǎn)業(yè)群的建設得到迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的鹽湖資源開發(fā)向新材料產(chǎn)業(yè)過渡，展現(xiàn)了鹽湖特色循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展方向和態(tài)勢。隨著鹽湖資源開發(fā)在廣度和深度上的不斷推進，柴達木地區(qū)發(fā)展鹽湖化工循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的技術(shù)瓶頸日漸突顯。根據(jù)國家戰(zhàn)略需求和對青海省循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的研究，結(jié)合柴達木循環(huán)經(jīng)濟試驗區(qū)實施方案，總結(jié)出柴達木地區(qū)鹽湖資源必須走資源科學規(guī)劃、平衡開發(fā)、循環(huán)利用的可持續(xù)發(fā)展之路［2］；應將創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)與鹽湖化工企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，立足于應用基礎研究，以攻克和創(chuàng)新鹽湖資源綜合利用技術(shù)為目標。柴達木地區(qū)鹽湖化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標：積極推進鹽湖資源的綜合開發(fā)利用，采用先進而成熟的生產(chǎn)工藝，加強低品位固體鉀鹽勘查和開發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)［3］；加強鹽湖鋰資源開發(fā)技術(shù)的提升［4］及其新技術(shù)的開發(fā)，以及鹽湖鎂產(chǎn)業(yè)化開發(fā)中技術(shù)瓶頸的突破與新產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)［5］；大力開發(fā)鎂［6］、鋰［7］、鉀、硼等［8］元素為主的高新技術(shù)產(chǎn)品。

1 鹽湖化工產(chǎn)業(yè)鏈分析

圖1為柴達木地區(qū)鹽湖化工產(chǎn)業(yè)鏈示意圖。為發(fā)展柴達木地區(qū)鹽湖化工的循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)鹽湖資源的綜合利用，需要解決以下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)問題：1）鹽湖難開采低品位固體鉀礦溶解開采技術(shù)；2）固體鉀礦固-液轉(zhuǎn)化技術(shù)；3）鹽湖鹵水補采平衡關(guān)鍵技術(shù)；4）鎂資源高效利用延伸技術(shù)；5）鹽湖稀散元素銣、銫、溴、碘的分離提取技術(shù)；6）鹽湖硼資源分離提取技術(shù)；7）鹽湖鎂、鋰高效分離技術(shù)；8）鹽湖鋰資源開發(fā)及其深加工技術(shù)以及鋰同位素的分離技術(shù)。

圖1 柴達木地區(qū)鹽湖化工產(chǎn)業(yè)鏈示意圖

2 鹽湖化工產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 固體鉀礦浸泡式溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)

對鹽湖晶間鹵水進行大面積范圍內(nèi)的長期動態(tài)觀測與固-液體礦轉(zhuǎn)化研究，將低品位的固體鉀資源轉(zhuǎn)化為易開采的液體鉀資源，可為鹽湖資源的可持續(xù)開發(fā)提供保障。研究開發(fā)低品位難利用固體鉀礦［w（KCl）≤6%］資源的開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)，盤活一部分低品位難利用固體鉀礦資源，建成示范工程，并在柴達木盆地同類鹽湖鉀資源開發(fā)利用過程中推廣，可提高對鹽湖鉀資源的開發(fā)利用水平。

察爾汗鹽湖是中國最大的第四紀內(nèi)陸鉀鹽礦床，固-液鉀鹽礦并存，其中固體鉀鹽資源（2.52億t）約占鉀鹽［9］資源總量的23%以上，但因礦層薄、品位低（KCl質(zhì)量分數(shù)為2%～6%）而難于單獨開采。按最新國家固體鉀鹽勘探規(guī)范要求，固體鉀鹽礦床最低工業(yè)品位（KCl質(zhì)量分數(shù)）要達到8%，最小開采厚度要達到0.5 m以上，顯然察爾汗鹽湖幾乎所有的固體鉀鹽都不能算為可經(jīng)濟利用的鉀鹽礦床。因此，低品位固體鉀礦中鉀的固-液轉(zhuǎn)化技術(shù)以及轉(zhuǎn)化過程的驗證研究是低品位固體鉀礦有效利用過程中亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。察爾汗鹽湖低品位固體鉀礦要實現(xiàn)鉀的固-液轉(zhuǎn)化需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：1）低品位鉀鹽礦區(qū)鉀含量探測及鉀鹽礦物組成研究；2）礦區(qū)溶礦溶劑的配制及水文地質(zhì)參數(shù)測定實驗研究；3）野外低品位鉀鹽礦溶礦過程的地球物理監(jiān)測與研究；4）低品位鉀鹽礦區(qū)注抽水實驗的液-液對比研究；5）低品位鉀鹽礦固-固對比研究。

2.2 固體鉀礦固-液轉(zhuǎn)化技術(shù)

察爾汗鹽湖是中國最大的鉀肥生產(chǎn)基地。地質(zhì)勘查表明，察爾汗鹽湖固體鉀鹽主要分布于淺層的含鹽系地層中，目前固體鉀鹽資源儲量為2.52億t，約占鉀鹽資源總量的23%以上，是比較重要的鉀鹽資源，但是至今都未很好地開采利用。因此，低品位固體鉀礦的固-液轉(zhuǎn)化、溶解和開采利用是鹽湖企業(yè)目前面臨的重要問題。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：1）低品位固體鉀礦富集區(qū)的固-液轉(zhuǎn)化；2）低品位固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化的動態(tài)監(jiān)測。

2.3 鹽湖鹵水補采平衡

察爾汗鹽湖沉積了中國最大的液體鉀鎂鹽礦床，是中國重要的鉀肥生產(chǎn)基地。隨著不斷增加的鉀肥需求和大量淺層鹵水的開采，察爾汗鹽湖不同區(qū)段淺層鹵水水位均呈現(xiàn)持續(xù)下降，淺層鹽層中夾雜的浸染狀鉀石鹽或光鹵石懸空。若引入大量淡水溶礦，雖然會溶解鹽層中賦存的固體鉀鹽，但也會引起鹽層中晶間鹵水的化學品位下降，從而影響鹽田曬礦和鉀肥的生產(chǎn)量；若引入少量淡水溶礦，將達不到鹽層中固體鉀鹽溶解的效果。因此，補采平衡是影響鹽湖固體鉀鹽固-液轉(zhuǎn)化和可持續(xù)開采利用的重要問題。另外，隨著淺層鹵水水位的下降和資源量的枯竭，深層鹵水資源是重要的后續(xù)資源。深層鹵水雖然賦存地質(zhì)條件復雜、鹵水分布不均勻、富水性差，但其是鹽湖企業(yè)今后重點關(guān)注的可持續(xù)資源。地質(zhì)勘查表明，深部鹽層孔隙度雖小，但含水層厚度較大，氯化鉀含量已達到工業(yè)開采品位，是未來鉀肥生產(chǎn)的重要保證。因此，察爾汗鹽湖補采平衡和深層鹵水的研究，可為鹽湖企業(yè)可持續(xù)開采地下鹵水和生產(chǎn)鉀肥提供理論和技術(shù)保障。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：1）鹵水動態(tài)變化監(jiān)測模擬與鉀資源預測；2）深層鹵水資源探測的地球物理新技術(shù)；3）深層鹵水的賦存及開采條件。

2.4 鹽湖鎂資源開發(fā)及深加工技術(shù)

青海鹽湖鎂資源的開發(fā)已經(jīng)展開，但是還沒有形成規(guī)模，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品主要有六水氯化鎂、硫酸鉀鎂肥和氫氧化鎂等初級產(chǎn)品?！笆濉逼陂g，仍要繼續(xù)重點研究脫水氯化鎂生產(chǎn)技術(shù)和無水氯化鎂電解生產(chǎn)金屬鎂技術(shù)，實現(xiàn)直接由水氯鎂石生產(chǎn)金屬鎂的工藝突破；利用鹽湖鹵水開發(fā)出高效的氫氧化鎂阻燃劑。另外，中國在鎂砂方面的生產(chǎn)技術(shù)較為落后，主要由礦石煅燒制得，產(chǎn)品為低品位的鎂砂，因此應優(yōu)化出高純鎂砂產(chǎn)業(yè)化［10-11］的生產(chǎn)方法。以下是鹽湖鎂資源開發(fā)和深加工技術(shù)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1）鹽湖水氯鎂石直接熱解熔融制備高純鎂砂的基礎研究。針對中國鹽湖及鹽類資源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的大量水氯鎂石資源浪費、冶金鎂砂生產(chǎn)中大量CO2排放以及產(chǎn)品質(zhì)量低下等問題，開展水氯鎂石直接熱解高溫熔融制備高純鎂砂的基礎和工程化技術(shù)研究，實現(xiàn)鎂資源的高效綜合利用、污染物無害化循環(huán)使用，達到節(jié)能減排和降耗的目的。

2）金屬鎂電解高效節(jié)能技術(shù)與裝置開發(fā)。①研究水氯鎂石凈化、脫水技術(shù)與裝置，有效脫除硫、硼、鐵等對熔鹽電解有害的雜質(zhì)元素，獲得滿足電解要求的高純度無水氯化鎂生產(chǎn)技術(shù)與裝置；②研究鎂電解專用大尺寸、低電阻、長壽命石墨陽極配方與制備技術(shù)［12］，開展以石墨化催化為核心的高品質(zhì)陽極石墨制備理論基礎研究，獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的低電阻石墨制備技術(shù)，建立完整的具有工業(yè)化規(guī)模的鎂電解陽極石墨制備技術(shù)與裝置；③開展以鹽湖水氯鎂石為原料的高純鎂砂制備技術(shù)與裝置研究，獲得高效率、低能耗、短流程的高純、高密度電熔鎂砂制備技術(shù)與裝備，為鎂電解槽提供優(yōu)質(zhì)的長壽命耐腐蝕的耐火材料，大幅度提高鎂電解槽壽命。

3）鹽湖水氯鎂石制備高純超細氧化鎂納米粒子。高純氧化鎂用途廣泛和附加值高，是制備系列特種氧化鎂的中間體，研究開發(fā)低成本生產(chǎn)工藝備受人們關(guān)注。以鹽湖提鉀后的水氯鎂石為原料，采用均相沉淀法首先制備高品質(zhì)的超細堿式碳酸鎂粉體，然后再通過煅燒法將堿式碳酸鎂轉(zhuǎn)變成高純、超細氧化鎂納米粉體。通過研究原料配比、陳化時間、反應溫度、干燥時間等關(guān)鍵工藝條件對均相沉淀法制備堿式碳酸鎂的影響進行制備條件優(yōu)化。

2.5 鹽湖稀有元素分離提取工藝技術(shù)

受重鉀鋰輕綜合利用和重眼前經(jīng)濟效益的影響，銣、銫［13］這類高價值稀散元素資源的利用，尚未引起相關(guān)企業(yè)和政府部門的足夠重視，這一領域的研究開發(fā)工作也非常有限。因此，加快進行銣、銫、溴、碘等稀散的礦產(chǎn)資源的地球化學行為及開發(fā)利用技術(shù)研究［14］，是鹽湖多元素綜合利用研究的主攻方向。

鹵水提取鋰、銣等［15］資源的過程復雜（如：銣主要以伴生礦存在，常與其他堿金屬元素共生，增加了提取難度），往往造成資源開發(fā)的經(jīng)濟性較低。只有通過完善工藝技術(shù)，提高資源利用的經(jīng)濟性，實現(xiàn)鋰、硼等資源的協(xié)同利用，才能真正實現(xiàn)青海鹽湖資源多元素的深度綜合開發(fā)利用。銣、銫等［16］高價值稀散元素高效分離提取技術(shù)需要進行中試研究。

2.6 鹽湖硼資源分離提取技術(shù)

硼及其化合物在許多行業(yè)有著極為廣泛的用途。目前鹽湖硼礦資源開發(fā)主要集中在大柴旦湖，但僅開采湖底固體硼礦生產(chǎn)硼化合物初級產(chǎn)品——硼酸和硼土礦。經(jīng)過50多年的開采，現(xiàn)已面臨礦源不足的問題，亟需開發(fā)出低品位固體硼礦開采的工藝技術(shù)。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題：1）鹵水中硼的存在對其他元素分離提取的影響；2）富硼鹽湖鹵水綜合利用不同階段鹵水中硼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化與含硼鹵水中不同種類硼的鹽礦物析出過程控制；3）鹽湖沉積固體硼礦高值化利用過程關(guān)鍵技術(shù)。

2.7 鹽湖鋰資源開發(fā)及深加工技術(shù)

1）吸附法提鋰主體設備吸附塔結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化。青海鹽湖集團佛照藍科鋰業(yè)股份有限公司采用吸附法鹵水提鋰技術(shù)生產(chǎn)高純碳酸鋰，其主體設備——吸附塔存在塔效率低等問題，成為制約產(chǎn)品碳酸鋰產(chǎn)率提高的主要因素之一。鑒于塔效率有很大的提升空間，研究吸附塔結(jié)構(gòu)對吸附過程的影響機理，分析影響塔效率的主要因素；研究氯化鋰含量和塔結(jié)構(gòu)對吸附塔效率的影響，根據(jù)氯化鋰含量對塔結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和優(yōu)化設計，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化，達到塔效率顯著提高的目的，最終提高產(chǎn)品碳酸鋰的產(chǎn)率。

2）萃取法提鋰耐腐蝕主體設備需求。對整套萃取工藝技術(shù)工程化研究不夠充分，設備選型欠合理。國產(chǎn)離心機技術(shù)需提高，最大問題是腐蝕性，還有離心機同心同軸轉(zhuǎn)動、過飽和鹵水易結(jié)鹽、上下受力不均勻、設備松動、關(guān)鍵部件為純鈦、不耐酸等。萃取法提鋰后鹽酸尾液回收利用的工藝開發(fā)，以及環(huán)保問題的解決。沉淀碳酸鋰后的沉鋰母液［17］仍含有1.5～2.0 g/L 的 Li+和 40～60 g/L 的 Na+，該母液為堿性碳酸鹽及氯化物體系，鋰回收難度大、能耗高，直接排放又導致資源的極大浪費。

3）電滲析膜法提鋰耐腐蝕主體設備需求。電滲析法提鋰工藝已經(jīng)比較成熟，需要解決的技術(shù)問題較少，主要關(guān)注以下幾方面的技術(shù)需求：①碳酸鋰中Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-含量的高低對電池級碳酸鋰性能的影響及除雜工藝的開發(fā)；②將國產(chǎn)膜應用于鹽湖企業(yè)，同時降低國產(chǎn)膜的成本，需求膜生產(chǎn)企業(yè)與鹽湖企業(yè)合作；③解決高鎂鋰比鹽湖鹵水鎂鋰分離步驟中鋰收率較低的問題，一次鋰收率提高到90%以上。

4）煅燒浸取法提鋰耐腐蝕設備需求。該技術(shù)以含鋰水氯鎂石和鹵水為原料，蒸發(fā)去除水，得到含鋰四水氯化鎂，采用噴霧干燥、煅燒得到含鋰氧化鎂，加水洗滌，浸取鋰，最后加入純堿沉淀出碳酸鋰。該工藝的關(guān)鍵技術(shù)需求在于蒸發(fā)水量大、工藝程序多、能耗高、煅燒過程中有大量的氯化氫氣體產(chǎn)生對設備腐蝕嚴重，對周邊環(huán)境影響大。

2.8 鋰同位素的分離技術(shù)

鋰在自然界中存在兩種穩(wěn)定的同位素6Li和7Li，其豐度［18］分別為 7.53%和 92.47%，這兩種鋰同位素具有不同的核性質(zhì)，但在核能工業(yè)中都起著重要作用。鋰雖是金屬元素中最輕的一個，且6Li和7Li間相對質(zhì)量差較大，但分離卻較困難。主要原因：第一，鋰有機化合物或絡合物數(shù)目較少，6Li和7Li僅僅相差一個中子的原因使得鋰同位素分離難度極大［19］；第二，鋰只有零價和正一價兩個價態(tài)，利用變價來提高單級分離系數(shù)的適用性較??；第三，Li＋具有很高的水合能，利用異相間水合數(shù)的差別來增加同位素效應較困難。鋰同位素分離常見的方法［20］有鋰汞齊法、萃取法、離子交換色層法、分級結(jié)晶和分級沉淀法、分子蒸餾法、熔鹽電解法、激光法、電磁法等。目前用于工業(yè)生產(chǎn)6Li的方法只有鋰汞齊法，但該法需大量使用金屬汞，受汞量不足的限制而難以大規(guī)模提高生產(chǎn)能力。萃取法是目前最有前景的方法之一，由于鋰離子有很大的水合自由能，它與普通有機溶劑的絡合作用很弱。冠醚對鋰同位素有良好的分離效應，離子液體的使用可使冠醚體系的萃取分離效率提高。以特殊冠醚作為萃取劑，以離子液體作為稀釋劑和協(xié)萃劑，該體系可有效分離6Li和7Li。鋰同位素分離產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)問題：1）萃取效率低，目前較好的體系分離系數(shù)最好也只有1.04，萃取法分離鋰同位素達到可使用的豐度需要經(jīng)過幾百級甚至上千級；2）受雜質(zhì)影響，萃取過程容易形成三相；3）萃取劑即有機溶劑在多級過程中的溶損量大。

3 結(jié)論

在柴達木地區(qū)鹽湖化工產(chǎn)業(yè)是特色優(yōu)勢支柱產(chǎn)業(yè)，特點是資源富集、開發(fā)規(guī)模、綜合利用達到國際先進水平。在鹽湖提取鉀方面，擁有世界領先的自主知識產(chǎn)權(quán)，同時也需要擴大固體鉀礦溶解開采關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)；在鹽湖提鋰方面，成功自主研發(fā)了高鎂鋰比提鋰技術(shù)；在鎂資源高效綜合開發(fā)利用方面，重點突破了鹽湖鎂鹽脫水和提鎂全套技術(shù)，成功突破了氫氧化鎂生產(chǎn)技術(shù)；鹽湖鉀、鎂、鋰、硼等資源及其下游精深產(chǎn)品開發(fā)形成了合理的生產(chǎn)規(guī)模，關(guān)鍵領域科技攻關(guān)取得重大突破，科技支撐和自主創(chuàng)新能力顯著增強，循環(huán)經(jīng)濟效益逐步顯現(xiàn)。但是，還應逐步壯大硼化工產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展鍶鹽產(chǎn)業(yè)，不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈；應加大對銣、銫等元素開發(fā)利用的研發(fā)力度，以及對油田水、水溶氣的勘探和開發(fā)利用，促進早日形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

鹽湖資源開發(fā)必須走科學規(guī)劃、平衡開發(fā)、循環(huán)利用的可持續(xù)發(fā)展之路，將創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)與鹽湖化工企業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，以攻克和創(chuàng)新鹽湖資源綜合利用技術(shù)為目標，與礦產(chǎn)資源開發(fā)、新材料生產(chǎn)相聯(lián)系，完善青海省循環(huán)經(jīng)濟工業(yè)鏈，促進青海省經(jīng)濟健康、快速發(fā)展。應進一步鞏固和增強柴達木地區(qū)鹽湖化工產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢地位，全面構(gòu)建起結(jié)構(gòu)合理、優(yōu)勢突出、集約利用、鏈條完整的現(xiàn)代鹽湖化工產(chǎn)業(yè)體系，使其發(fā)展水平和創(chuàng)新能力達到國際先進水平，建成在全球有影響力的鹽湖化工生產(chǎn)基地。