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第 1 5 卷第 4 期 2 0 0 0年 8月 地球科学进展 ADVANCE I N EARTH S C I ENCE S V0 1 ． 1 5 No ． 4 Au g ． ． 2 0 0 0 中国盐湖资源的开发利用与科技 问题 { 6 厂 ； v y 马培华 中国科学院青海盐湖研 究所， 青海西宁8 1 0 0 0 8 1 、 z l ／ 卵／ f 摘要 我国青海、 西藏、 新疆、 内蒙古等西部地区盐湖分布广泛， 盐湖中蕴藏着丰富的钾、 镁 、 钽 、 期 等盐类资源， 潜在经济价值极大。开发利用这些资源对于西部地区经济发展、 社会稳定和满足 国家 对钾、 锂 、 镁 、 硼等的需求具有重要的现实意义。要认真考虑西部地区自然生态条件的胞弱性， 一定 要本着可持续发展原则搞好 盐湖资源开发。 在发展盐湖钾肥工业的同时． 要高度重视和解决共生资 源 的 综 合 利 用 。 介绍了我 国盐湖资源现状， 分析了国民经济发展对盐湖资源的需求情况， 讨论了制约盐湖资源 开发利用的重 大科技 问题。 在介绍国内外盐湖科技发展现状与趋势的基础上， 提 出了盐湖资源综合 利 用的基本 思路 、 科技 发展 目标 ． 双爰技 术示范基 地建设 、 支撑条件等 方 面的建议 与政策措 施 。 指 出 现阶段盐湖资源开发利用的主要 力量应放在 占我 国总钾资源 9 7 的柴迭本盆地， 通过加强盐湖资 泺开发科技攻关和加快产业化进程 ， 解决制约盐湖钾 、 钽、 镁、 硼等资源的综合利用问题 ， 加快盐湖 资源综合利用工程示范基地的建设 ， 在此基础上建设综告利用钾 、 钽、 镁、 硼等资源的现代化企业， 为可持续开发西部资源做贡献 关键词 盐湖资源； 综合利用； 钽 { 镁 ； 钾肥 中囤分类号 P 9 6 8 { P 6 1 9 ． 2 1 l 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 8 1 6 6 2 0 0 0 0 4 0 3 6 5 1 1 1 我国的盐湖资源及 国民经济发展对 盐湖资源需求分析 中国是世界上少数现代盐湖发育的国家之一， 盐湖无机盐资源十分丰富。 我国盐湖 以数量多、 类型 全、 资源丰富、 富含稀有元素而著称于世， 氯化物型、 硫酸盐型和碳酸盐型盐湖在我国均有分布 。 青海、 新 疆 、 西藏和内蒙古等省区是我国盐湖的主要分布区， 面积大于 1 k m 的盐湖有 7 3 1个。在这些盐湖中． 钾 、 锂、 硼、 镁和钠的盐类液、 固矿储量十分巨大 特 别是青海柴选术盆地的 3 3个盐湖中， 无机盐总储量 达 3 7 8 0 亿 t ， 其 中氯化钾 4 ． 4亿 t ． 占我国已探 明钾 总储量的 9 7 } 盐湖锂盐储量 占我国锂资源总储量 的 8 0 以上 ， 占世界盐湖锂总储量的 1 ／ 3 ； 镁盐3 1 ． 5 亿 t ， 赋存形式非常有利于开采高纯度氯化镁 ， 硼矿 以 B O 计l 1 5 7 万 t ， 镁和硼的储量也名列前茅； 天 青石 S r S O 6 0 0万 t 、 天然 碱 4 7 ． 5万 t 、 石 膏 4 7 0 亿 t 、 芒硝 6 4亿 t 、 溴 1 9 万 t 、 碘 0 ． 8万 t 。柴达术盆 地盐湖资源以初级产品计的潜在价值预计为 1 ． 7 1 0 亿元 ， 是巨大的无机盐资源宝库。新疆罗布泊盐 湖也是现代钾盐发育的地区， 现已初步查明该地区 硫酸盐型晶间卤水钾盐矿床储量巨大、 品位高， 具有 很高的开发价值。 青海察尔汗盐湖是我 国最大的盐湖，钾、 镁 、 锂、 硼等资源异常丰富。 在该湖区利用中国科学院青 海盐湖研究所等单位的科研成果 ， 已形成 5 0万 t 钾 肥 的生产能力，缓解 了我国国民经济 各部门 对钾 肥 盐 的需求． 将形成我国的钾肥生产和盐湖化工 基地。 目前我 国盐湖钾肥工业生产品种单一 ，资源 综台利用程度低。在发展盐湖钾肥工业的同时 ，应 作者筒介。 马培华 1 9 4 9 一 ． 男． 江苏罐阳． 研究员， 现往青海省蹦省长一 主要从事盐湖物理化学及其盐瑚赍谭的开发利用研究。 收藕 日期 ， 2 0 0 0 - 0 2 - 0 4 I 謦同 日期 一 2 0 0 0 - 0 4 - 2 0 ． 、 维普资讯 3 6 6 地球科学进展 第1 5 卷 当高度重视和解决与钾共生资源的综合利用 问题， 这样既可以降低综合生 产成本， 增强产品市场竞争 力， 又有利于生态环境保护。 随着青海钾肥工业的发 展， 每年将产生 3 2 0 0万 t 老卤， 其中含氯化镁 1 1 0 0 多万 t 氯化锂 l O万 t 硼酸 6万 t ， 仅锂 、 硼两项以 回收 6 O 计可创产值 2 O亿元， 年经济效益 8亿元 ， 其经济效益高于生产单一钾肥效益的 4倍。可是老 卤一旦排放经 自然稀释将难 以回收利用 ，造成巨大 浪费， 并会破坏资源环境生态平衡。 以钾 、 锂 、 镁、 硼等为代表的盐湖资源在高效农 业、 信息、 新能源 、 有色金属材料、 环保等产业中有着 广泛的应用 。 在世界进人知识经济的今天， 盐湖资源 及其深加工产品将有越来越广阔的应用前 景和市场 需求。投人人力物力进行盐湖资源综合利用研究及 产业化开发 ， 对我 国国民经济和社会的可持续发展 无疑是非常必要的。 1 ． 1钾 钾的主要用途是作为钾肥用于农业 。钾肥是植 物生长必不可少的养分， 是三大农肥 氮、 磷 、 钾 之 一 。世界上 9 5 的钾盐用作肥料 ， 5 用于工业 。钾 肥主要为氯化钾和硫酸钾 ， 属速效型酸性肥料。 氯化 钾用量最大， 适用于粮食作物和棉花等 。 硫酸钾做为 无氯钾肥， 适用 于经济作物， 对烟草、 甘蔗 、 蔬果、 甜 菜、 亚麻等作物的种植有着特殊的作用， 不仅可以增 加作物的产量， 而且可以显著提高作物的品质。 硫酸 钾具有钾和硫元素的双重肥效， 特别适合于因长期 施用氮磷肥后造成土壤氮磷 钾严重失衡、 农 田严重 缺钾 的地 区。钾在 工业 上 主要用于其 它钾 化合 物的 制造 、 玻璃、 陶瓷、 纺织和染色、 炸药、 皮革、 电器和冶 金等工业部门。 我国是一个拥有 1 2亿人 口的农业大 国，发展 农业 ， 增产粮食需要化肥。 研究资料表明， 与世界平 均水平相比， 我国土壤普遍缺钾， 理应有较高的钾肥 施用 比例， 实际上我 国钾肥施用比例明显偏低。 2 0 0 0 年全 国化肥 的总 需 求量 为 1 ． 6亿 t ， 按 目前 N、 P 、 K 的消费比例 1 O ． 2 8 0 ． 1 ， 钾肥仅 3 0 0万 t ， 而世 界同期的 N、 P 、 K 的消费比例为 1 0 ． 4 7 O ． 4 。这 无疑降低 了我国农作物产量和品质， 限制 了我 国高 效农业的发展， 这种总体上的损失是无法估量的。 为 缓解我国耕地贫钾状况 ， 我国每年进 口大量钾肥。 根 据统计年鉴的不完全统计， 1 9 9 8年我国生 产氯化钾 仅 5 O万 t 。 近年来， 我 国每年进 口氯化钾 3 0 0万 t 左 右 ， 硫 酸钾 约 5 O万 t ， 1 9 9 6年进 口钾 肥达 3 8 5 ． 8万 t ， 国家每年因此花费大量外汇。农科院和农业部门 根据农业发展 的需要预计到 2 0 0 0年我国约需钾肥 折合氧化钾 5 7 0万 t以上 ， 供需矛盾十分突出。 从世界范围看 ， 钾的需求也在不断上升 ， 其中对 硫酸钾的需求增幅每年高达 7 ， 除中国外， 日本、 印度 、 印尼、 泰国等 国都是钾肥的主要消费国。 1 ． 1 ． 1 钾资源分布 目前我国已探 明的钾矿床， 主要分布在青 、 滇、 川三省 ， 即柴 达木盆地 的几个 第 四纪内陆盐 湖矿床 、 云南江城勐野井晚白垩纪层状钾盐矿床及四川三叠 纪地下 卤水矿床 。截至 1 9 9 6 年已探明 D级以上储 量为 4 ． 4 8亿 t ， 其中占绝对优势的是盐湖钾盐矿床， 储量为 4 ． 4 3 亿 t ， 占总储量 的 9 7 ； 其次为层状矿 床 4 6 9 ． 5万t ， 地下卤水 l 1 ． 2万 t 。 盐湖钾矿资源 ， 除 在内蒙古 、 新疆、 西藏等现代盐湖中有少量伴生外 ， 9 8 以上的储量分布在青海的柴达术盆地， 保有储 量 为 4 ． 4亿 t 。 柴达木盆地的钾盐矿分布在察尔汗、 大浪滩、 一 里坪 、 东西 台吉乃尔 和大小 柴旦等矿 区， 其中察尔汗 矿 区的储量为 1 ． 5 1 亿 t 。盐湖卤水钾矿一般含 K CI O ． 7 ～ 1 ． 3 ， 含钾 量 虽 不 如 美 国 的 西 尔斯 湖 含 KC 1 2 ． 9 7 ～5 ． 0 2 ， 但与死海 含 K C 1 0 ． 8 6 ～ l ， 2 6 及大盐湖 含 K C 1 0 ． 8 7 ～1 ． 1 4 含钾量 大致相同， 柴达术盆地 的盐湖卤水钾盐资源是我国 当前钾盐生产优先开发的工业原料。 1 ． 1 ． 2产 业 现 状 世界 上主要有 1 2 个 国家 和地 区生 产钾肥 ， 其 中 加拿大生产的氯化钾占世界 总产量的 5 O ， 比利时 和德 国的硫酸钾产量占世界总产量的 5 0 。 美国大 盐 湖矿 物化 学公 司 ， 以盐 湖 卤水 为原 料 年产硫 酸 钾 达 2 O万 t ； 以色 列 死海 工程 公 司 年产 2 5 0万 t 氯 化 钾、 1 5万t 硫酸钾； 约旦阿拉伯钾盐公 司年产 1 7 O万 t 氯化钾、 1 4 万 t 硫酸钾的工厂已投产。智利敏萨尔 公 司以盐 湖钾 资源 为原料 年 产钾肥 5 O万 t 。 在亚 洲 ， 韩 国和我国台湾省硫酸钾生产发展很快， 年产量各 为 1 7万 t 。 由于我国钾肥的供需矛盾十分突出， 即使青海 察尔汗钾肥厂具有年产 1 5 O万 t 的能力， 我国钾肥 供需矛盾仍将存在 。国家和地方政府将继续发展柴 达术盆地的钾肥工业 ， 形成我国的盐 湖化工和钾肥 生产基地 。 从战略和我国经济的安全程度看， 也应充 分发挥盐湖卤水钾矿 资源的优势 ， 积极开发柴达术 盆地 丰富的盐湖钾资源， 缓解我国钾肥供需矛盾。 1 ． 2锂 锂在知识经济时代的需求量正在迅速扩大， 世 维普资讯 第 4期 马培华 中国盐湖资源的开发利用与科技问题 3 6 7 界锂盐市场发展迅猛。 锂及其盐类的早期用量较小 ， 仅局限于医药、 玻璃、 陶瓷和搪瓷工业 。 5 O年代中期 美国原子能委员会因核武器工业的发展急需大量氢 氧化锂， 锂盐工业获得了高速发展。1 9 5 5 ～1 9 6 0年 期间氢氧化锂产量达 1 万 t 。 7 0 年代 以来， 国外锂的 应用领域迅速扩大， 不仅在原子能 、 宇宙探测等尖端 技术领域起着重要作用， 成 为具有战略意义的军工 物资之一 ， 而且在 国民经济 的其他部门也获得 了广 泛应 用 。 目前 ． 锂在 民用 工业部 门的消 费主要集 中在 锂电池、 铝电解 、 玻璃、 陶瓷、 吸收式空调机和润滑脂 等领域中， 年消费量约为 1 0 万 t 。 锂在二次能源领域的需求 由于信息技术、 手持 式机械和电动汽车 的迅猛发展对高效能电源的需 求 ． 锂 电池开发 成 为 目前发 展 最为迅速 的领域之一 。 锂离子电池的比能量密度和比功率密度均为镍镉电 他 的 4 倍 以上 ， 锂 离子 二次 电 池平 均 以 2 0 的速度 迅 速发展 目前世 界各 国正在开 发质 量 比能 量密度 为 1 8 0W h ／ k g， 体积 比能量密度为 3 6 0 W h ／ I ， 充放电次数大于 5 0 0次的高能量密度二次锂电池 ， 使用于电动汽车 。最近美国开发成功的新型聚合物 锂离子电池具有体积小、 安全可靠的特点 ， 其债格仅 为现行 锂离子 电池 的 1 ／ 5 。预期 在 2 0 0 0年 以后用 于 锂电池的碳酸锂将超过 2万 t 。与此同时， 以锂盐做 为电解质的熔融碳 酸盐燃料电池可望成为继磷酸盐 型燃料电池后的第二代燃料电池 ， 其发展 f 人注目。 锂在原子能领域的需求 锂在受控核聚变反应 堆中的应用 ， 可能是将来锂的最大应用领域。 一个发 电量 为 1 0万 k W 的核 聚变反应 堆每年需锂 多达 5 0 0 ～1 0 0 0 t ， 相当于 目前锂消费量的 1 ／ 2 0 。 一旦受 控核聚变反应堆实现工业化 ， 锂的消费量将成倍增 长， 将会使世界锂工业的发展进人一个全新的时代 。 锂在新材料领域的需求 铝镁锂的二元 、 三元合 金作为未来的航天航空材料特别引人注 目。美 、 英、 日、 法及前苏联均投人巨资进行研究开发， 已实现了 工业化生产， 并被应用于航空和航天飞机制造业。 玻 璃和陶瓷一直是锂的重要应用领域 ， 其用量不断增 长， 目前已超过铝 电解领域的用量。 锂基润滑脂具有 使用温度范 围宽 一3 0 ～3 0 0 C 、 稳定性和抗水性 能好、 稠和剂用量少、 使用寿命 长等优点， 在国外使 用相当普遍 。主要用于飞机 、 火车、 汽车 、 冶金设备、 机械设备 、 石化设备及军事技术等部门。 美国和欧i l } 『 锂基脂的消费量 占润滑脂总消费量的 5 0 ～6 0 。 近年来 ， 随着我国汽车工业 的迅速发展 ， 我国对锂基 润滑脂的消费量也在迅速增长 。 锂在有色 冶金领域 的需求 在铝电解槽熔盐中 加一定量的碳酸锂， 可降低熔点 3 O ℃， 提高电流效 率 3 ， 降低 电耗 8 ～1 4 ， 降低氟气排放量 2 2 ～3 8 ， 有显著的经济效益和社会效益 ， 从 7 0年代 开 始 ， 锂 盐很快 在电解 铝工 业 中得 到 了应用 ， 成 为锂 产品的主要消费市场之一。 锂在相关的环保 型制冷行业的需求 8 0 年代以 来， 国际蒙特利尔议定书决定 陆续停止使用氟利昂 制玲剂， 使得吸收式制冷机得到快速发展。 溴化锂作 为制玲剂在吸收式空调机中的应用 也随之 迅速扩 展。 近年来， 溴化锂在吸收式空调机中的用量正 以每 年 1 5 的速度递增 ， 而我国在该领域中用量的增长 速 度还要 快 的多 。 2 1 世纪 的科学技术创新将推动世界 经济 向高 质量、 高效益的方向迅猛发展。 锂及其化合物作为未 来的能源材料和高性能合金材料正在得到越来越广 泛的应用 ， 为新世纪经济的发展注人新的活力。 1 ． 2 ． 1 锂资 源 根据美国矿物局、 内政部矿物局和矿物情报局 的统计 ， 世 界上 已探 明的锂 资源 不含 中国 约为 1 1 0 0 万 t ， 其 中盐湖 卤水锂资源的储量超过 7 0 以 上。 我 国是盐湖卤水锂资源大 国， 约占世界盐湖锂资 源的 1 ／ 3 。青海柴达木盆地是我国盐湖卤水锂资源 的集 中分布区。台吉乃尔、 察尔汗、 一里坪等盐湖 卤 水中以富含锂盐而闻名于世。其 中以台吉乃尔一一 里坪盐湖最 为集中， 卤水中锂的含量高达 0 ． 3 ～1 ． 3 g ／ [ 。这些盐湖具有很高的开发价值， 在开发盐湖锂 资源的同时， 还可综合利用大量的钾、 镁 、 硼等资源 。 1 ． 2 ． 2产 业 现 状 世界上锂盐生产大国主要有美国、 智利 ， 产量每 年约 1 2万 t ， 近 1 O年来 以每年 1 0 的速度在稳步 增长 。早期的锂盐生产采用的是矿石法工艺， 自 9 0 年代开始， 世界主要锂盐生产国美国将锂盐生产转 向盐湖提锂， 南美盐湖提锂工业发展也十分迅速 ， 由 于生产成本 比矿石法降低了一半， 基本上淘汰了矿 石法生产工艺。 目前世界锂盐总产量中的8 0 以上 来 自盐湖卤水。 近年来 ， 美国低价向我 国出E l 大量锂 盐 ， 使我国的矿石法锂盐生产处于瘫痪状态。 我国盐湖卤水提锂与盐湖资源综合利用 察尔 汗盐湖二期钾肥工程计划采用别勒滩区段晶间卤水 为原料生产单一产 品钾 肥，每年排放的老 卤中 的 5 ． 4 7 Yt 锂资源今后将难以回收利用 。 开发盐湖钾肥 工业排放老卤中回收锂的技术，不仅可以为 国民经 济和社会发展提供急需的锂盐，而且可以促进钾肥 维普资讯 3 6 8 地球科学进展 第l 5 卷 工业的技术进步和提高经济效益、 提高盐湖资源综 合利用水平 ， 在盐湖开发方面具有重要的示范意义 1 ． 3 镁 我国国内市场早期对镁的需求量每年大致徘徊 在 6 0 0 0 8 0 0 0t 。进八 9 O年代后 ，含镁铝合金使 用量的增加， 使镁的消费量不断上升 ，近年镁及镁 合金的压铸件 ， 稀士镁合金用量越来越大， l 9 9 4年 我国镁的消费量突破 3 ～5万 t 大关 。 镁合金材料的需求 由于其它金属将面临着其 最经济矿体的最终耗尽，而镁资源储量仍然十分 巨 大。 因此可以预计， 由于其它结构金属的生产成本的 增加 ， 金属镁在未来的工业生产中就显得尤为重要。 截止 1 9 9 5年底 ， 用 于生产 铝镁 合金 的镁用量 占总产 量的 5 6 ， 用于钢铁脱硫的 占l O 。近年来，西方 镁压铸合金市场正在兴起 。西方汽车行业应用镁合 金锻压铸件正逐年增长。诺斯克 希德罗研究中心 认 为 ，由于在 镁 合 金 研 制方 面 取 得 了极 大进 展 ， 其 锻压铸件 在 汽车 中的应用 将 以较 大速 度上升 。2 0 0 0 年镁在 这 方 面的用 量 可达 l 3 ． 4 3万 t ， 而 l 9 9 5 年 的 用量预计仅为 5 ． 3 9万 t 占世界总产量的l 6 ． 8 。 另外， 镁在航空工业和计算机金属构件工业、 遥控设 备等领域的应用， 未来将有更大的吸引力。 如果金属 镁的加工成本降低到铝 的水平 ，据预测 ， 将使 目前 3 O多万 t的产 量猛增 到 2 0 1 0年 的 3 0 0万 t 其他领域对镁资源的需求 镁水泥是氯化镁 的 一 大用户 ， 近年来有不断增长的趋势， 氧化镁可做为 耐火材料、 涂料添加剂等， 用量十分可观。氯化镁作 为融雪剂在西方国家应用十分广泛， 用量也比较大。 1 ． 3 ． 1 镁 资源 青海盐湖蕴藏着十分丰富的镁资源， 其中氯化 镁 3 2 亿 t ， 硫酸镁 l 6亿 t 。 世界上只有在青海柴达木 盆地独特的自然地理和气候 条件下 ， 提钾后的老卤 经过简单盐 田蒸发， 可获得高品质的氯化镁 ， 具有很 高的开发应用价值。 1 ． 3 ． 2产 业 现 状 1 9 9 1 年以前我国一直是镁的进 口国。 l 9 9 2 年以 青海省 民和镁厂为首打开了出口渠道，当年全国出 口镁达 6 3 3 8 t ， 1 9 9 3 、 1 9 9 4 、 1 9 9 5三年的出口量分别 为 8 9 9 2 t 、 1 5 4 5 9t 、 3 8 0 0 0t 。 近年来， 以色列和约旦在死海大力发展盐湖光 卤石炼镁工业， 造成了对世界镁工业的巨大冲击。 1 9 9 2 ～1 9 9 5年全国形 成一股炼镁热，据不完 全统计 ，1 9 9 5年全国已建镁厂达 4 1 0 家 ， 形成生产 能力 l 5万 t 。 在建 含扩建 的镁厂 9 6 家 ， 将形成的 生产能力约 5万 t 。 l 9 9 5年青海民和镁厂、 辽宁抚顺 铝厂、 内蒙古光华镁厂产量分别为 3 4 0 0 t 、 3 0 0 0 t 、 2 0 0 0 t 。预计 ， 到 2 l世 纪初 ， 民和镁厂 可 形成 3万 t ／ a 左右的金属镁生产能力 。 已建的镁厂除我 国最大 的三家镁厂为电解法外，其余都采用皮江法 。皮江 法这种间歇式的生产工艺与先进的大规模的电解法 相比， 工艺落后 、 规模太小、 生产成本高。 目前我国的镁工业主要以菱镁矿高温氯化制取 炼镁原料无水氯化镁 ， 成本高 ， 在 国际市场竞争力不 强 目前国际上的发展趋势是以盐湖卤水为原料制 取无水氯化镁， 使得成本大幅度下降， 对世界金属镁 市场造成 冲击。我国青海察尔汗盐湖卤水提钾后的 老卤经过简单盐 田自然蒸发结 晶， 无须纯化便可获 得符合炼镁纯度的水氯镁石 Mg C I 6 H O ， 并且 成本十分低廉， 这在世界上是独一无二的。 可成为我 国镁工业中电解法制镁取之不尽 、 用之不竭的电解 法 制镁 的理想 原料 。 青海 民和镁厂 目前生产金属镁成本约为 1 ． 5万 元／ t 。如采用以盐湖卤水生产的无水氯化镁为原料 的新工艺，经概算 金属镁成本 可降至 l _ 2万元／ t ， 而金属镁现行 市场价为 2万元／ t ， 经济效益十分显 著。多年来，经过 国内许多镁工业专家的反复考察 和论证 ， 认为在青海建设我国镁工业基地是可行的 我们预期， 如果在青海发展我国的镁工业， 2 l 世 纪我国的镁工业将能在国际市场上形成价格优势， 使 我国进八世界镁冶金先进国家行列。水氯镁石脱水制 取无水氯化镁工艺已经取得突破性进展。如将此研究 成果应用于青海民和镁厂等电解法生产厂家， 以取代 传统的工艺流程，可产生巨大的经济效益。 老 卤生产氯化镁与盐湖资源综合利用 青海钾 肥生产中每 吨氯化钾产 品排放母液 俗称老 卤 3 0 t ， 可副产 1 0 t 氯化镁， 目前作为废液用管道、 渠道、 泵站等设施排放。提钾后老卤中排出的巨大镁资源 的综合利用已成为急需解决的重大问题， 否则不仅 造成镁资源的巨大浪费 ， 而且造成对盐湖卤水资源 的严 重污染 。 1 ． 4 其 它 太阳池 、 生 物 太阳池技术 随着世界经济的发展转向开发干 旱区， 在以色列 、 美 国等国家发展了一种现代环境资 源开发的新技术一 盐湖太阳池系统， 使干旱区少雨、 蒸发量大、 湿度低、 日照强烈等传统上认 为不利的环 境条件变为有利的环境资源。太阳池技术是指用隔 热防渗材料建成的盐水池 太阳池 中分层注八不同 浓度的卤水 ， 建立防止整体对流的盐梯度， 在太阳光 维普资讯 第 4期 马培华 中国盐湖资源的开发利用与科技问题 3 6 9 的照射下在盐 田太 阳池 中形成 比较稳定 的温度梯 度， 这种盐水梯度结构聚集太 阳能并将热能存贮在 太阳池底部贮热层 ， 可用 于供热、 发电等。我国盐湖 资源开发地区具有发展太 阳池的优越环境 。发展太 阳池技术， 可为开发盐湖资源提供 电力、 热能 ， 必将 推动干旱区经济发展 ， 尤其在开发西部资源方面产 生深远意义。 盐湖中的生物资源利用 盐湖虽然属特殊的水 体环境 ， 但其生物资源仍然很丰富， 盐湖系统中包括 鱼类、 卤虫、 藻类以及底栖生物等主要生物资源。据 统计 ， 每年世界 卤虫卵贸易量达 2 0 0 0 t ， 优质卵的 价格可达 1 5 0美元／ k g 。近年来， 随着全球水产养殖 规模 的日益扩大， 对卤虫卵的需求量逐年上升， 卤虫 卵的价格还在不断提高 盐湖藻类是重要的生物资 源。 常常被视为模式生物用于生理 、 生化和遗传学研 究。用现代技术人工培养开发利用盐生杜氏藻已经 成功 ， 以色列瞄准每年数亿美元的市场潜力 ， 建立了 专 门的工厂 和公 司 。 世纪之交， 我 国盐湖资源及其周边环境的开发 正面临着前所未有的重要发展时期 。建议国家对我 国盐湖资源和环境的综合开发研究给予充分重视并 予以立项。通过科技工作者对现代盐湖资源及其周 边环境的综合性和系统化 的研究 ， 我国的盐湖化学 工业将结束单一生产钾肥、 效益差的局面， 锂、 镁、 硼 等宝贵资源将得到合理利用， 从而产生巨大的经济 效益 ； 通过盐湖太阳池系统的开发 ， 盐湖地区丰富的 太阳能资源将转变为盐湖资源开发的支持能源； 探 讨盐湖藻类、 卤虫、 鱼类等具有重要经济价值的盐湖 生物资源 的可持续利用 ， 使我国盐湖资源环境系统 的开发形成赵性循环， 达到可持续发展 。 2 制约盐湖资源开发利用的重大科技问 题 2 ． 1 盐湖钾资源生产硫酸钾的关键技术 长期以来 ， 我国钾肥工业以单一品种 氯化钾为 主， 而农业急需的硫酸钾工业 由于技术上的原因一 直投有发展起来 。我国钾资源主要分布在柴达木盆 地的察尔汗、 台吉乃尔、 一里坪和马海， 特别是东台 吉乃尔盐湖， 钾离子和硫酸根离子含量均很高。 目前 以盐湖钾资源生产硫酸钾的工艺太多处 于工业化实 验阶段， 在研究 出的诸多方案中， 比较符合资源特点 且 占优势的是 以盐田光卤石和天然无水芒硝制取硫 酸钾技术 ， 已经取得三项专利权， 具有 自主的知识产 权 ， 该工艺已完成两个万吨级硫酸钾生产线的工业 化实验， 需要进一步解决个别关键设备如 高效结晶 器的长期运行的稳定性等问题 2 ． 2 高镁／ 锂比盐湖卤水 中锂资源的高选择性分离 提取 我国盐湖锂资源储量巨大 ， 但镁／ 锂 比值也高达 4 0 ～l 5 0 0 。 国外生产锂盐的盐湖 卤水与我国盐湖卤 水不同， 由于镁／ 锂 比值较我国盐湖 卤水低数十乃至 数百倍， 提锂工艺相对 比较简单 。 目前世界上尚无从 高镁／ 锂比盐湖 卤水中生产锂盐的先例。 如何从这种 高镁／ 锂 比值 的盐湖卤水 中选择性分离提取出锂， 以 低成本生产锂盐 ， 是我国盐湖化工科技人员必须解 决的难题。 要深入研究从高镁／ 锂比盐湖 卤水提取锂 的相关 卤水 体系的相化学 、 锂离子高选择性分离科 学 ， 开发 出经济可行 的从我 国盐湖 卤水 中高选择性 地分离提取锂的新技术。 2 ． 3 盐 湖 丰产 水 氯镁 石脱 水 制取 无水 氯化 镁 和热 解 制镁 砂技 术 水氯镁石脱水制取无水氯化镁的难点在于低水 合氯化镁的高温水解 ， 这是各 国科学家近百年来努 力攻克的难题 。通过研究水氯镁石高温气一 固反应 过程的物理化学、 盐湖水氯镁石热解过程的表面化 学， 开发水氯镁石脱水制取镁电解用无水氯化镁以 及热解制取高纯镁砂新工艺， 进一步以低成本高效 益太规模开发盐湖镁资源， 解决盐湖“ 镁害” ， 保护盐 湖资源环境 。该项技术的中间实验阶段已取得突破 性进 展， 需加 大投资力度， 进行更 大规模 的试验研 究 ， 尽快实现产业化 。 2 ． 4 盐湖锂、 镁、 硼资薅 的高值化研究 我国盐湖资源的开发 目前仍局限于粗放性地生 产初级化学产品 ， 深层次的盐湖资源开发必须着重 于产 品的高值化和精细化 。根据市场要求发展高附 加值 的锂、 镁、 硼化学品是盐湖资源开发的又一重大 问题 。中国科学院盐湖研究所已经开发了高性能二 次锂 电池正极材料和电解质l 及硼、 镁基晶须材料 、 新型锂盐制冷剂等 高值化合物 ， 有些成果 已推广应 用于生产， 但仍需加强盐湖锂、 镁、 珊 资源高值化化 学基础研究， 开发新的锂、 镁、 硼高值化合物 。为此， 我们要加强分离纯化科学 、 新型无机制备方法、 无机 化合物结构与性能 的关系等方面 的研究 ， 加强上述 应用基础研究 ， 从而加速开发高值锂、 镁、 硼精细产 品的工业化速度， 使盐朔资源的开发 从粗放型走 向 高值化 。 3 国内外发展现状 与趋势分析 我国盐湖资源开发利用的整体水平与世界上开 维普资讯 3 7 0 地球科 学进展 第1 5 卷 发利用盐湖资源先进国家相 比差距比较大 。存在盐 湖化工产品品种单一 ， 单位企业钾盐产量偏小 ， 回收 率低， 经济效益不高， 盐湖资源中除钾以外的有价值 组分如锂、 镁 、 硼等没有得到综合利用 ， 老卤排放后 造成对资源和环境的污染等问题 。促进我国盐湖开 发利用的根本出路在于发展适合我国盐湖地区特点 的盐湖化学、 化工技术、 地球化学和能源科学等交叉 学科 ， 并使之转化为生产力。 国外先进国家也正是在 不断改进盐湖化工工艺和技术的前提下发展盐湖化 学 工 业 的 。 3 ． 1 国外现状与 趋势 分析 近年来， 世界盐湖资源的开发利用正呈现出前 所未有 的蓬 勃发展 形势 。 以色列 死海工 程公 司的 盐湖化工 水平在 世界上 最高 ， 其发展的推动力来源于不断创新、 不断开发新 的工艺和技术 。该公 司针对冷分解浮选法生产的氯 化钾粒度细、 易结块 的缺点 ， 6 0年代 中期开发了热 溶结晶法 。 7 O年代中期又针对世界性能源危机的影 响， 开发了冷结 晶工艺， 提高 了产品质量， 扩大了产 量， 达到年生产氯化钾 2 5 0 万 t 的规模 。 以色列在死 海盐湖资源的综合利用方面作出了典范， 实现了钾、 镁 、 溴、 钠 以及太阳能资源的综合利用 。除氯化钾产 品外， 已形成 年产 1 O万 t 溴素、 5 7万 t 精制氯化钠、 7万 t 高 纯 镁砂 、 1 8万 t 磷 肥 、 3 3万 t 磷 钾 复合 肥 、 1 5万 t 硫酸钾、 3 0万 t 硝酸钾和 9万 t 烧碱的生产 能力。 针对死海盐田光 卤石矿便宜易得的特点， 最近 又开发了光卤石脱水炼镁技术并建成了 2 ． 5万 t 金 属镁工厂 ， 正在进行 5 ． 5万 t 扩产 。 死海北 岸 的约旦 阿拉 伯钾盐 公 司 AP C 也不甘 示弱。在年产 1 O 0万吨氯化钾的基础上 ， 近年来 ， 该 公司 自行研究成功了冷结晶法制取氯化钾的技术， 将产量扩展到了 1 7 6万 t ， 正在筹建 2 5万 t 工业盐、 3 ． 1万 t 食用盐 、 3 ． 5万 t溴素、 2 ． 5万 t 的光卤石炼 镁 工厂 和 4万 t溴化 合物 生产 厂， 并 已完成 1 5 0 k g ／ h 的氧化镁 中间试验 。 南美阿塔卡玛盐湖的资源开发是 9 O年代世界 盐湖资源开发的一个典范。阿塔卡玛盐湖的资源勘 查 和 开发研 究始 于 1 9 8 6 年 ， 由智 利控股 S QM 公司 的敏萨尔子公司 T h e S o c i e d a d Mi n e r a S a l a r d e At c a ma S ． A． Mi n s a 1 实施开发。先期投资 1 ． 3 9 亿 美元 ， 已形成氯化钾 5 0 万 t 、 碳酸锂 2 ． 2 万 t 的年生 产能力。目前正投资兴建 2 5万 t 的硫酸钾 同时副 产 2 ． 5万 t 氯化钾 和 1 ． 6万 t 硼 酸 工 厂， 投 资额 1 ． 2 4 亿美元。由于实现了资源的综合利用以及生产 过程的高度 自动化 ， 使产品成本大幅度降低 ， 氯化钾 生产成本仅为 2 5 美元／ t ， 碳酸锂的市场售价比竞争 者低约 4 0 ～5 0 ， 仅 1 0 0 0 美元／ t 。 美国塞浦路斯一福特公司在内华达州用盐湖卤 水， 采用碱法生产碳酸锂， 年产量超过 1 万 t 。美国 F MC公 司正 积极在 阿根廷 H o mn r e Mu e r t o盐湖 开 发盐湖提锂的新技术。美国大盐湖利用提钾后母液 中的氯化镁制取金属镁。 有 关 太 阳池 能源 系 统 的研究 在 国外 已有 3 O多 年的历史。 以色列、 美国、 日本、 意大利、 印度 、 澳大利 亚 、 西 班牙 和 阿根 廷等 国家 的太 阳池研 究 和应用 都 取得了很大的成功 ， 获得了很高的经济效益 。 以色列 太阳池发 电为 5 0 0 0 k W ， 全年供 电 1 0 0 0 h 。 美 国 的 太阳池研究已用 于供热、 发电和脱盐 ， 取得了比较完 整的经验和技术 ， 美国能源部计划到 2 0 0 0年太阳池 发 电将 占总发 电量 的 7 ． 2 。 国外对盐湖生物资源进行了长期深入的研究和 开发 。以色列有关 部 门 目前 已从死海 中提 取生产 大 量盐藻用于工厂化生产甘油和 胡萝 素。美国和 加拿大等国研究了部分盐湖中生物资源状况和理化 环境特点， 并探讨 了盐湖生态系统演替过程中的一 些生 物学规 律 。 国际发达国家在盐湖资源利用上的发展趋势是 以最大限度的降低生产成本、 提高产品竞争力、 减少 产业污染为 目标的综合利用模式， 从而实现资源与 环境的可持续发展 。 3 ． 2 国 内现状与趋 势分 析 我国盐湖资源勘探利用研究始于解放初期 。7 0 年代 ， 以中国科学 院盐湖研究所等单位的科研成果 为依托， 浮选法和反浮选一冷结晶法氯化钾生产工 艺已被先后应用 于青海钾肥厂的 2 0再 t 氯化钾生 产和 4 0万 t 氯化钾技术改造。 近年来， 盐湖科研工作者结合我国资源的实际 情况， 以生产氯化钾的中间产物光卤石矿和柴达木 地区丰富的天然无水芒硝为原料， 采用转化法生产 硫酸钾的新技术获得成功。由于该工艺利用 了我国 最廉价的资源盐田光 卤石和无水芒硝， 形成了一条 全新的、 经济合理的工艺路线。 我国钾资源的绝大部 分储藏于青海柴达木盆地盐 湖卤水 中， 无水芒硝的 品位和储量均名列前茅 ， 因此， 根本解决我 国硫酸钾 自给的生产基地无疑是在柴达木盆地。 目 前 ， 已完成 1 万 t 工业性试验 。该方法的工艺流程和主要工程 设 备 问题均 已解 决 ， 尚需进 行关键设 备 的攻关 。 国外生产锂盐的盐湖卤水 与我 国盐湖卤水不 维普资讯 第 4期 马培华 中国盐湖资源的开发利用与科技问题 3 7 ] 同， 我国盐湖卤水镁／ 锂 比值较国外高数十乃至数百 倍 ， 提锂工艺相对比较复杂 。多年来， 盐湖科研人员 针对青海柴达木盆地锂盐富集盐湖的化学组分 和当 地气 候特点 ， 系统地 研究 了卤水 中钠盐 、 钾盐 的分 离 ， 锂 的浓缩 ， 高镁／ 锂 比浓缩卤水 中利用相分离技 术和分离锂镁 的问题 ， 并取得突破性进展， 可使镁／ 锂 比为 4 O1的卤水中的镁／ 锂 比一举降为 1 1 ， 锂 的回收率可达 9 0 。开发 了利用 T B P溶剂萃取 法提取锂 ， 复盐转化法回收锂等技术 ， 达到了 良好的 分离效果。目前正在开发新的更加经济可行的锂镁 分离技术 。 青海盐湖盐 田水 氯镁石是世界上 成本最低、 质 量最好 、 产量最大的炼镁原料。 水氯镁石脱水制取无 水氯化镁是近百年来世界各国科技人员努力研究的 难题 ， 其难点在于二水合和一水合氯化镁在高温下 发生水解 ， 难于抑制。8 0年代， 挪威科技人员采用氯 化氢气氛脱水工艺， 并解决了设备防腐问题， 现 已应 用于镁冶金工业 。 该工艺对外严格保密 ， 由于费用昂 贵没能引进 。 我 国科技人员经过长期研究， 取得突破 性进展， 发明了水氯镁石脱水新工艺。 该工艺通过控 制有利 于脱水进程的非平衡态热力学 和动力学条 件， 有效地抑制了低水合氯化镁的水解 ， 制得高