中国盐湖资源的开发历程及现状*

程芳琴，成怀刚，崔香梅

(1.青海大学化工学院，青海西宁810016;2.山西大学资源与环境工程研究所)

综述与专论

中国盐湖资源的开发历程及现状*

程芳琴1，2，成怀刚2，崔香梅1

(1.青海大学化工学院，青海西宁810016;2.山西大学资源与环境工程研究所)

对中国盐湖资源的研究和产业化现状进行了阐述，着重分析了盐湖资源的分布状态、发展历程、技术现状及其存在问题和解决对策，以及科研和产业化的发展方向。通过对国内盐湖的研究和产业化的分析表明，盐湖资源开发利用的前景十分广阔，但盐湖的开发要注意资源的综合利用，目前要在提取工业钾盐的基础上大力发展镁盐工业，逐步提高锂、硼及其他稀散资源的利用能力，并且在今后的发展中也要重视非化学资源的开发。

盐湖;资源;综合利用

1 中国盐湖分布及产业进程

中国现代盐湖主要分布在大兴安岭、太行山、秦岭以西，大致可分为青藏高原区、西北区、东北区和东部分散区等4个盐湖分布区域［1］，其中西藏、青海、新疆、内蒙古四省区的盐湖数量最多。按照卤水的化学组成来分，西藏多为碳酸盐-硫酸盐型盐湖，青海盐湖以硫酸镁-氯化物型为主，新疆主要是硫酸盐型和硝酸盐型盐湖，而内蒙古则以碳酸盐型盐湖居多。这些盐湖的特点在于化学资源丰富，并且富含稀有元素，钠、钾、镁、锂、硼的储量极大［2］。例如，青海柴达木盆地的诸多盐湖中，各种无机盐储量达3 780亿t，据测算其潜在价值不低于17万亿元;新疆罗布泊硫酸镁亚型钾资源的远景储量达5亿t，并且具有品位高的特点;西藏扎布耶盐湖以锂储量大、便于直接提取而闻名，以天然碳酸锂形式存在的锂资源总量达183万t［3］，经济价值达1 500亿元。

盐湖研究与开发大体分为4个阶段［1］:19世纪之前，盐湖开发主要是依靠经验，采集石盐以为食用;19世纪中期，国际上对盐湖的研究开始使用物理化学手段;20世纪50年代以来，地质学、化工工艺学与生物学等多个学科开始耦合到盐湖的研究之中，这也是中国开始进行大规模盐湖调查活动的时期;70年代以后，盐湖研究进入了多学科大规模综合性的研发阶段，国内在70年代中期和80年代末期分别开展了两次盐湖的系统分析和研究工作，盐湖研究也逐渐形成了一门融合化学工程、生物工程、热力学以及新技术科学等领域的独立学科，这也奠定了国内钾肥、镁、锂工业体系的科学基础。从技术上讲，化工分离技术是盐湖工业的基础，大体上囊括了相平衡与分离、离子交换、萃取、膜分离等领域。

中国盐湖资源的大规模开发有3个典型范例［1］。最早是山西运城解池，4 600多年以前就已经开始采收食盐，1949年之后逐渐开始产出硫酸镁、硫脲、洗衣粉等工业产品，2002年开始发展盐湖旅游业，形成了盐湖资源的综合利用产业。内蒙吉兰泰盐湖是另一个综合利用的范例，有记载的食盐生产源于乾隆元年，1965年以后逐步发展起纯碱、金属钠、盐藻、卤虫、胡萝卜素等产业。察尔汗是目前开发最为成功的大型盐湖之一，1956年在盐湖调查中发现其富含氯化钾之后就建立起盐田法钾肥厂，成为中国盐湖钾业发端的标志;随后经历了近40 a的零散生产，1996年开始规模化统一经营，并成功研发出反浮选-冷结晶工艺;2002年，青海盐湖集团和昆仑集团开始筹划产品多元化深加工，逐渐形成了钾、镁、锂综合开发的生产格局。

盐湖资源一般包括卤水液体矿藏和盐类沉积固体矿藏两种，大多数情况下是液固共存的矿藏，其应用面很广，涉及到钾肥、制药、玻璃、陶瓷、电子等农业和工业领域，直接的盐湖开发主要是指钾、镁、锂等各种化学资源的提取和加工。目前在这些化学资源的开发中，钾产业已形成了较强的生产能力，取得了明显的经济效益，镁产业也正在纵深发展之中，锂、硼及其他稀散资源的利用正处在由实验研究向产业化推进的阶段。

2 已成规模的钾工业

盐湖钾资源一般是和钠资源同时并存的。钠的开发以山西运城盐湖和内蒙古吉兰泰盐湖为代表，主要产品分别是芒硝和纯碱。钾则是更具经济价值的盐湖资源，现已成为盐湖工业的主体产品，其中以青海柴达木地区的盐湖和新疆罗布泊盐湖开发得较为充分，主要产品包括氯化钾和硫酸钾。

在20世纪70年代之前，地域、交通、基础设施等外界条件构成了盐湖开发的制约因素，国内钾盐产业发展缓慢，钾肥市场长时间处于大量进口的尴尬局面。“七·五”期间钾盐资源大调查之后，中国盐湖钾资源的开发逐渐开始扩容，西部大开发政策的实施更为盐湖钾产业提供了大规模发展的软环境。柴达木盆地已有盐湖集团、中信国安、青海中航和滨地钾肥等企业先后实现产能突破，新疆罗布泊也建成了硫酸钾肥生产基地，形成了成熟的工艺路线。

钾和钠的提取技术比较类似，都是以液体卤水或固体矿的液化卤水为原料，按照盐田过程和工厂加工两个步骤进行生产。柴达木地区察尔汗盐湖的提钾是最为典型的工艺流程:由晶间卤水先经盐田蒸发结晶晒制光卤石原矿，再以其为原料加工生产氯化钾。氯化钾的加工工艺有多条技术路线，应用较多的包括反浮选-冷结晶法和冷分解-浮选法，其次为兑卤法、热溶法、冷分解-洗涤法等。其中，浮选技术在钾钠及硼酸盐矿物的分选方面已经取得了很大的成功，诸如用盐酸十八胺作为捕收剂，泡沫浮选得到氯化钾精矿，再经洗涤除去氯化钠和氯化镁，干燥制得氯化钾产品。

从盐湖卤水中提钾的方法还有很多研究成果［4］，例如结合热力学和动力学理论，通过反应结晶制备硫酸钾颗粒［5］;又如化学沉淀法，利用二苦酰胺、四苯基硼化物、高氯酸盐、氟硅酸、石膏、磷酸盐等沉淀剂使可溶钾转化为难溶钾，形成沉淀析出;再如溶剂萃取法，采用有机溶剂作为钾的富集剂;或者如沸石法，通过沸石离子交换制得富钾溶液，再通过萃取结晶法分离出钾产品。随着经济性和环保层面研究的深入和突破，此类提钾技术在工业上有望得以进一步的推广和应用。

目前在钾盐生产过程中，最主要的问题是固废和液废的排放。盐田晒制光卤石时，每生产1 t光卤石就会有8～12 t的含镁废液产出，这些废液目前尚未得到有效利用，下游产业链延伸短，因此盐湖资源的综合利用水平还有待提高。

3 亟待开发的镁资源

镁的开发之急体现在两个方面，一是在钾盐生产过程中巨量的富镁老卤未及利用即被排放，造成资源浪费，二是这些排放出来的老卤聚积为患，已经形成镁害，近年来环境压力有增无减，因此这一部分镁资源的开发利用已成为当前政府各部门及研究者关注的焦点。青海地区盐湖的镁资源保有储量约4.8万亿 t［6］，每年因钾肥生产需要排放老卤达1.2亿m3，多年的累积排放已使存放老卤的团结湖由原来10 km2扩大到120 km2，南霍布逊湖也不得不用来暂存废液，甚至已经污染、淹没了附近原有的氯化钾矿床［7］。

镁资源难以产业化利用的关键在于开发成本和技术水平的制约。中国盐湖镁资源的存在有多种形式，最常见的是水氯镁石，卤水天然蒸发即可制得，可用于制作各种镁盐、镁砂、电解镁以及镁合金、镁稀土合金等下游高值化产品。中国以卤水镁资源开发的主要产品有六水氯化镁、硫酸钾镁肥和阻燃级氢氧化镁等［6］，现阶段已经研发出来的工艺流程包括用直接沉淀法、水热法、诱导法等制取氢氧化镁，采用碳酸化法、沉淀法、酸解法、氨法制备氧化镁等，但这些技术的工程可操作性尚有待实践检验。又如，金属镁的生产工艺包括硅热法和电解法，具体又可细分为皮江工艺、马格尼特工艺等多种形式，但其生产的经济性和竞争力还需要进一步加强。

据报道，目前已经得以应用的镁生产工艺包括利用氯化镁以电解法生产金属镁、以水氯镁石为原料通过干燥和煅烧来生产氧化镁及盐酸、反应-结晶耦合脱水生产无水氯化镁等［8］。例如，产业化方面，2004年青海盐湖集团就已建立了1 500 t级规模的反应-结晶法工业示范装置，另外西部镁业科技发展有限公司掌握了水氯镁石制取高纯镁砂的技术，中信国安科技发展有限公司也发展了利用水氯镁石煅烧氧化镁的工艺，2006年河南兴发镁业有限公司联合天津科技大学也建成了年产3 000 t热解法高纯活性氧化镁的工业化试验装置。

在镁的综合利用方面，美国大盐湖的工艺［9］是值得借鉴的经验之一:以盐湖老卤制取的水氯镁石为原料，热解生产粉状氧化镁和盐酸，氧化镁再经水化处理制备高纯氢氧化镁，继而生产轻烧氧化镁、重烧氧化镁等系列产品，形成镁产品产业链。但总体上讲，中国盐湖镁资源的开发利用目前还不够充分。盐湖镁资源开发利用过程中，尽管基础研究的文献报道较为丰富，涵盖了加工工艺、表面改性、复合材料制备等各个方面［6］，然而产业化报道还不是很多。事实上，盐湖镁资源开发的滞后已经影响了钾、锂、硼、溴、碘等资源的可持续开发和综合利用，成为盐湖资源综合开发利用的瓶颈，镁资源的开发还需要做进一步的研究工作。

4 前景广阔的锂和稀散资源

青藏高原是中国卤水型锂资源的主要分布地区，西藏扎布耶盐湖和班戈-杜佳里湖是重要的碳酸盐型锂硼盐湖，柴达木盆地和藏北的扎仓茶卡、鄂雅错、比洛错则富含硫酸盐型锂硼资源。据测算，以总含量计，仅柴达木盆地的锂储量就占世界盐湖锂总储量的1/3，然而中国盐湖大多含有很高的镁，对提取锂的干扰极大，致使现有技术的可实用性很低，因此多年来中国盐湖锂产业发展进程缓慢。

中国的锂市场长期以来受着国外公司的控制，随着1997年智利阿塔卡玛盐湖提锂的成功，其低廉价格对国内外市场冲击都极大，这间接地促进了国内盐湖提锂研究的发展。目前对盐湖锂资源的利用研究主要聚焦于卤水的锂镁分离方法［10］上，工艺路线包括沉淀法、吸附法、萃取法、纳滤膜法等，而研究最多的沉淀法又可细分为碳酸盐沉淀法、铝酸盐沉淀法、硼镁和硼锂共沉淀法等，吸附法则包括二氧化锰离子筛法回收锂等技术形式，萃取法主要是指TBP法萃取盐湖卤水中的锂。这些方法的成熟性和经济性尚需在实际应用中验证［11］，例如沉淀法和煅烧浸取法的工艺流程还有待于进一步简化，能耗也需要继续降低，高效的离子交换剂和萃取剂则成为下一步离子交换法和溶剂萃取法的研究重点［12］。

西藏扎布耶盐湖和青海西台吉乃尔盐湖［13］分别代表了国内碳酸盐型和硫酸盐型两类盐湖的提锂技术路线。2005和2007年，扎布耶盐湖和西台吉乃尔盐湖均建成了各自的碳酸锂生产线，利用丰富的盐湖资源研发、生产碳酸锂产品，目前已初步形成规模化生产能力。其中，扎布耶盐湖由西藏矿业发展股份有限公司开发，卤水为碳酸盐型，镁锂质量比只有0.02，因此锂资源的开发相对来说比较简便，分制卤和结晶两步工序。制卤充分利用当地冬季丰富的冷资源，从卤水中除去大量芒硝和泡碱，结晶则采用特有的太阳池技术，把太阳能资源用来加热锂饱和卤水，直接得到品位为70%左右的碳酸锂。西台吉乃尔盐湖则由中信国安集团公司开发，晒制晶间卤水以析除石盐、钾镁混盐，酸化提硼以后继续蒸发并制得水氯镁石和硫酸锂混盐，然后煅烧使水氯镁石脱水为氧化镁，再利用溶解度的差异通过淡水浸取得到锂溶液，二次除镁后加入纯碱得到工业级碳酸锂。

盐湖中还含有硼资源和溴、碘、铷、铯等稀散元素资源，但开发程度较低，尚处于实验室研究阶段。从卤水中提取硼的方法主要包括浮选法、吸附共沉淀法、离子交换法、酸化沉淀法、分级结晶法及溶剂萃取法等，工业上常采用酸化法、沉淀法和分级结晶法［13-14］。沉淀法是利用酸将卤水中的硼转化为硼酸来提取硼，或用氧化镁、石灰乳等沉淀剂产生硼酸盐沉淀。萃取法多是采用1，3-二元醇反应生成中性酯，再利用碱性水溶液分解生成偏硼酸钠，或是在碱性介质中与二元醇、邻苯二酚和水杨醇等生成络合硼酸盐，或用一元醇以物理溶解法萃取、浓缩制得硼酸。分级结晶法则是利用变温过程中硼酸及硼酸盐溶解度变化较大的特点来分离硼。

目前中国盐湖锂、硼及稀散资源的开发表现出产品单一、经济性不强、开发过程中环境保护压力大等特点［15］，并且很多研究还仅停留在实验室研究阶段，但这些资源的市场前景却非常广阔，因此基础性的研究工作依然显得很有意义，而开发经济、高效、绿色环保的分离提取技术则将是今后一段时间的工作重点。

5 盐湖非化学元素资源的开发

除了盐湖化学元素资源以外，盐湖生物资源和水资源也是盐湖开发的重要组成部分，例如盐藻、卤虫、嗜盐菌、嗜碱或嗜盐碱细菌等就具有很高的经济价值。20世纪70年代以来，盐湖生物逐渐在国内引起重视，并开始进行生物学层面的研究。80年代以后，国内开始研究内陆盐水生物资源的利用，主要的利用形式是以浮游生物开发鱼虾饵料［16］。更深层次的产业化尝试也已经开始，包括盐藻和卤虫的工业化开发试验，未来有望形成以盐湖、盐田、盐藻、卤虫为特征的新盐湖农业体系。盐田生物另一个众所周知的应用是辅助制盐，在盐田中盐藻和菌能在蒸发池泥土表面形成黏稠的生物垫层，防止盐田池底渗漏，菌类繁殖可使卤水着色以增加对太阳辐射的吸收，或通过控制卤虫繁殖来抑制对盐田生产有害的隐杆藻及防止石膏沉积等。

盐湖发展过程中另一个不容忽视的问题是水资源的利用和保护。盐湖工业的发展对水的需求很大，这使得在盐湖资源的开发过程中，保持盐湖系统的生态需水显得尤为重要。此外，废水的处理及排放问题也必须考虑，因为生产过程中的二次污染对环境已经形成了巨大的压力。有研究表明［17］，干盐湖只有靠地下水及丰水季节的地表水补给才能维持盐水生态均衡，地表水对卤水湖的生态也非常重要，而察尔汗、马海等干盐湖与卤水湖共存的盐湖区为了保障卤水湖不致干涸，也需要稳定地补充一定量的地表水。盐湖地区的生态往往是非常脆弱的，只有满足生态用水的需求，盐湖经济的可持续发展才能得以保证。

6 结语

盐湖是一种综合性资源，除了矿产、生物和水资源以外，还具有极高的旅游、医疗、科研价值，因此发展中的综合开发和环境保护显得尤为重要。运城盐湖由于数千年的制盐和几十年的芒硝开采，盐湖镁离子富集现象明显，芒硝产品的质量和产量已经开始下降［18］;柴达木的察尔汗盐湖，近半的钾资源也已经开始贫化。

盐湖的综合利用可以借鉴国外的成功经验，如美国大盐湖通过近140 a的矿产、气候、生物、物理化学和工程技术研究，才建立了世界闻名的钾钠镁和卤虫联合产业，年总产值已达10亿美元［19］。目前国内大多数盐湖的生产模式正处于转型期，越来越多的企业已经注意到原有“高开采，低利用，高排放”的生产模式对生产长期稳定性的不良影响，并开始大力研发下游产品和工艺，延伸产业链，以提高资源的综合开发利用水平。国内的决策机构对盐湖资源综合利用也极为重视，例如《青海省柴达木循环经济试验区总体规划》就提出要以盐湖化工为龙头，通过产业链纵向延伸和横向拓展，实现盐湖资源的综合利用和平衡开发，促进循环经济区域发展，计划到2020年，形成氯化钾、硫酸钾镁肥、纯碱、烧碱、金属镁等各级产品全面开发的新格局。

与此同时，研究者的切入点也开始转向尾矿、贫矿等低品位资源的深度开发和循环使用，资源的高效循环利用已经成为一个专门的研究方向。有报道从技术研发的角度提出了未来的发展方向，包括低品位钾矿的开发利用、工业化低成本提锂、水氯镁石脱水、工业硫酸钾制备、尾液的回收利用技术，以及钾、硼、锂、溴、碘、铷的综合开发技术等［20］。同时，盐湖资源的利用不仅要开发钠、钾、镁等阳离子资源，也要综合考虑氯、硫酸根等盐湖大宗阴离子的平衡问题。

［1］郑绵平，卜令忠.盐湖资源的合理开发与综合利用［J］.矿产保护与利用，2009(1):17-22.

［2］马培华.科学开发我国的盐湖资源［J］.化学进展，2009，21(11):2350-2357.

［3］乜贞，卜令忠，郑绵平.中国盐湖锂资源的产业化现状——以西台吉乃尔盐湖和扎布耶盐湖为例［J］.地球学报，2010，31(1):95-101.

［4］李长红，李海民.盐湖卤水、海水中钾盐的提取方法、研究现状及发展趋势［J］.盐湖研究，2010，18(1):64-69.

［5］张宁，程芳琴，李达.反应结晶法制取颗粒硫酸钾的研究进展［J］.无机盐工业，2008，40(5):5-8.

［6］郭敏，李权，刘海宁，等.盐湖镁资源的开发和利用［J］.化学进展，2009，21(11):2358-2364.

［7］李增荣，徐徽，庞全世，等.盐湖镁资源开发技术进展及镁产业发展规划与设想［J］.青海科技，2010，17(1):13-17.

［8］冯博博，李萍.察尔汗盐湖氯化镁资源开发及工程化试验［J］.盐业与化工，2009，38(6):5-7.

［9］王力学，温怀轲.盐湖卤水的综合开发与利用［J］.苏盐科技，2006(2):4-5，13.

［10］尹红军，邓天龙，李栋婵.盐湖卤水资源锂镁分离提取的研究进展［J］.无机盐工业，2009，41(5):1-4.

［11］刘向磊，钟辉，唐中杰.盐湖卤水提锂工艺技术现状及存在的问题［J］.无机盐工业，2009，41(6):4-6，16.

［12］徐徽，许良，陈白珍，等.高镁锂比盐湖卤水镁锂分离工艺［J］.中南大学学报:自然科学版，2009，40(1):36-40.

［13］李朝华，苏庆平，唐志坚，等.我国盐湖卤水提硼的研究进展［J］.盐业与化工，2009，38(2):44-47.

［14］唐中杰，钟辉.萃取法在盐湖卤水提硼中的应用进展［J］.中国陶瓷，2009，45(10):7-9.

［15］李杰，熊小波.铝盐吸附剂盐湖卤水提锂的研究现状及展望［J］.无机盐工业，2010，42(10):9-11.

［16］赵文.中国盐湖生物的研究现状及展望［J］.大连水产学院学报，2009，24(5):439-443.

［17］陈辉，隆浩.柴达木盆地盐湖区水资源利用与生态需水研究［J］.青海师范大学学报:自然科学版，2009(4):58-61.

［18］杨向社，王玉萍.运城盐湖镁资源的综合利用［J］.无机盐工业，2006，38(10):48-49.

［19］白建斌.世界盐湖的研究现状及典型区域古气候环境演变［D］.湖南:湖南师范大学，2010.

［20］张淑霞，范国安.对青海盐湖矿产资源综合开发利用的分析及建议［J］.中国矿业，2008，17(9):54-56.

Development history and present status of salt lake resources in China

Cheng Fangqin1，2，Cheng Huaigang2，Cui Xiangmei1
(1．School of Chemical Engineering，Qinghai University，Xining 810016，China;
2．Institute of Resources and Environment Engineering，Shanxi University)

Present status of research and industrialization of salt lake resources in China was expounded.Distribution，development history，technology status，and its problems and solutions of salt lake resources as well as the development direction of R＆D and industrialization were analyzed in detail.Analysis on Chinese research and industrialization showed there is a vast prospect for the development and utilization of salt lake resources.However，the comprehensive utilization must be carefully taken into account.Specifically，more effort should be put into developing the magnesium industry on the basis of present potassium industry，and gradual enhancement in the utilization of lithium，boron and other rare resources should also be considered.Furthermore，it was to be noted that the exploitation of non-chemical resources would be another important part in the development of salt lake industry.

salt lake;resources;comprehensive utilization

TQ13

A

1006-4990(2011)07-0001-04

青海省应用基础研究计划项目(2010-Z-708);科技部国际合作项目(S2011ZR0218)。

2011-04-07

程芳琴(1964— )，女，教授，博士生导师，主要从事资源与环境工程的研究工作。

联系方式: cfangqin@sxu.edu.cn