我國地下鹵水開采、綜合利用的現(xiàn)狀及進展分析

袁寰宇 吳立冉

(成都中藍匯翔環(huán)境工程有限公司，四川成都，610041)

1 鹵水簡介和分類

鹵水是重要的礦產(chǎn)資源之一，工藝提取后可得到氯化鋇、氯化鈉、碳酸鈉、氯化鉀、芒硝、硼酸、硼砂、硫酸鎂、碳酸鋰、碘和溴等；鹵水中還賦存鍶、釷、鈾等資源。

鹵水是液態(tài)礦產(chǎn)，鹽含量大于百分之五。表鹵水(湖鹵水)聚集于地表；地下鹵水聚集于地面以下。鹵水可分為沉積型鹵水、淋濾型鹵水和混合成因鹵水[1]。

表1 鹵水的簡介

2 鹵水的成因

邸賀等[1]研究了地下水中的脫硫系數(shù)、鈉氯系數(shù)、鈉鈣系數(shù)、鈣鎂系數(shù)、氯鉀系數(shù)和溴氯系數(shù)等化學(xué)特征。研究地下鹵水成因，由鈉氯物質(zhì)的量比值推測鹵水蒸發(fā)濃縮和巖鹽溶解淋氯作用，再來判斷鹵水形成過程；由氯溴的濃度比值判斷鹵水的物源。

國外關(guān)于鹵水形成原因的說法有7種[4]： 滲入淋濾說、沉積說、重力說、蒸發(fā)說、巖漿說、物理化學(xué)說和薄膜說；國內(nèi)地下鹵水形成原因的說法有3種:滲濾說、升聚說和沙洲說。

3 鹵水資源的分布

我國鹽湖鹵水資源主要分布在四個省份：新疆、西藏、青海和內(nèi)蒙古。鹽湖中鹽類礦物有70種，主要包括：硝酸鹽類礦物5種、氯化物鹽類礦物8種、硼酸鹽類礦物14種、鹽湖碳酸鹽類礦物18種、硫酸鹽類礦物25種；鹽湖鹵水中富含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-和CO32-等為主要成分的化學(xué)組分60種；還有富含重金屬元素、放射性元素、稀有元素和堿金屬元素。這四個省份是鉀、鋰、鍶、溴、硼和芒硝等的重要產(chǎn)地[5]。

我國地下鹵水分布的地區(qū)在柴達木盆地(察爾汗地區(qū))、新疆羅布泊地區(qū)、江漢盆地(江陵凹陷地下鹵水)、四川盆地(如臥龍河儲鹵構(gòu)造地下鹵水)、山東地區(qū)(青島沿海地區(qū))和渤海灣地區(qū)(如盤錦)等。

4 鹵水的開采

沉積盆地的深層地下鹵水處于高壓、封閉和深埋狀態(tài),特點是不可恢復(fù)、無補給和彈性儲存量較大[6]。韓積斌等[5]介紹了傳統(tǒng)的3種采鹵方法，主要有:井采，渠采和井渠結(jié)合開采。不同開采技術(shù)的比對見表2。

表2 不同開采技術(shù)的比對[5]

5 綜合利用

5.1 工藝研究

陳俠等[7]以江陵地下鹵水為研究對象，采用蒸發(fā)結(jié)晶分離法進行提鋰析鹽規(guī)律研究。鹵水提鋰方法有離子交換吸附法、沉淀法、溶劑萃取法、碳化法、蒸發(fā)結(jié)晶分離法和煅燒浸取法等。通過對地下鹵水的化學(xué)組成、相圖和鹵水化學(xué)組成與蒸發(fā)率的關(guān)系、蒸發(fā)濃縮過程鋰帶失率和常壓蒸發(fā)析鹽規(guī)律(模擬母液)的研究，得出以下結(jié)論：鉀離子濃度與蒸發(fā)率的關(guān)系是：隨蒸發(fā)率的增大先增大，再減小，然后又增大；氯離子和鋰離子的濃度與蒸發(fā)率的關(guān)系單向：隨蒸發(fā)率增大而增大；鹵水蒸發(fā)濃縮過程鋰帶失率為10.96%；母液蒸發(fā)結(jié)晶過程中，鋰離子的濃度與蒸發(fā)率的關(guān)系也是隨著蒸發(fā)率增大而增大。

譚秀民等[8]利用氫氧化鈉沉淀、機械攪拌氧化法對江陵凹陷富鉀地下鹵水進行凈化除雜工藝研究，鐵、硫化氫的凈化率分別在99%、95%以上。

王振等[9]利用鹵水預(yù)處理，預(yù)處理除雜，除去鹵水中的泥沙、含硫物質(zhì)。脫硫可用物理、化學(xué)結(jié)合的工藝方法，空氣吹出法。

李憲璀等[10]在文獻中表述脫除SO42-的方法：吸附法、冷凍法、膜分離法、離子交換法和化學(xué)沉淀法(包括BaCl2法、鈣法和BaCO3法)。

地下鹵水綜合利用工藝比對見表3。

表3 地下鹵水綜合利用工藝的闡述

5.2 超濾技術(shù)的應(yīng)用

超濾技術(shù)處理地下鹵水應(yīng)用信息見表4。

表4 地下鹵水處理中超濾技術(shù)的應(yīng)用

文獻[11]和[12]介紹了地下鹵水應(yīng)用中的超濾、納濾技術(shù)。

張秀峰等[13]用樹脂(D564)采用離子交換的方法分離地下鹵水中的微量硼。主要從樹脂的選擇、流速的影響、穿漏曲線三個方面進行了研究，結(jié)論是選用的樹脂不同，離子交換性能不同，如D564樹脂比D403樹脂交換吸附性能更優(yōu)；流速大時，穿漏就早出現(xiàn)，流速影響吸附效果。

5.3 鹵水綜合利用工藝路線

四川盆地地下鹵水中鉀資源豐富。楊能紅等[14]以四川某地下鹵水作為研究對象，研究單元工藝、開發(fā)方案。工藝路線見圖1。

圖1 鹵水綜合利用工藝路線圖

最后是母液經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、除雜提碳酸鋰。

詹涵鈺等[15]調(diào)查了自貢地區(qū)地下鹵水分布情況，自流井背斜、鄧關(guān)井背斜為主要的儲鹵構(gòu)造，并做了樣品分析。Li+與Na+、K+、NH4+、Cl-含量的正相關(guān)性明顯，可預(yù)測地下鹵水中鋰的資源量。與黃鹵相比黑鹵采鋰可行性更大。

6 實例闡述

某公司針對四川某地下鹵水特點進行資源綜合開發(fā)，此處資源地處內(nèi)陸地區(qū)，鹵水綜合利用工藝要求做到綠色、環(huán)保和無排放開發(fā)，其中各元素應(yīng)做到盡最大可能利用。根據(jù)此原則，設(shè)計科學(xué)、合理的各元素提取工藝總體方案，工藝方案確定中盡量采用安全、環(huán)保的分離單元，做到資源充分利用，無廢物排放。具體工藝方案見圖2。

圖2 鹵水綜合利用工藝路線圖

7 存在的問題

周訓(xùn)等[6]研究了沉積盆地深層地下鹵水資源量，并做了評價，指出鹵水資源開發(fā)存在的問題：(1)地下鹵水的分布難以確定。(2)儲鹵層的水文地質(zhì)參數(shù)難以獲得。(3)地下鹵水的開采量影響因素多、不易把握。鄒祖光等[16]針對山東省地下鹵水資源開發(fā)利用的現(xiàn)狀指出了環(huán)境地質(zhì)問題、地下鹵水開采引發(fā)的浪費和污染問題；韓積斌等[4]在地下鹵水水文地質(zhì)研究進展的文中也提到人們在地下鹵水的利用過程中造成資源的浪費。

8 結(jié)語

地下鹵水是我國重要的資源之一，在勘察、開采和綜合利用等實際工作方面都需要解決大量的問題，以實現(xiàn)地下鹵水的綜合利用。