达布逊湖湖水有效利用浅析

刘斌山，刘万平，张 娟，王罗海，严群雄

(青海盐湖工业股份有限公司，国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心， 青海盐湖资源综合利用重点实验室，青海 格尔木 816000)

1 前言

因达布逊湖地处矿区中心地势最低洼处，湖水受到河水补给、地下水侧渗补给、人工引湖水补给矿区、湖面蒸发等多重因素影响，达布逊湖湖水水位常年处于波动状态。具体表现为在枯水季节，湖水面积缩小，水位降低；在富水季节因入湖水量增大、而人工引湖水工程断面有限，不能将湖水大量、快速地引入矿区溶解固体钾矿，致使湖水水位升高，水资源未得到有效利用而大量蒸发浪费。同时为保证生产设施安全需采取一定的防洪措施，使得安全维护成本相应增加。

目前，青海盐湖工业股份有限公司运用“固体钾矿的浸泡式溶解转化专利技术”，盘活了公司两个矿区低品位固体钾矿，钾肥产量得以大幅度提升。但随着公司6万t/a Li2CO3项目开工，制取溶剂所需的老卤将被用于生产Li2CO3原料。这就意味着随着6万t/a Li2CO3项目开工，原先制取镁溶剂的原料老卤短期内将会出现供不应求的情况。一方面是溶剂制取量受限，而另一方面是湖水蒸发浪费且造成安全隐患。有效利用达布逊湖湖水已成为矿区资源开发的重中之重。

2 矿区水文地质特征

察尔汗盐湖是一个以钾为主，固液体并存的大型钾镁盐矿床。其中固体矿因品位低厚度薄等特征，不具备直接开采价值，只能采用水溶法转化成液体矿进行开采，无水时氯化钾将转化为工业上暂时不能利用的固体矿，因此，在矿区生产中有水才有矿[1]。

察尔汗矿区位于柴达木盆地腹地，因地势低洼，周边地表径流在山前戈壁大量渗漏，补给地下水，构成地下径流，在靠近盐湖带，地下水以泉的形式溢出、排泄，在冲积平原河流再次补给地下水，至盆地中心形成达布逊湖。因此，达布逊湖便形成了区域地表水、地下水的汇集、排泄中心。

根据矿区多年监测研究可知，达布逊湖湖水与矿区晶间卤水之间存在水力联系，具体表现为当排入达布逊湖的河水流量猛增时，湖泊面积扩展，湖水补给晶间卤水；在枯水季节，晶间卤水也补给达布逊湖水。在2002年大规模开采后，达布逊湖已不再是单纯的排泄中心，同时也是补给中心，矿区地下晶间卤水水位下降，湖水倒过来向周边采区补给，成为重要补给源。达布逊湖湖水水位2002年～2018年变化见图1。

图1 达布逊湖湖水水位历年变化曲线图Fig.1 Curve of water level change over the years in Dabuxun Lake

3 湖水利用现状

根据矿区资源特性及水文地质特征，将达布逊湖湖水资源可分为入湖水量(Q补)、侧渗补给量(Q1)、湖水蒸发量(Q2)、溶剂泵站开采量(Q3)以及湖水通过渗水渠道自流补给量(Q4)。

从4种排泄方式对矿区的影响效果看，除天然蒸发外，其他3种排泄方式均可补给矿区晶间卤水，增加矿区可采储量。而通过对近年湖水排泄量统计可知，天然蒸发量(Q2)却历年占比最高，2018年达到湖水排泄总量的44%；因此减少湖水蒸发浪费，加大湖水利用前景巨大。

从4种排泄方式的影响因素看，湖水通过地下径流向矿区的侧渗补给量(Q1)与湖水通过渗水渠道自流量(Q4)是随着湖水水位变化而变化；溶剂泵站开采量受其自身规模限制；天然蒸发受气温、湖水面积等多种因素影响。当发生特大洪水(如图1中2010年)或其他原因导致湖水未及时排出后，湖水水位迅速升高，矿区生产设施存在被湖水溶陷的安全隐患。此时增加溶剂渗补渠道便成为唯一应急措施。而当湖水水位下降后，新增溶剂渗补渠道便被闲置。达布逊湖湖水2010年～2018年利用情况统计见表1。

表1 达布逊湖湖水近年利用情况统计表Tab.1 Statistics of water utilization of Dabuxun Lake in recent years 万m3

4 湖底沉积矿物特征

5 湖水有效利用措施

5.1 溶解湖底盐岩，制取合格溶剂

按湖面积200 km2，湖底溶解盐岩层5 m，制成溶剂浓度20%计，湖底溶盐可利用淡水资源50亿m3，开发利用前景巨大。

制取过程中根据矿区现场观测及湖底盐岩分布情况，合理布局溶剂兑制渠道，通过湖水的引水工程和人为的机械干预，充分利用溶解湖底盐层，可提高补给溶剂质量。

5.2 新增渗水渠道，实现湖水“入地”

该次制取合格溶剂的工程规模为10 000万m3/a，排出这些溶剂需在矿区内新增渗补渠道，通过渠道侧渗补给，实现地表水“入地”，在溶剂“入地”过程中溶解经流中低品位固体钾盐，从而增加矿区可采资源量。

6 技术经济分析

根据目前矿区地下水水位现状，矿区降落漏斗体积足以满足溶剂渗补要求；制取溶剂通过工程引流至矿区渗补区，保证了矿区生产设施安全；后端溶解方法采用公司自主研发的“低品位固体钾矿浸泡式溶解转化方法”，技术层面可行。

经济投入主要包括渗补渠道工程建设费用及跟踪监测费用，按公司内部招投标预算计，该次投入渗补渠道建设费用为376.47万元。对渗补区200 km2范围内布置的5个钻孔取样化验，按2个样/孔、1次/月监测，按400元/个化验费用计算，3 a共计监测费用为14.4万元。合计投入390.87万元。该次溶剂制取规模为10 000万m3/a，按卤水内部交易价4元/m3计算，则矿区新增产值40 000万元。投入产出比为100 ∶1，经济层面可行。