察尔汗盐湖资源开发利用现状及关键技术进展*

熊增华， 王石军,2

(1.青海师范大学，青海 西宁 810016；2.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，青海省盐湖资源综合利用重点实验室，青海 格尔木 816000)

0 引言

察尔汗盐湖钾、钠、镁、锂、硼、铷等各种盐类资源储量达6.0×1010t[1]，是我国目前探明的最大钾镁盐矿，也是世界著名的大盐湖之一。该盐湖地处戈壁瀚海，气候炎热干燥，日照时间长，蒸发量远大于降水量，长期风吹日晒，湖内形成了高浓度的卤水，其中的氯化钾、氯化镁、氯化锂探明资源储量分别占全国的50%、90%和50%，潜在经济价值数十万亿元。经过60余年的努力，察尔汗盐湖已成为国家首批循环经济试验区的核心产业区，未来必将为国家新能源、新材料产业创造更多价值。

1 察尔汗盐湖资源概况及开发现状

察尔汗盐湖位于素有聚宝盆之称的柴达木盆地中东部,东西长168 km，南北宽20～40 km，面积5 856 km2，海拔2 680 m。湖内蕴藏氯化钾5.4×108t，氯化镁4.0×109t[2]，氯化锂1.2×107t，均居全国第一位。青海盐湖工业股份有限公司作为察尔汗盐湖钾镁盐矿的开发主体，先后承担了国家“七五”重点工程钾肥一期项目、国家西部大开发标志性工程钾肥二期项目以及国家级柴达木循环经济试验区金属镁一体化项目、首批国家矿产资源综合利用示范基地等的建设,使我国盐湖资源利用水平处于世界领先地位。

1.1 盐湖固液相并存，为资源高效开采提供了理论基础

盐湖是“活矿”，有水则活，无水则死。盐湖演化变迁的本身就是液相—固相—液相的转化过程，察尔汗盐湖固体盐类资源达5.3×1010t，液体盐类资源7.0×109t，说明固体、液体钾镁盐矿具有共生关系，这为固体和液体资源的统一、同步高效开采提供了理论依据。因此盐湖资源的开采不同于单一的固体矿开发，固液相并存，可以相互转化，因而可支撑高效开采利用[3]。

1.2 盐湖气候独特，为资源高效开采提供了廉价的清洁能源

察尔汗盐湖地区年蒸发量高达3 500 mm,年降雨量不足50 mm,为液体矿的蒸发浓缩提供了廉价的清洁能源。根据相图和工艺计算结果[4]，年产100 万t钾肥所需光卤石矿如用机械装置蒸发需要耗煤370 万t，而采用太阳能盐田蒸发可降低成本10亿元，增强了产业竞争力。

1.3 盐湖周边水源丰富，可为资源开发与固转液提供保障

察尔汗盐湖地处最低洼地带，其南侧发源于昆仑山的格尔木河，年径流量达7×108m3；在流经途中，除蒸发、渗漏损失外，最终汇入于此，可为资源开发、固转液提供充足的水源保障。

1.4 工程地质条件优，可为液体矿蒸发浓缩提供良好场地

盐湖区地形开阔，地势平坦，区内为无任何植被的荒漠干盐滩，湖积平原上黏土资源丰富，是天然的防渗“隔水层”，实践证明察尔汗盐湖区是建设太阳池盐田的优质场地。这些条件为盐湖卤水蒸发浓缩和资源大规模开发提供了廉价空间。

1.5 荒漠环境为发展产业集群提供了环境容量

察尔汗盐湖区为封闭洼地，地下水本身就是矿，不存在污染；盐湖区及周边为荒漠，无植被，无土地复垦；盐湖开发采用井、渠方式，不破坏自然地貌，因此盐湖资源综合利用环境容量较其他常规矿产区具有明显优势[5-6]。

2 察尔汗盐湖绿色产业发展现状

察尔汗盐湖资源开发始于1958年，青海盐湖工业股份有限公司经过60多年的奋斗与创新发展，已成为国家级柴达木循环经济试验区内的龙头企业、国家创新型企业、自然资源部矿产资源综合利用与节约专项优秀企业、矿产资源节约与综合利用先进适用技术推广示范企业、国家绿色矿山，实现了我国钾肥工业从无到有、生产规模从小到大、工艺技术从落后到先进、产业质量由低端到高端、产业链由单一到多产业融合，当前正迈向绿色高质量发展新阶段[7]。

2.1 察尔汗盐湖产业发展历程

1958年察尔汗钾肥厂(青海盐湖工业股份有限公司前身)成立，当年生产钾肥953 t；1978年原国家计委以计(1978)521号文“关于青海钾矿计划任务书的批复”同意建设青海钾矿；1986年国家“七五”重点工程青海钾肥一期项目开工建设；1997年“盐湖钾肥”深交所上市；2000年，国家西部大开发青海年产100 万t钾肥项目开工建设；2005年，以钾资源深加工为主的盐湖资源综合利用一期工程开工建设；2010年金属镁一体化项目开工建设；2017年生态镁锂钾园开工建设。作为我国盐湖开发的龙头企业，坚持绿色开发、科技创新，已形成氯化钾500 万t/a，居世界第四；氢氧化钾40 万t/a，居世界第一；碳酸钾7.2 万t/a，居世界第一；硝酸钾40 万t/a，居世界第二；金属镁10万t/a，居世界第一；另外还形成纯碱120万t/a、烧碱30万t/a、PVC 125万t/a、焦炭240万t/a、甲醇110万t/a、尿素66万t/a、聚丙烯16万t/a等的生产能力，形成了“钾、钠、镁、锂、氯”五大产业群，探索出了一条盐湖资源综合利用绿色发展之路[8-10]。

2.2 产业发展成就与行业地位

2.2.1 通过科技创新建成具有国际竞争力的国家大型钾肥基地

研发低品位固体钾矿溶解转化技术、盐岩地区大规模卤水远距离安全输送、大面积深水盐田长串走水、光卤石水采船精准采收、反浮选冷结晶法生产氯化钾工艺、尾矿热溶结晶再利用等技术，使钾肥产能达到500 万t/a，使我国钾肥自给率由20世纪不足10%提升至现在的50%以上，增强了我国在国际钾肥市场上的话语权，成为世界进口钾肥价格凹地。这些均得益于国家对青海钾肥基地的科学布局，得益于国家对钾肥项目资本金的支持，得益于国家科技重大专项的实施对技术创新的推动，得益于增值税免征和先征后返、2#运价、国家矿产资源综合利用示范基地建设专项资金等优惠政策。

2.2.2 开发并掌握了独具中国特色的高镁锂比盐湖卤水提锂技术

历经30年攻关探索，突破了高镁锂比卤水提锂这一世界性难题，获得“超高镁锂比盐湖卤水吸附—膜分离耦合提锂技术的开发及产业化”国际领先水平成果，自主研发的二代吸附剂取得重大产业化进展。卤水直接电解法氢氧化锂中试获得突破，年产1万t碳酸锂装置全面达产达标，2018、2019年连续稳定生产1.1万t碳酸锂，青海盐湖工业股份有限公司成为全国锂业第四、盐湖提锂第一的企业。正在建设的年产2万t碳酸锂装置进展顺利。卤水锂在国内市场的占比逐年提高，正在逐步摆脱对国外锂矿石的依存，保障了我国战略性新兴产业的资源安全[11-13]。

2.2.3 正在开创世界金属镁生产和应用的崭新格局

经过近10年的消化吸收，建成了利用盐湖卤水电解法制取金属镁的全球唯一的10万t级全套装置，已生产出合格的盐湖金属镁产品；镁合金产品、汽车构件已批量上市，产品具有环保、高品质、稳定等优异特性，特别是CO2排放量不足传统工艺的1/4，成为世界绿色镁产业的“一枝独秀”。在第76届世界镁业大会上，盐湖电解法金属镁及镁合金技术荣获“国际镁协环境责任奖”，这是国际镁业界对青海盐湖金属镁及镁合金一体化项目创新性技术路线及产业模式的认同、对低碳减排成效的认同、对镁产品上下游产业链协同发展的认同。

2.2.4 探索出了青海高原特色的绿色发展循环经济之路

自“十一五”以来，青海盐湖工业股份有限公司秉承“以钾为主、综合利用、循环经济、持续发展”理念，建成了钾盐、镁盐、锂盐、钠盐、氯碱五大产业集群，实现了由单一提钾向钾盐、盐湖化工、天然气化工、有色金属、冶金冶炼等多产业的融合发展。与传统矿石法开采镁、锂、钾资源相比，综合利用盐湖卤水资源无需开山炸石，更无造渣之害，产品能耗小，污染排放少，环境负载轻。

2.2.5 探索出了固液并存盐湖钾资源的独特开采模式

创新钾盐“固液转化、驱动开采、贫富兼采、循环回收”独特开采模式，使钾矿由呆变活，通过反浮选-冷结晶、冷结晶-正浮选、兑卤盐、尾盐热溶结晶等技术组合提钾，实现了高质量发展。产品质量由传统的氯化钾品位80%～90%提升至95%～98%，采矿回收率由35%提升至90%以上，单程选矿回收率由不足40%提升至60%以上，资源利用率由27%提升至75%，综合回收率由40%提升至73.8%。彻底颠覆了盐湖钾资源规模论证方法，按照传统方法，察尔汗盐湖100万t/a只能开采30年，而1958年以来青海盐湖工业股份有限公司已累计生产钾肥5 800 万t，理论推算盐湖钾资源应当已经枯竭，但是目前盐湖水位、水质依然与2005年基本持平，意味着这15年消耗的主要是固体钾矿储量而非给水度卤水静储量。新的规模应增加固体钾、持水度卤水钾、老卤钾、夹带钾、尾盐钾等新的可采资源量，据此新方法测算察尔汗盐湖保有钾盐资源储量按年产500万t规模可服务50年[14]，对保障我国钾肥工业可持续发展具有重大意义。

2.2.6 形成了高原盐漠地区生态生产生活融合发展模式

建立了盐湖4R1E生态绿色循环经济模式[15]，即在传统的3R(Reducing、Reusing、Recycling)的基础上增加了再发现(Rediscovery)、环境再改善(Environment improving)。再发现即在废弃物回收的基础上，通过生产勘探和固液转化、驱动开采盘活低品位矿，相当于“再造”多个察尔汗盐湖。环境再改善通过太阳能利用、人造湿地实现生态环境改造，成功建成200多平方千米的盐田和百里生态水景线，使过去“天上无飞鸟、地上不长草、风吹盐块跑”的盐漠地变成如今的“水草茂密、鱼类聚集、鸟类成群、蓝天白云碧水”共存的生态大盐湖，创造了新的盐湖生态和生物多样群，提升了盐湖自然风光和工业旅游价值，实现了生态生产生活的良性循环。

3 察尔汗盐湖资源开发利用关键技术进展

3.1 低品位固体钾矿利用技术

通过承担国家“十一五”重点项目“柴达木盐湖难开发钾矿开采技术研究”，发明了低品位固体钾盐的浸泡式转化方法，开发了溶剂配方及制取方法，并获得了该转化方法的成套技术参数，溶出液平均KCl品位为2.23%，远高于设计品位(0.50%)；溶解转化率达80%，远高于国外钾盐溶解转化率(30%～32%)。溶解后固体残余物KCl品位低于0.30%，奠定了建立盐湖固体钾溶解转化KCl工业品位2.0%、KCl边界品位0.50%的基础，建立了技术转化的六大工程化环节。

通过系统的室内、室外试验和现场工业化大规模应用，实现了浸泡式溶解转化技术的产业化。固体钾溶采工业品位由8%降至2%，使2.96 亿t依靠传统技术无法利用的低品位固体钾矿由呆变活。建成了300多平方千米示范区，已累计溶解转化固体钾矿5 004 万t。在世界上首次实现低品位零星固体钾盐浸泡式溶解转化技术的产业化，打破了察尔汗盐湖只能开采液体钾矿而无法开采固体钾矿的局面。实现了“再造察尔汗”目标，改变了我国钾资源供应格局。成果转化应用后新增250 万t/a钾肥产能。

3.2 尾矿钾资源综合利用技术

通过承担国家高技术示范项目和青海省重点科技攻关计划项目“利用含钾废盐建设10万t/a精制氯化钾工艺研究”，完成了多种化学体系的溶钾试验，发现了溶钾规律，探索出了高效室内机械溶解转化工艺，完成了钾石盐溶解工艺、真空冷却结晶技术以及结晶器的研究，创新了高钠贫钾尾盐溶钾制取钾石盐成矿工艺，开发出了四级串联逐级升温溶解、三级串联真空冷却结晶成套工业技术，研制成功了国内第一套10万t/a热溶—真空结晶氯化钾生产装置。

通过技术产业化开发了尾盐溶解转化制取钾石盐—热溶结晶工艺回收利用成套技术与装备，实现了尾矿的资源化利用。基于相图理论，建立了优化贫钾尾盐溶解转化与钾石盐结晶的技术经济模型，经多方案比较论证，首次开发出了高效室内机械溶解转化新工艺，年新增氯化钾产量17 万t，产品纯度≥98%，使钾盐回收率提高了6个百分点，成果处于国内领先水平。

3.3 共伴生锂矿综合利用技术

通过承担国家科技部、青海省多个重大科技计划项目，开发出了吸附法卤水提锂工艺，研制了适应高镁锂比卤水提锂吸附塔、专用锂吸附剂，并将吸附法与膜耦合处理工艺应用于盐湖提锂领域；开发出了解析液镁锂分离的新技术，通过物理方法在不带入其他杂质离子的情况下实现了镁锂的高效分离，解决了化学法除杂引入新的杂质离子及锂损失率高等关键技术难题，同时解决了传统镁锂分离物耗高、能耗高、三废排放多、产品质量不稳定等问题，降低了成本，提高了纯度。

通过解析液镁锂分离技术的推广应用，改变了我国盐湖卤水提锂格局，解决了超高镁锂比、低含量锂离子的卤水锂资源开发难题，使得我国锂资源保障程度大幅度提高。装置常温连续操作，无相变，无化学变化，工艺过程不带入杂质，减少了环境污染，建成的年产1 万t装置运行稳定，正在建设的年产2 万t装置部分工序已经产生效益，成果处于国际领先水平。

3.4 共伴生镁矿综合利用技术

通过引进挪威海德鲁公司的菱镁矿酸化制取氯化镁溶液后电解法制取金属镁技术与装备，经消化吸收，用于以盐湖卤水提钾后排出的氯化镁老卤母液为原料，经精制-脱水-电解流程生产金属镁。该技术破解了老卤净化与脱水难题，并据此建成了年产10万t金属镁装置，其工艺、装备等均处于国际领先水平，待稳定运行后拟进行多极电解槽优化、光卤石脱水电解、氧化镁喷射电解法创新，这将进一步提升该技术水平，必将开创我国金属镁轻金属产业新局面。

青海盐湖工业股份有限公司从1958年产出钾肥953 t发展到万吨级钾肥装置，再到百万吨产能以及如今的500 万t产能和循环经济产业集群，每一次提升都离不开新技术的突破和推广应用。新技术的研发、推广也促进了盐湖产业低碳、生态发展。国内外矿石法开采钾、镁、锂等资源，能源消耗大、污染排放多、环境负载重，而盐湖卤水资源具有明显的节能环保优势。盐湖卤水经太阳能蒸发浓缩，逐级提取钾、镁、锂、钠等产品，母液返回矿区循环利用，其生产过程采用太阳能、风能、水电等清洁能源和先进技术，不仅实现了从原料到产品的全流程节能低碳，而且形成了“资源—产品—再生资源” 的生态绿色循环经济模式。据测算，察尔汗盐田系统利用太阳能蒸发相当于年节约煤炭近2 000万t，减少CO2排放5 240万t、SO2排放17万t、NOx排放14.8万t。

4 察尔汗盐湖资源开发存在问题及展望

4.1 技术创新能力不足

在共伴生资源综合利用与新产业培育方面科技重大专项支撑不足，盐湖卤水资源可持续开采模型建立、盐田精控分离、金属镁及镁化合物提取、镁锂合金材料应用等关键技术和重大装备研发投入大，但作为西部经济欠发达省份，青海省和企业经济实力不足，亟需国家给予科技重大专项支持。高端科研人才严重缺乏，科研人才引进难、留不住的问题突出。科技创新机制不健全，尚未形成适合市场经济的科技创新激励机制。

4.2 资源配置与产业协同绿色发展不同步

察尔汗盐湖作为一个氯化物型钾盐湖，共伴生有镁、锂、硼、铷等多种国家战略性资源，坚持综合利用、平衡开发、生态优先、绿色发展的理念，脱掉“氯帽子”，实现“氯平衡”是前提。平衡氯的大宗产品只有PVC，采用乙烯法和乙炔法制取PVC需要大量的煤炭、天然气作为原料，多年来由于资源配置不满足循环经济产业链的需求，导致装置运行不经济、难持续。

4.3 发挥创新平台优势，加快关键技术再突破

60多年来青海盐湖工业股份有限公司先后与中国科学院盐湖研究所、中蓝连海设计研究院有限公司、中蓝长化科技工程有限公司、清华大学、华东理工大学等30多家科研院所、高等院校共建研发团队，开展科研试验、行业研究、市场分析，加速人才培养，打造紧密型盐湖资源“政产学研用”合作团队。未来将充分利用“国家工程技术研究中心、院士工作站、博士后科研工作站、省级重点实验室”“青海高端创新人才千人计划、海西州百人计划”“企业柔性引进人才机制”等平台强化与国内外科研院所、高等院校、行业协会、企业的学术交流、技术研讨、技术攻关，加快盐湖资源综合利用关键技术研发与成果转化，提升盐湖绿色产业国际竞争力。

4.4 推进盐湖生态镁锂钾园建设

青海盐湖资源综合开发利用前景广阔，盐湖开发涉及地质勘探、资源环境、矿山开采、化肥、盐湖化工、煤炭化工、天然气化工、氯碱化工、有色冶金、热电、建材、装备制造、轻金属材料等诸多领域，涵盖从原料、制造到农业、工业、食品、新材料、新能源、国防军工等终端应用全流程，涉及的产业链广、产品种类多，生产工艺技术复杂。今后需进一步创新产学研机制，通过合作开发、联合攻关、技术咨询、成果转让等方式，优势互补，共聚合力，推动盐湖生态镁锂钾园建设，构建世界一流的盐湖资源绿色开发产业体系。