冠农股份之罗布泊的锂镁资源分析

罗布泊的锂镁资源与恢复罗布泊生态环境建设工程
作者：霍有光 时间：2015-07-21 08:47:20

罗布泊的锂镁资源与恢复罗布泊生态环境建设工程

丰富的沙尘源、强风和极不稳定的大气，是引发沙尘暴的三个不可或缺的因素，后两者主要与气象条件有关。”——陆海统筹，海水西调可以加快渤海水体循环交换的速度，降解水污染。将渤海水填充到西北沙漠干涸的盐湖中，既可以镇压沙尘源（裸露的盐湖湖床）遏制沙尘暴，又可以发展海水养殖业种植业，湿润局地气候……

关键词：陆海统筹，海水西调，罗布泊，黄旗海，风电光电，海水农业



一、锂的经济意义与罗布泊锂镁资源概况

　　盐湖资源的主要化学成分是碱金属、碱土金属的氯(卤)化物、硫酸盐、碳酸盐、硼酸盐等，即所谓“成盐元素”的化合物。因此，盐湖资源开发利用的初级产物，主要就是上述化合物(不同规格)的产品。目前世界上由盐湖资源开发出的初级产品有二十多种。盐湖由于所属化学类型不同、卤水成分不同，初级产品种类亦有差别，例如钾盐、镁盐、硼酸盐、锂盐等。

　　（1）金属锂及其化合物的性质和用途

　　a.锂的性质和用途

　　锂资源被誉为国民经济领域和国防建设领域的“战略资源”，在能源领域和航空领域等方面也存在着较大的应用前景。锂早先的工业用途是以硬脂酸锂的形式作为润滑剂的增调剂，锂基润滑脂具有高抗水性能、耐高温和良好的低温性能。如在汽车等零固件中加入锂基润滑剂，就可以提高汽车的使用寿命。在冶金工业中，锂能和氧、硫、氯、氮等元素发生强烈的化学反应，充当反应过程中的脱氧剂和脱硫剂。如在优质特殊合金钢材的生产中，加入少了的锂，就可以改善钢材的内部结构，是最理想的除杂材料。在玻璃中添加少量的锂，可以提高玻璃的耐腐烛性能；在纯招中添加少量的Li、Mg、Be等元素，可以使合金的强度增强、重量减轻，用来作为制造飞机的材料。锂的燃烧热巨大，1kg锂燃烧可释放42998kJ的热量，是作为航空燃料的最佳金属之一。锂最让人惊叹的是其优异的核性能，被称为“高能金属”。锂的同位数之一(Li6)，即可以用来作为核反应的原料，也可以用来控制核反应的速度。

　　b.锂化合物的性质和用途

　　锂化学性质活拨，在自然界中通常以化合物的形式存在，他们的性质也各不相同。以下主要介绍在日常生活和工业生产中常见的、用途广泛的锂化合物的性质和用途。

　　碳酸锂:在冶金行业中，碳酸锂可以降低熔浆和炉渣的粘度，改善熔的流动性，从而促进各组分的分离，减少金属被炉渣包裹夹杂，提高金属的回收率，同时降低了能耗。例如在铅冶炼中，向电解槽添加碳酸锂，可以提高电流效率，降低槽电压，使得能耗下降、产量增加。锂电的主要原料是碳酸锂，核心产品是锂电解液和正极材料。自1991年日本索尼 公司首次发布商用锂电池以来，锂电行业飞速发展，锂电耗材如钴酸锂、锰酸锂、高氯酸锂和磷酸铁锂的生产和消费增加。据统计，2011年全球碳酸锂的消费量为13.5万吨，以年增速10%计算，到2020年碳酸锂的消费量将超过26万吨。锂离子电池有容量大，体积小，使用寿命长等特点，目前正大量地应用于手机、电脑等便携式电子产品上。除了向电器市场微型化发展以外，锂离子电池也在向大型电动设备领域进军。1999年，日本汤浅公司生产的锰酸锂电池，能量是铅酸电池的三倍，用于潜艇上替换铅酸电池，已成功地在无人小艇上完成下水试验。上个世纪末，美国在锂离子电池商品化的基础上，将其运用于军事系统。在2005年，完成了袖珍潜艇装置的高能量电池系统的研制，电池总能量为1.2MWh。锂离子电池市场的发展潜力很大，对碳酸锂的需要越來越大，这将推动全球锂工业的发展。

　　氢氧化锂：主要用于化工原料、电池行业、化学试剂、玻璃等领域，同时也是国防、原子能和航天领域的重要原料。以氢氧化锂为原料制备的锂基润滑脂，使用寿命长、抗水防火性能好、难氧化、适用温度范围广，广泛运用于军事、汽车以及各种机械传动部件上。将氧氧化锂加入碱性蓄电池的电解液中，可以延长电池使用寿命2-3倍，增加电池容量2%-15%。氢氧化锂对二氧化碳有很强的吸收能力，可以用作空气清洁剂。

　　氯化锂：用途广泛，涉及冶炼、煌接、空气调节、电池和医学等领域。在冶炼行业中，氯化锂的主要用途是作为熔盐电解生产金属锂的原料，还可以用作钛、铝生产过程中的助熔剂；在焊接领域，氯化锂可以用作铝和铜的干燥剂；在空气调节领域，氯化锂可以用作空调和除湿机中的干燥剂；在电池领域，氯化锂可以用作锰酸锂电池的电解液。

　　溴化锂：可以用作制冷剂，广泛应用于空调制冷行业中。目前，50%浓度的溴化锂溶液已被大量用作大型吸收式空调制冷的工作介质；有机合成中，溴化锂可以用作HCI的脱除剂；在电池工业中，溴化锂可以用作锂电池电解质；在医药领域用作催眠剂和镇静剂。此外，还用作有机纤维的泡胀剂、蛋白质的膨胀剂和照相的化学试剂等。

　　其他锂化合物：锂的其他化合物在各个领域也同样有着非常重要的用途。例如钴酸锂用作锂离子电池的正极材料，制成的电池工作电压高、使用寿命长；氢化锂能与水发生强烈反应，放出大量氢气，用于军事上和浮力装置中。Li2S4用于制备特种强度的玻璃，硝酸锂用作热传递介质和熔火的火熔冷却剂；有机锂化合物用作聚合反应中的催化剂；用Li2Si03、NazSiCb制成的成膜物质，可以用作纤维水泥瓦的着色涂料。

　　（2）国外综合利用盐湖资源概况

　　许多盐湖资源的综合开发，就是由利用钾盐开始的。死海卤水属于氯化物型，加工利用死海卤水直接获得的产品是氯化钾和溴。然后结合死海周边的其它矿产资源，再加工生产下游产品。目前以色列DeadSea Works 年生产了330万t氯化钾。Dead SeaBromine Goup用于生产溴及溴的无机化合物、有机化合物衍生品种和规格多达90多个。包括溴阻燃剂30多种，无机化学品14种，杀生剂17种，溴有机化合物14种，钻探完井液8种，农业化学品7种。2008年以色列生产溴大约25.6万t。以色列共有6家公司生产基础镁产品，生产能力约为氧化镁11万t/a，氯化镁10万t/a，金属镁5.5万t/a，氢氧化镁1.2万t/a。国际发展趋势是利用盐湖卤水作原料制取无水氯化镁，使得生产成本大幅度下降，以色列和约旦在死海大力发展盐湖光卤石炼镁工业，掀起了世界镁工业新技术革命。

　　约旦从事开发死海的是阿拉伯钾盐公司2007年生产钾盐180万t，工业用盐120万t，主要出口科威特用于制造氯气，再生产其下游衍生物，还年产餐桌盐3.2万t。

　　（3）国内综合利用盐湖与开发锂资源概况

　　2009年中信国安 在柴达木盆地西台吉乃尔盐湖建设了碳酸锂5000t生产线。

　　西藏是我国四大盐湖区之一，面积1km2以上盐湖，有234个之多。位于日喀则地区的扎布耶盐湖，卤水属于碳酸盐类型，其锂、钾、硼等有用成分浓度很高。尤其锂浓度之高，国内首屈一指。从盐湖中生产出高品位碳酸锂精矿，然后进一步经化学加工，得到工业级碳酸锂产品。经过工业化生产试运行，生产出合格锂盐产品。其生产成本与世界先进的低成本水平相当。是我国自主研发的低成本盐湖提锂的成功典范。

　　随着核能、铝锂合金、锂离子电池的发展，锂的需求量增加，而矿石锂资源的不足，从盐湖提锂已成为人们关注的热点。不完全统计目前国内市场需求量为7500吨左右，而产量不到5000吨，部分依靠进口解决，其市场价格近20%涨幅递增，因此，盐湖卤水锂资源的综合开发利用将是我国锂盐工业发展的主导方向。

　　（4）罗布泊盐湖资源概况

　　罗布泊钾盐矿床是以液体钾盐矿为主，固液体矿并存的大型钾盐矿床，同时共生有液体石盐矿及镁盐矿，伴生有固体石盐、钙芒硝矿床，钾盐资源量以KCl计为2.5亿t。其中，液体矿是以钾为主，并共生有钠、镁，伴生锂、硼等稀有元素等综合性矿产，富钾卤水主要以晶间卤水形式赋存于盐类矿物的晶间。固体钾盐矿主要以钾盐镁矾等形式出现，储量很少。目前，罗布泊盐湖的生产为开采富钾晶间卤水。罗布泊盐湖卤水属硫酸镁亚型卤水，赋存有钾、镁、钠、硫酸盐等成分，其品位超过工业品位，具有单独开采的价值，而其他伴生的锂、硼等稀有金属通过卤水蒸发和老卤循环富集亦可达到综合回收的目的，经济开发潜能巨大。

　　与国内外著名盐湖综合比较化学成分罗北凹地（罗布泊钾盐矿床）K+含量高于美国大盐湖、邦尼维尔盐湖、大柴旦盐湖、大浪滩盐湖，低于阿塔卡玛盐湖和昆特依盐湖。规模罗北凹地钾盐矿规模仅次于美国大盐湖钾盐矿。




罗布泊湖心干涸的盐壳

　　据2000年有关刊物披露，新疆有色金属 公司参股加盟罗布泊钾盐公司，在罗布泊建立钾肥和卤水提锂基地，已正式挂牌启动。

　　“十一五”国家科技支撑计划“罗布泊盐湖资源综合开发利用关键技术研究”项目，就是针对罗布泊盐湖资源开发中急需解决的共生资源综合利用和高值开发问题，对制约资源环境良性开发的重要科技问题和产业化关键技术以开放、联合、学科交叉的方式进行重点攻关和产业化研究，最终实现盐湖资源的物尽其用。




这是位于罗布泊的国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司厂房(6月18日摄)

　　由于已在新疆罗布泊地区查明一世界级超大型钾盐矿床，潜层卤水面积达1300平方公里，其钾盐中富含氯化锂，为大力发展钾肥、锂盐提供了资源保障。

　　1977年以来，由于国内传统的固体矿山锂后续资源跟不上，原料生产成本高，制约了我国锂盐的生产和发展。而新疆锂盐厂生产的锂盐系列产品是新疆有色金属公司的拳头产品，其产量、规模、质量长期居国内和亚洲第一，通过联合，扩大生产能力，使锂原料发生了革命性的变化，我国低成本锂盐生产将攀上新的台阶。

　　锂、硼在盐田蒸发过程中不断浓缩，而且随着硫酸钾生产兑卤工艺的不断实现，锂在老卤中不断富集，其综合开发利用成本显著降低。

　　罗布泊湖盆地蕴藏着丰富的锂盐（LiCl）资源，总储量210.23万t。罗布泊卤水锂资源的特点是：卤水为硫酸盐型，含镁高，一般Mg／Li>500，老卤中含Li0.21％～0.26％（原卤含锂0.020g/L，老卤含锂0.20g/L）。锂工业应用品位在0.016%～0.16%，可见，罗布泊锂盐资源开发前景十分诱人。




这是国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司硫酸钾生产线(6月16日摄)

　　罗布泊湖盆地蕴藏着丰富的硼盐（B2O3）资源，总储量433.5万t。在盐田日晒过程中，硼不会结晶析出，而富集在母液中。分离掉其它盐类后的氯化镁饱和卤水中，硼可以富集十倍以上。无疑从这种卤水中提取硼化合物，应该更经济。

　　根据罗布泊卤水资源的特点：卤水属于富含钾、硼、锂的海水型硫酸镁亚型，原卤水含锂0.02％，不能直接提取，盐湖水经日晒蒸发分离掉水量盐类后的饱和氯化镁卤水，硼、锂得到富集。

　　罗布泊卤水中钾作为主要利用的资源，经济效益明显。原卤直接利用经济上不可行，可在提钾的工艺后对老卤进行综合利用。铯从分析结果得到含量较低，不具备利用价值。硼含量大，具备回收利用价值；但考虑到硼盐产品单一，市场较小，利润不大，最好以伴生形式被提取。镁资源量巨大，在镁的利用上需要考虑选择合适的产品流程。

　　（5）罗布泊盐湖资源利用方向

　　从卤水分析结果，作为卤水的资源开发应遵循如下方向：以钾的资源利用为主，重点开发锂资源的利用；同时考虑硼、镁资源的利用；对于溴的资源，在利用锂资源的同时一起利用。锂方面以碳酸锂作为主要产品，同时开发氯化锂、氢氧化锂、金属锂以及与溴相结合的溴化锂；硼以硼化合物为主要产品；镁则以镁砂、氢氧化镁、电解镁等系列产品开发。




这是深入罗布泊的哈罗铁路罗中站(6月18日摄)

　　罗布泊盐湖卤水的镁锂比远高于南美盐湖的水平，与青海的卤水处于相当的水平，因此锂的提取是个难题。通过国外、国内目前针对高镁比卤水提锂方法的对比，结合罗布泊的自然气候条件和当地的资源状况，可以选择三种工艺方案：

　　方案一：采用成熟的膜技术来分离、富集锂，最后沉锂得到碳酸锂产品。

　　方案二：利用结晶法深度沉淀除镁，然后加芒硝除钙，最后沉锂得到碳酸锂产品。

　　方案三：采用锂锰氧化物离子筛对锂的选择性吸附，分离提取锂，最后沉锂得到碳酸锂产品。

　　主要参考文献

　　[1]周喜诚.吸附法从盐湖卤水中提锂及制备碳酸锂的工艺研究.2013.

　　[2]支红军.新疆罗布泊卤水锂铯硼等资源开发利用.新疆有色金属，2012（6）.

　　[3]李浩等.新疆罗布泊盐湖卤水资源综合开发研究.地球学报，2008（4）.



二、引渤入疆恢复罗布泊生态环境建设工程




　　我国北方新疆、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西以及河北、辽宁省区境内，分布着条带状断续相联的、面积浩瀚的八大沙漠。从西向东依次是：新疆境内的塔克拉玛干沙漠（其北还有古尔班通古特沙漠）；内蒙古与甘肃交界处的巴丹吉林沙漠；内蒙古、甘肃、宁夏交界处的腾格里沙漠；内蒙古境内的乌兰布和沙漠、库布齐沙漠；宁夏、内蒙古、陕西交界处的毛乌素沙漠；内蒙古与河北交界处的浑善达克沙地；内蒙古以及辽宁境内的科尔沁沙地。总面积约54.64万平方公里。这八大沙漠，构成了一条横亘我国北方的纬向（即东西向）沙漠带。其中巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库布齐沙漠、毛乌素沙漠、浑善达克沙漠地处我国第二地理台阶，地势相对较为平坦，东西高差变化不大。

　　1.陆海统筹、海水西调、引渤入疆、恢复罗布泊的目的

　　（1）以海水作为生态水填充沙漠中干涸的盐湖，大面积地镇压沙尘源，遏制沙尘暴；（2）利用沙漠丰富的太阳能 ，将海水蒸发为水汽，增加露水与降雨（转化为淡水），湿润塔里木盆地的气候；（3）发展海水养殖业与海水种植业（嗜盐作物）；（4）营造多梯级的人造海，逐级浓缩盐类资源，发展盐化产业；（5）依托人造海获取淡水（如冬季采冰），发展采矿产业、热电产业、海水淡化产业（利用发电厂余热）、煤化产业、风电产业，为加快新疆城市化进程、安排就业人口提供强大的动力；（6）盐只有达到饱和浓度时才能够结晶，调水沿途不会出现所谓的污染问题，即便结晶，也只能沉积到盐湖里，这数十亿吨盐类资源，不过是增加了盐湖（如罗布泊）的盐矿储量而已，可留给子孙后代发展盐化产业。

　　2.内线调水方案（阴山以南，即霍有光内线调水方案1997）的梗概

　　从天津附近的渤海口取水，通过管道分级提升到海拔1280余米（1立方米水，每升高200米，需1度电；升高1400米，耗电7度），登上我国第二个地理台阶，进入黄旗海（海拔1264～1266米），形成2000平方公里的湖泊。然后修建管道或防渗渠道，采用若干小提扬（10～20米）工程+长距离自流的办法，穿越库布齐沙漠→乌兰布和沙漠→巴丹吉林沙漠→河西走廊戈壁（可将沙漠中干涸的盐湖串联起来，形成串珠状人造海，即：→○→○→○→○），由天津至疏勒河全长1900公里，然后利用疏勒河（阿奇克谷地）自流入罗布泊。

　　整个内线调水线路始终与东西走向的山脉平行（没有隧道或穿插工程），施工地形非常平坦，并且不是（阴山以北，即陈昌礼外线调水方案2003）传统的草原或农耕区。（比西气东输所遇地形地貌要简单得多）







　　内线调水方案示意图：天津至疏勒河全长1900公里，利用疏勒河（阿奇克谷地）自流入罗布泊



　　纵观内线调水所经过的地区，从东向西依次分布着七大沙漠，它们（以及降雨量）是：浑善达克沙地（264.6～368.7mm）、毛乌素沙漠（400～250mm）、库布齐沙漠（249mm）、乌兰布和沙漠（102.9mm）、腾格里沙漠（小于200mm）、巴丹吉林沙漠（50～120mm）、塔克拉玛干沙漠（11.05mm），空间上它们是连续展布的（越深入内陆，降雨量呈递减趋势）。除塔克拉玛干沙漠外，其它沙漠均分布在我国第二个地理台阶（海拔1200～1300米）之上。

　　3.陆海统筹、海水西调、引渤入疆、恢复罗布泊的调水能源问题

　　可使用北方沙漠丰富的风能、太阳能资源，也可以使用核能（包括核聚变）等其他能源。譬如：（1）罗布泊（镇）地区有效风可利用时间4500～6000小时/年，可装机容量4700万千瓦（有效风功密度200～350千瓦时/平方米，年平均风速6米/秒，可利用时间4500～6000小时/年）。（2）罗布泊（镇）地区太阳能资源十分丰富，年日照时数2750～3078小时，年总辐射量5340～6060兆焦耳/平方米，是全国太阳辐射最多的地区之一，仅次于青藏高原。

　　4.海水西调的气象学（两山夹一盆——山盆构造）原理

　　我国北方沙漠大多属山前拗陷自流盆地的一部分，沙漠周边被高耸的山脉所围限。譬如（1）南有高耸的黄土高原、六盘山、贺兰山、祁连山 、阿尔金山、昆仑山；（2）北有阴山、走廊北山、天山；（3）北方纬向沙漠带的东缘，被吕梁山（北东向沿展达400余公里，海拔1400～2500米）、太行山（北东向展布，北起北京西山、南抵黄河北岸，海拔1500～2000米）、燕山（狭义的燕山区，北京房山一带海拔1500～2000米）、大兴安岭（北东向展布，全长1200余公里，海拔1100～1400米）等山脉所封闭（即沙漠不是直接与华北平原、东北平原接壤），它们山峦重叠，绿色环绕，形成了一道天然屏障，又被称作“绿色环带”。这种沙漠低、周边高的地貌环境（山盆构造），使得沙漠人造海蒸发的云气资源不至于轻易吹出区外。






　　沙漠腹地人造海水大量蒸发后，一是湿润了当地的环境；二是与深入内地的东南季风汇合，或被西北风吹向下风的边缘山区。处于沙漠边缘山脉中心线上的分水岭山峰，大多高达1500米～2500米以上，吹来的湿气，在高山区受到地形的抬升与摩擦作用，会迅速的把暖而湿的气层抬升到凝结高度以上，最终受冷凝结，形成降雨：分水岭“面向”沙漠的群山，雨水沿沟谷和山前河道，汇入沙漠（添加内流河流量），可增加沙漠的淡水资源；分水岭“背向”沙漠的群山，雨水则沿沟谷输出，补充了黄河流域的水资源（添加外流河流量）。一般山脉深处降水最多，降水量从山脉深处、沙漠盆地边缘向沙漠中心减少。（注：湿气被东南季风吹向阴山方向的情况与此类似，不赘述。）

　　因此，“山（高山冷凝系统）——盆结构”与“沙漠人造海”相结合，可加强水平方向和垂直方向气候带的“增雨作用”。

提出为北方沙漠西调渤海水，目的就是要充分发挥天降雨雪三个必要条件的功能，即通过海水西调（营造人造海）与沙漠蒸发作用，与当地的“山——盆构造”相结合，形成大量水汽，与每年7～9月呈递减趋势、抵达内陆沙漠的夏季风（水汽）会合，增加局地水汽的数量，遇高山冷凝系统后形成更大的降雨，为沙漠、戈壁盆地提供雨水（淡水）资源。一般认为，东南季风带来的太平洋 水汽可以到达河西走廊的张掖附近并影响到甘、新边界。在夏季沙漠蒸发最强烈的时候，人造海大量蒸发的水汽与入侵的夏季风相叠加，可以增加西北沙漠及周边地区的降水总量与几率。




　





　　塔里木山盆地貌及其位置图

　　塔里木山盆构造：东部缺口，通过阿奇克谷地（疏勒河）与河西走廊相接。





　　西气东输线路与引渤入疆（内线调水）地貌特点对比示意图

　　

　　5.“陆海统筹，海水西调工程”不过是“西气东输工程”的“逆向工程”

　　渤海深深嵌入我国北方大陆540多公里，是大自然赐予中国的地利之源，有取之不尽的水资源。与国内其他跨流域调水方案不一样，西调渤海水不会改变我国陆地上任何一个地区原有水资源的数量，调水不会顾此而失彼，反而可为绿化西北沙漠、再造山川秀美的生态环境、遏止沙尘暴服务，为21世纪大力发展沙产业打下坚实的基础。
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