中国盐湖科学技术研究的若干进展与展望

我国拥有得天独厚的盐湖资源,分布于北半球盐湖带欧亚盐湖亚带东部,主要分布在现代降水量<500mm/a的范围内。本文对中国盐湖科学技术60年来取得的若干进展进行初步梳理。1.在盐湖沉积与古气候、古环境研究方面:提出了各种盐类矿物的古气候转换指标。柴达木西部-塔里木东部氯化物型-硫酸盐型沉积区为我国第四纪以来干旱成盐中心,历经了6次以上的向外干旱(成盐)扩张期;提出青藏高原第四纪晚期存在5次泛湖高湖面;2.在盐湖成矿与成盐成钾理论研究方面:首编青藏高原湖泊水化学分带图(1/250万),揭示了青藏高原盐湖水化学类型由南往北、由碳酸盐-氯化物型分布规律及其相应成盐成矿专属性;发现几个大型陆相钾盐矿床,提出了高山深盆成盐模式、链式多级中浅盐湖成矿模式、多级湖盆深盆成盐模式、砂砾型含钾卤水成矿模式以及"隔代承袭成钾"等新认识,建立和发展了"陆相成钾"理论认识;发现青海大柴旦湖钠硼解石-柱硼镁石矿床、西藏扎仓茶卡柱硼镁石-库水硼镁石矿床、聂尔错库水硼镁石矿床等新类型镁硼酸盐(锂)矿床,进而提出冷冻稀释成硼理论新认识。3.自主研发出的"反浮选冷结晶工艺"生产氯化钾自控系统,使察尔汗盐湖钾盐达到300万吨/年KCl产量,形成了名牌钾肥产品。成功研发了罗布泊120万吨/年硫酸钾成套技术,建成世界最大的硫酸钾生产装置,2015年产量达160万吨,以上为我国钾肥生产作出了重大贡献。在自主研发的"冬储卤-冷冻-日晒-分离-盐梯度太阳池积热沉锂"创新技术支撑下,在西藏高原海拔4421米的扎布耶盐湖建成了世界海拔最高的锂盐产业,也是我国首条年产5000吨碳酸锂的盐湖提锂基地。4.根据盐水域发育大面积杜氏藻等嗜盐菌藻、盐沼带和盐碱地繁衍多种盐生植物的盐境生态特点,提出"盐湖农业"("盐土农业")农业新概念,发展盐境绿色产业提供新的理念和技术支持。最后,为今后盐类科学发展方向,提出了深绿科技与产业研发方向,随着盐类科学技术的发展,将会促进新的边缘交叉学科盐类学(Salinology)的发展和日臻完善。

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

锂对国民经济和国家安全具有重要意义,是21世纪的能源金属。近10年,中国主要从国外进口碳酸锂产品。中国是一个多盐湖的国家,盐湖锂占锂资源工业总储量的85%。现代第四纪盐湖主要分布在我国西北的青海、西藏、新疆和内蒙古四省区,具有很好的开发前景。经过多年科研后,目前国内已经在西台吉乃尔和扎布耶两个盐湖建立了卤水提锂产业。本文对比研究了这两个盐湖资源状况和地理气候条件,以及由此而决定的盐湖资源开发工艺流程,探讨了其工艺优化方向。并指出这两个盐湖具有锂资源储量大,品位高的优势,但是受盐湖类型或地理气候条件限制,工艺上有待改善。建议继续加强对盐湖开发技术优化和对盐湖提锂产业的扶持。

盐湖卤水锂资源及其开发进展

随着全球资源与环境问题的日益突出,锂资源的开发和利用受到人们的高度关注。由于盐湖卤水中含有丰富的锂资源,所以对其锂资源的开发利用具有重要意义。本文在全球盐湖卤水锂资源的分布及其水化学分类特征论述的基础上,对目前盐湖卤水锂资源的提取工艺进行了比较分类,对卤水锂资源的开发进展情况进行了综述。指出我国盐湖卤水锂资源的开发利用要充分考虑湖区环境,"因地制宜,就地取材",依托当地自然资源;在锂资源开发的同时对盐湖卤水中的其它资源进行"综合利用";加速研究开发高附加值锂盐产品,对锂资源进行"深度开发";根据我国矿产资源的国情和世界开发的发展形势,制定我国锂资源开发的长远战略规划。

西藏扎布耶碳酸盐型盐湖卤水相化学研究

中国盐湖资源丰富,且水化学类型齐全。西藏扎布耶盐湖位于西藏高原腹地,该湖卤水水化学类型为碳酸盐型,已处于盐湖演化晚期,是一个固液共存的盐湖矿床,具有很好的工业开发价值。笔者分别在15℃、25℃下对该卤水进行了等温蒸发实验,研究了在此两个温度下卤水中各元素富集行为和盐类矿物析出规律。并通过讨论其与国内外碳酸盐型和硫酸盐型锂盐湖的卤水蒸发路径和矿物析出异同,指出扎布耶盐湖具有其独特的卤水蒸发析盐路径。在本实验中低温有利于卤水中锂的富集,而高温有利于硼的富集,碳酸锂和钾盐交叉析出,低温时钾的矿物主要为钾石盐,高温时主要为钾芒硝,高温有利于获得高品位的碳酸锂混盐。

西藏当雄错盐湖卤水冬季日晒蒸发实验研究

西藏当雄错盐湖位于藏北高原腹地西南侧,其水化学类型属典型的中度碳酸盐型,具有很好的工业开发前景和价值。自然蒸发是盐田日晒工艺的应用基础工作,本文基于室内卤水等温蒸发实验的相关结果,在当雄错湖区现场开展了盐湖卤水冬季日晒蒸发实验,通过考察碳酸盐型盐湖卤水在现场低温条件下自然蒸发过程中液相各元素的富集规律以及矿物的结晶析盐规律,分析了锂、硼、钾等元素的集散行为,并根据卤水蒸发过程中的元素富集、蒸失水量、盐类析出顺序、矿物组合以及物化性质的变化探索了盐类分离的控制条件。以Na^+,K^+/CO_3^(2-),SO_4^(2-),Cl^(-)-H_2O五元体系(25℃)介稳相图为参考依据,绘制了当雄错盐湖卤水冬季日晒蒸发的结晶析盐路线。实验结果表明,当雄错盐湖卤水在冬季日晒蒸发过程中依次析出石盐、泡碱、天然碱、硼砂、钾石盐和扎布耶石,另有少量芒硝和泡碱等低温产物会提前析出或被母液夹带析出,利用冬季低温蒸发可制取富锂卤水,蒸发后期的母卤还可用于提取硼砂和钾石盐等矿物资源。实验结果为下一步开展盐田工程设计及制卤工艺操作提供了必要的基础数据,同时也为碳酸盐型盐湖卤水的综合利用和开发提供了理论支持。

西藏扎北盐湖夏季卤水自然蒸发实验研究

西藏扎北盐湖位于藏北高原腹地,其卤水类型属硫酸钠亚型,富含Li、K、B等元素。为综合利用该湖的液态矿产资源,于西藏当地对该盐湖富锂卤水进行自然蒸发实验。实验以Na+,Mg2+//Cl-,SO42--H2O四元体系15℃等温相图及K+,Mg2+//SO42--H2O三元体系15℃介稳相图为参考,绘制了扎北盐湖夏季卤水在秋季自然蒸发结晶路线图,研究了卤水在蒸发过程中液相的化学组成变化以及其蒸发析盐规律。结果表明,在蒸发过程早期(成卤率23.9%),锂浓度达1.2 g/L时,锂开始以Na3LiSO4.3H2O等复盐形式大量分散析出;硼在整个蒸发过程中以硼砂(Na2B4O7.10H2O)等形式分散析出难于富集;钾以钾镁矾(K2SO4.MgSO4.6H2O)和钾石盐(KCl)形式蒸发浓缩的后期大量析出。实验为扎北盐湖的盐田工程设计及制卤工艺操作提供了必要的基础数据,也可为我国西藏硫酸钠亚型盐湖卤水的综合利用提供一定参考。

论中国盐湖

中国是一个多盐湖的国家，并有悠久的盐湖开发历史。第四纪盐湖主要分布于我国西部和东北部。笔者将中国盐湖划分为４个盐湖区和１３个盐湖亚区。已知的４种盐湖水化学类型在中国均已找到。这些盐湖水化学类型以柴达木－塔里木东部干旱（极干旱）地区为中心，向外围发生有规律的变化。自第四纪以来，中国盐湖带反映出有６次以上干旱扩张期，该发现对于阐明中国乃至东亚第四纪古气候环境演变有重要意义。

鄂尔多斯盆地西、南缘奥陶纪地质事件群耦合作用

北祁连造山带和北秦岭造山带在早古生代经历了相似的洋陆转化过程,于奥陶纪时发育了汇聚板块边缘的沟-弧-盆体系,分别形成了北西向展布的北祁连造山带走廊南山北缘早古生代岛弧及弧后盆地和东西向展布的北秦岭造山带早古生代岛弧及弧后盆地。期间,秦岭-祁连洋的俯冲造山作用和鄂尔多斯盆地西南缘沉积类型和内陆湖盆的发展演化之间存在有机的联系,构成了盆-山耦合体系,引发一系列构造事件、火山喷发事件和多种类型的事件沉积等。它们之间存在着一系列成因机制上的联系,有着共同的宏观背景。鄂尔多斯盆地西、南缘在几乎相同时期存在一次构造背景的转变,由被动大陆边缘转化为主动大陆边缘,并诱发了多期火山喷发事件,在盆地西南缘奥陶系形成多套斑脱岩夹层,这些斑脱岩可能为同时期或者稍后的钾盐矿(包括含钾卤水)的形成提供了重要物源。同时,鄂尔多斯盆地南缘由浅水碳酸盐台地陷落为深水斜坡,在盆地西、南缘奥陶系有规律的集中发育重力流沉积(海底扇、浊积岩等)、滑塌沉积和震积岩等事件沉积。从形成机制上,华南板块向北俯冲触发了火山活动和地震,火山喷发在奥陶系集中沉积了多套凝灰岩夹层,地震活动导致同时期大套重力流沉积,并触发相对深水区沉积物向深水区移动,使得重力流沉积转化为浊流沉积,形成了具有良好储层的浊积岩。统计表明,上述事件发育的时间与秦岭地区构造活动相对最活跃的时期基本一致。因此这些分布稳定的凝灰岩薄层和中奥陶世集中有规律分布的重力流沉积砂体为华南板块向华北本快俯冲背景下形成的,它们之间存在耦合关系。

陕北奥陶纪盐盆的区域成矿地质条件分析

本文以鄂尔多斯盆地陕北奥陶纪岩盐为主要研究对象,在深入分析以往岩盐的成因机制和充分利用前人的研究资料基础上,从区域古气候、古地理、古构造和岩相古地理方面综合分析认为,奥陶纪时期,陕北盐盆能够发育巨厚岩盐,并且岩盐沉积时的卤水达到钾石盐至光卤石的阶段,是由有利于成盐的干旱古气候条件,有利于蒸发岩发育的半封闭的区域构造、地质条件,以及区域上有利于氯化物盐类迁移富集的预备盆地发育的区域岩相古地理条件共同作用的结果。

柴达木盆地西部深层卤水钾盐矿成矿地质特征

柴达木盆地西部深层卤水钾盐矿作为液体矿的一种,分为构造裂隙孔隙卤水钾盐矿床、化学盐类晶间卤水钾盐矿床和砂砾石层孔隙卤水钾盐矿床。砂砾石层孔隙卤水钾盐矿床是目前新发现的新类型的液体钾盐矿床,规模大,富水性强,采卤井中不易结盐,便于开发利用,主要分布于柴达木盆地西部山前断陷凹地。化学盐类晶间卤水钾盐矿床分布范围大,在柴达木盆地西部向斜凹地和断陷凹地均有分布,但储卤层富水性差,在采卤井中易结盐,目前技术条件下开采难度大;构造裂隙孔隙卤水钾盐矿床又称油田水。

青海西部尕斯库勒盐湖沉积物中铀和钍地球化学特征探讨

文章以柴达木盆地西部尕斯库勒盐湖沉积物为研究对象,通过对钻孔沉积物和地表沉积物中铀和钍含量的研究,探讨了盐湖沉积物中铀和钍的地球化学特征。分析表明,钻孔沉积物中铀和钍之间存在明显的正相关关系。在横向上,随地表取样点逐渐远离湖表卤水,沉积物中铀和钍的含量先增高后又急剧降低,且受补给水铀含量影响大;在纵向上,同一个晶间卤水层或者碎屑物沉积层内铀含量垂直分异明显,铀含量随深度增加而递增。就沉积物中铀和钍的赋存形式而言,2/3的铀被黏土质点吸附,1/3的铀夹杂在盐类矿物中;而90%以上的钍被黏土质点吸附,10%以下的钍夹杂在盐类矿物中。干盐滩中毛细蒸发和淋滤等化学沉积分异作用造成盐湖沉积中心的沉积物铀含量相对较高。

西藏搭格架铯硅华区热泉高温菌株的分离及特征研究

从西藏搭格架铯硅华矿床区热泉中分离培养高温菌T4-1,并进行了格兰氏染色、显微镜观察、室内温度实验、16SrRNA基因分析等。结果表明,T4-1为杆状菌,格兰氏染色阳性,其生长范围为45-80℃,最适生长温度70℃。16SrRNA基因分析结果表明,该菌株属于地芽孢杆菌属（Geobacillus）,在发育树上,T4-1菌株与高温烷烃地芽孢杆菌（Geobacillus the rmoleovorans）非常近。本研究为进一步开展西藏高温微生物资源以及微生物参与成矿作用的研究提供了首例。

碳酸盐型盐湖卤水的模拟太阳池结晶试验

在碳酸盐型盐湖提锂工艺中,太阳池是一个重要组成部分,目的是储存太阳能能量以结晶析出碳酸锂。文章利用加热方法首次在实验室条件下进行模拟太阳池结晶试验,试验的蒸发量随着温度的升高而加大,但蒸发量的不同对析盐结晶影响不大。在不同时间段模拟试验中,24h时间段的Mg2+析盐浓度较Li+大,且随着时间的延长逐渐降低,而Li+则相反;Mg2+析出速率随着时间的增加而逐渐降低,而Li+析出速率基本保持一致。在不同温度模拟试验中,卤水主要组分总析出率与温度的升高呈正相关,卤水中CO32-和Li+的浓度降低速度大于其他组分,CO32-和Li+的析出率远大于其他组分,析出主要矿物鉴定结果均为扎布耶石。

西藏湖区现场热溶冷结晶法提钾实验研究

本文以西藏当雄错盐湖为例,基于湖区独特的地热资源和冷资源,采用热溶冷结晶法在现场对日晒蒸发卤水获得的钾石盐矿进行分离提纯实验研究。实验考察了三个热溶温度和三个冷却温度。结果表明,热溶冷结晶法可以显著提高氯化钾的品位,当冷却温度一定时,热溶温度越高,氯化钾的分离提纯效果越好。同时,以Na+、K+/Cl--H2O三元体系相图为理论指导,讨论和验证了湖区现场自然条件下的热溶变温冷却实验结果,进一步明确了工艺优化的方向,为我国西藏高原碳酸盐型盐湖卤水钾资源的开发利用提供基础数据和工艺参考。

探找热水的有效方法——以EH-4电导率成像系统在西藏尼玛县找热水为例

EH-4电导率成像系统在西藏尼玛县探找热水中得到成功应用,充分体现了该成像仪的诸多优点,同时也反映出所测数据的整理、分析和合理解译是整个测试过程中十分关键的环节;在现场操作中要充分考虑近场源信号干扰、地形修正及线路、电极的导通与接地.在前次采用激电法探测的基础上,利用EH-4电导率成像系统进行了加密、补测,从而对热储进行了圈闭,并对两种测试方法及已经施工的验证钻孔,根据测区内地质体、水及热水具有不同视电阻率的特性,进行了有效的分析、对比,最后综合了两种方法的测试成果,为下一步寻找、开发利用热水资源提供可靠依据.本文就是通过找热水这一实例来揭示EH-4电导率成像系统在实际应用中的作用和意义,同时也为以后开展类似工作积累一点实践经验.

新型太阳池的研究

盐梯度太阳池是运用最广泛的太阳能收集系统之一 ,但是在运行过程中存在许多不足 ,人们相继开展了新型太阳池的研究 ,针对这些新型太阳池进行了概述 。

地表过程与盐湖学中锂同位素地球化学应用

由于具有较大的相对质量差异,锂同位素在地球化学过程中分馏程度较高。尤其是在地表环境中,锂同位素分馏现象最为明显。本文介绍了锂元素的基本性质,讨论了锂同位素分馏行为以及存在的争议。其次,地表环境中河水或海水锂同位素特征作为构造事件和气候变化的地球化学响应,可反映区域构造、气候条件以及风化程度,并且有可能作为定量计算大陆硅酸盐风化CO_2消耗量的指标。另外,在现阶段盐湖学研究中,锂同位素主要用来示踪盐湖锂的物质来源,同时也应结合其它示踪元素,共同研究锂资源来源以及找矿问题。但能否利用盐湖沉积物或者卤水的锂同位素组成来定量计算硅酸盐化学风化过程CO_2消耗量,为全球碳汇及相关古气候、古环境研究提供依据,还有待做更深入的细致调查与验证。

LiMg_xFe_(1-x)PO_4的制备和性能研究

为提高正极材料LiFePO4的充放电性能,用Mg对LiFePO4进行掺杂,研究了Mg掺杂量对LiFePO4性能的影响。掺杂Mg可提高LiFePO4的容量,x=0 05时,用80mA/g的电流进行充放电,循环20次后,放电比容量可达115 19mAh/g。

系列升温条件下碳酸盐型卤水快速提锂研究

针对西藏扎布耶碳酸盐型盐湖两个系列卤水进行了快速加热提锂实验研究，通过实验发现所用卤水集中析锂的温度应在25℃以上；卤水加热温度在40℃～60℃范围时，得到品位达到80％以上的Li2CO3混盐，此时卤水中Li^＋析出率可达到40％～50％。说明该方法用于碳酸盐型盐湖卤水提锂是可行的。

碳酸盐型盐湖提锂工艺过程中Rb、Cs、Br的变化规律

对藏北碳酸盐型盐湖提锂工艺过程中不同阶段的卤水进行采样分析,不仅可了解盐田工艺不同阶段的主要卤水组分浓缩规律,也可了解其它组分的浓缩规律,主要是Br-、Rb+、Cs+等有价值组分。在盐田晒卤过程中,Br-、Rb+、Cs+的浓度是持续增大的,但还未达到饱和状态,三者在卤水中的浓缩速度随着卤水浓度的增加而逐渐下降。在太阳池结晶过程中,Br-、Rb+、Cs+以高浓度状态继续保留于太阳池底层卤水中。从盐田晒卤到太阳池结晶过程中,Rb+、Cs+、Br-的浓度一直处于上升趋势,表明三者在卤水的赋存状态还未达到饱和。这些特点可为盐湖资源综合利用提供重要参考。