鹽湖化學

對存在於客觀世界中物質的性質及其相互間作用的認識、分離提取、綜合利用及其人工合成，是化學學科研究的內容之一。結合我國特有、豐富礦產資源的特點,研究其成因演化、分離提取及其綜合利用，乃是科學工作者的重要任務之一。我國鹽湖科學工作者，應根據我國鹽湖的特點,進行深入的科學探討，創立並發展鹽湖化學。

我國的鹽湖，以數量多、面積大、類型全，鉀、硼、理等元素的含量豐富的特色而聞名於世界。有的鹽湖，面積數千平方公里，僅食鹽的儲量，就可供目前全世界人口食用一千多年。鹽湖中，除了沉積着巨量的鹼金屬、鹼土金屬的碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物和硼酸鹽外，在它的飽和和過飽和的湖水和晶間滷水中，還含有大量的鈉、鉀、鎂、硯、銼等元素。它們是無機鹽類的巨大寶庫，是化學、冶金、醫藥、玻璃等工業和農業發展不可缺少的原料，而且在近代的空間技術和原子能工業方面，也日益起着重要的作用。

中華民族是世界上從事鹽湖採鹽歷史悠久的民族。早在兩千多年前的春秋時代，山西安邑人民就開始利用運城鹽湖滷水製鹽。公元六世紀，西藏人民就開始了鹽湖硼砂的開發利用。北宋沈括在《夢溪筆談》中，則對山西運城鹽湖作了詳細的科學敍述。然而，我國鹽湖科學系統的研究，還是在解放後才建立和發展起來的一門新興科學。遵照偉大的領袖和導師毛主席和敬愛的周總理關於在本世紀內，全面實現農業、工業、國防和科學技術現代化的指示，英明領袖華主席關於科學要興旺發達，要捷報頻傳的號召，展望我國鹽湖科學工作，應該是立足於當代科學技術的新成就，充分運用地學、化學、物理學、數學等學科的理論和實驗方法，儘量克服過去定性描述現象的缺點，而能做到定量或半定量地分析和闡明鹽湖的本質。結合我國鹽湖的地理條件，滷水和鹽類沉積中化合物組成和元素分佈等特點，研究鹽湖中鹽類礦牀形成的地球化學規律；濃鹽溶液的物理化學性質及其在自然條件下的變質作用；鹽類的結晶及其相互間的轉化；重要鹽類和元素的分離提取及其綜合利用等，創立鹽湖化學，為實現鹽湖科學技術現代化做出貢獻。 ^[2] 

察爾汗鹽湖羣是我國最大的可溶性鉀鹽資源基地且賦藏於滷水中，提取鉀肥適應市場需要，必須走鹽田日曬途徑獲得光鹵石。鹽湖所 (包括建所前中科院化學所和化工部上海化工研究院) 的科技人員依據生產需要，50年代除進行應用基礎工作外，進行了不隔離鹽田 (即挖坑) 蒸發的長期觀察，這種方法所得光鹵石礦是60年代察爾汗鉀肥廠生產鉀肥的主要光鹵石來源。

據地質人員介紹有淡水及粘土地帶在南部邊沿外30千米外，可鹽湖所科研人員硬是在湖內邊沿地帶找到被滷水所飽和的粘土且有的地區上面還有鹽蒸。以此粘土作隔水層，修池埝。有鹽蒸的地方當作鹽田底板。創出世界上修建鹽田最廉價的方法，青海鉀肥廠第一期9平方千米鹽田中土建費用僅1元多/平方米。

鹽田日曬工藝作了單次日曬，多次串聯走水日曬，不同深度以及設計需要比蒸發參數的研究。70年代到80年代還進行了深水鹽田日曬工藝研究，為適應機械進池採礦需要進行鹽田池板加固研究，這些研究不但為旱採的察爾汗鉀肥廠提供了原料也為青海鉀肥廠鹽田日曬池提供了試驗依據。

光鹵石的加工，50年代建廠初期由於沒有淡水，進行了氯化鎂不飽和滷水分解光鹵石獲得含50%KCl的鉀肥產品並投入生產。隨後有淡水後進行了淡水洗滌鉀肥成工業氯化鉀的方法，而且也投入生產。

與此同時，鹽湖所進行冷分解光鹵石浮選加工成氯化鉀的工藝研究 (包括浮選槽和浮選柱)，且試驗規模均達到中試。

這些採滷、鹽田日曬工藝、採裝機械以及浮選工藝一整套工藝流程或設備不但是1969年至80年代察爾汗鉀肥廠的生產方法，也是青海鉀肥廠第一期年產20萬噸氯化鉀的示範廠，獲得1978年全國第一科學大會的獎勵。

此外，1963年還進行熱法中試，70年代進行熱溶結晶法小試，80年代初上海化工研究院進行了光鹵石冷分解和氯化鉀冷結晶研究。這些試驗為青海鉀肥廠第二期年產80萬噸氯化鉀廠提供了依據。

光鹵石分解後存在大量氯化鎂。鹽湖所進行了氨光鹵石製備，脱水製取無水氯化鎂的小試、擴試以及碳銨法制備氧化鎂的試驗研究。

1985年國家計委把青海鹽湖滷水提鉀及其綜合利用研究列為 “七五” (1986～1990)重點科技項目76項中的一項。主要進行察爾汗湖的水化學、水動態與自動觀測、鹽田工藝與開採、鉀鹽加工和鎂水泥四個子課題幾十個三級課題的研究。

在這些重點項目研究中，鹽湖所完成了察爾汗鹽湖氯化鎂水冷凍蒸發富集硼鋰研究，最終達到可開發的指標，鉀鹽加工中完成了電滲析法加工碳酸鉀和氫氧化鉀中試，鎂水泥項目中完成了鎂水泥製備性能改善和部分機理研究，對鎂水泥加工存在變形和耐水性差的問題有了很大的改進，水化學水動大/小和自動觀測完成了“七五”期間預定的長期觀察任務。

化工部連雲港礦山設計研究院和長沙化工設計研究院完成了光鹵石溶解重結晶製取氯化鉀和低鈉鹽中試。引進水採船消化吸收的有關研究，化工部上海化工研究院完成了冷分解冷結晶製取氯化鉀的試驗。

“八五”期間國家計委仍把水化學水動態列為國家重點項目。青海省科委察爾汗光鹵石加芒硝通過製取優質軟鉀鎂磯，生產硫酸鉀的中試也由鹽湖所承擔並完成。

“九五”期間國家科委與青海省科委還把察爾汗鹽湖高值開發與綜合利用列為國家科委重點科研課題，鹽湖所完成了製取硫酸鉀新工藝工程化試驗研究等內容。

大柴旦湖是硫酸鹽類型鹽湖的典型代表，從1959年起就進行了鹽田修建、鹽田日曬工藝的研究，後期固相析出少量鉀石鹽及大量光鹵石，而硼鋰均寓集於氯化鎂共結點水中。

光鹵石的加工進行過鉀混鹽通過冷分解浮選法只獲得KCl品位為70%多的鉀肥。80年代在鹽田中通過兑滷法獲得NaCl含量小於5%的優質軟鉀鎂磯，然後可直接加些氯化鉀生產硫酸鉀。申請了專利並完成了中間試驗。

鋰的提取做的工作最多，這是因為柴達木盆地鹽湖滷水Mg/Li比大於1000，而Mg與Li化學性質相近，造成提取上的困難。50年代末鹽湖所進行過鹼分部沉澱法。60年代初，中科院化學所用鋁酸鈉選擇性沉澱鋰的直接提取法，鹽湖所在70年代初進行碳化鋁酸鹽法，70年代末進行二氧化鋰離子篩直接沉澱鋰，加HCl分離Li、Mg的鹽析法，最後鹽湖所與中科院有機所合作用N503-TBP-煤油的溶劑萃取法，鎂鋰分離效果很好。後鹽湖所又進一步研究用TBP-FeCl₃-煤油萃取滷水中的鋰，還在“七五”期間完成了中試

但因產品氯化鋰腐蝕性大，在烘乾過程中設備耐腐蝕問題還有待進一步解決。

我國碳酸鹽類型鹽湖主要分佈於內蒙，湖的數量很多，但面積及儲量都較小。鹼湖的開發主要是內蒙伊盟化工研究設計院進行的。

鹼湖主要原料是天然鹼。隨着時間的推移，新沉積的表層富礦逐漸減少，或是遇到雨年，更難有新的沉積鹼，造成減產或停產。1982年伊盟化工研究所完成了鹼田日曬工藝研究，該成果除能充分利用貧礦外還能讓後加工常年生產。天然鹼的加工也改為蒸發結晶法生產純鹼、苛化法生產燒鹼、碳化法生產小蘇打新的工藝方法。到1996年各種鹼年產達30多萬噸，其中小蘇打產量佔全國的一半。

伊盟化工研究所1994年在鹽海子巧妙地運用兑滷法使蒸發滷水組成落在無水硫酸鈉區進行日曬，直接獲得元明粉分出售，成本低，效益高，已有5萬噸/年的規模。

西藏扎布耶湖是個特大型鋰礦牀。地科院鹽湖與熱水資源中心從20世紀80年代起一直從事長期觀察和開發研究。該湖區除了有鋰、硼、鉀等鹽類和淡水資源外無任何區域經濟條件，交通不便，無電無煤，產品在當地也無銷路，一般鹽類產品的售價還抵不上運費，所以只能開發高值的Li₂CO₃產品，世界上許多高新技術都無法使用。鹽湖與熱水資源中心硬是由因地制宜就地取材的思路，充分利用當地氣象條件和淡水資源，採用冬季冷凍析出芒硝後再日曬獲得4.5%Li₂CO₃礦，再用水擦洗法使Li2CO3品位由4.5%提高到70%以上的精礦，這種精礦再運到內地加工成Li₂CO₃產品，由於在湖邊即能廉價地獲得精礦，大大地減少了運輸費用，使Li₂CO₃產品控制在萬元/噸以內，在世界上Li₂CO₃產品價格由3.6萬元/噸降到1.6萬元/噸下仍有市場競爭能力。

有關水鹽體系及基礎研究 水鹽體系的研究都是依據鹽湖資源開發利用的需要而進行的。在我國主要是進行介穩體系、含鋰、含硼和含氫體系的研究。 ^[1] 

紅外光譜技術又稱作分子的振一轉光譜技術，是一種用於分析鑑定物質組成和結構的方法。自早期的色散型紅外光譜儀產生以來，紅外光譜儀器已歷經了光柵型色散式紅外光譜儀、干涉型紅外光譜儀、激光紅外光譜等四代。由於它快速、精確、靈敏度高、樣品用量少、不破壞試樣、適於定性定量分析等優點，現已成為有機、生物化學研究中最成熟的分析方法之一，在無機化學研究中也已得到廣泛應用。對鹽湖化學的發展，紅外技術起到了積極的推動作用。

紅外光譜分析技術因其需要的樣品用量少，鑑定速度快，可同時獲得礦物的化學和結晶學數據，可用於某些礦物的定量分析，對分佈很廣的石鹽和鉀石鹽等混鹽礦物可不用分離而直接採樣分析等優點，成為鹽湖礦物學研究中一種重要的分析研究手段。中科院青海鹽湖研究所利用紅外技術對主要鹽湖礦物無機離子在中紅外區的吸收進行了研究，並對礦物的紅外吸收光譜進行了較詳細的論述；介紹了碳酸鹽、硫酸鹽、硼酸鹽、硝酸鹽和氯化物等鹽湖礦物的紅外光譜，列出了57種常見礦物的紅外吸收光譜並依據有關資料，對光譜的一般特徵進行了歸納和説明，對其主要吸收譜帶進行了歸屬。

由於紅外光譜能用以確定配陰離子、絡合物結構，鑑定新的化合物，研究類質同相關係及聚合物的相變等，所它在硼酸鹽固體及其水溶液結構化學和硼氧配陰離子之間相互作用機理的研究中得到廣泛應用。Kessler即利用紅外光譜對水合偏硼酸鹽的振動光譜進行充分的研究。高世揚院士領導的研究小組也一直從事這方面的工作，並取得顯著成績，確立了我國在硼酸鹽化學研究中的領先位置。

21世紀被認為是輕金屬的年代。如今，鋁鎂合金、鋁鎂鋰合金等不僅走入了日常生活，而且在航空航天、宇宙探險等領域業已得到了廣泛應用。目前美國市場上有60餘種鎂鹽產品。我國鹽湖鎂資源豐富，鎂資源的應用開發研究有利於我國經濟與社會主義現代化建設的推進。夏樹屏等利用紅外光譜跟蹤研究了室外建築物用Sorel水泥的相轉化過程，並根據溶解動力學曲線計算出溶度積常數，從而找到了室外建築用的Sorel水泥不耐水的原因。

鋰是我國鹽湖資源豐產元素之一，在當今社會材料與能源領域扮演着重要角色。鹽湖鋰資源的應用開發研究具有重大意義。目前美國和智利的鹽湖公司多采用分級結晶法從滷水中提取鋰；郭宏傑等貝則用紅外研究了HPMBP-TBP體系對鋰的協同萃取，並與8-雙酮和TBP的紅外譜進行了比較，證明HPMBP-TBP體系對鋰的協同萃取技術是從滷水中提取鋰的有效方法，目前該法已在我國大柴旦鹽湖進行中試。高海春等用紅外光譜儀測定5%

+95%NaClO₃混合物在加熱250℃後驟冷樣品的紅外光譜，實驗證明具有尖晶石結構的複合氧化物

是NaClO₃熱分解的有效催化劑。 ^[3] 

鹽湖通常是指礦化度大於35克/升的湖泊。鹽湖除了富含鹽類，還藴藏有許多具有工業價值的多種化學成分。我國是一個多鹽湖的國家，境內分佈有四大鹽湖，即青海茶卡鹽湖、青海察爾汗鹽湖、山西運城鹽湖和新疆巴里坤鹽湖。

青海省境內分佈着上百個大大小小的鹽湖，鹽湖是青海省最主要的資源分佈類型之一。青海省鹽湖主要集中分佈於柴達木盆地中南部的大柴旦、格爾木地區及東部烏蘭縣境內和西部冷湖地區，分佈相對集中。青海鹽湖中的鉀、鎂、鋰、硼等礦產資源非常豐富，此外還有相當數量的銣、銫、溴等元素，種類全，開發利用價值高。

青海省是中國鹽湖分佈大省，“鹽湖化工”是振興青海經濟四大支柱產業之一。隨着經濟、社會和科技不斷髮展，鹽湖資源的開發利用規模和水平逐漸擴大。在激烈的市場化競爭中逐漸形成了開發氯化鉀的青海鹽湖工業股份有限公司、開發鋰資源的青海鋰業有限公司和開發鎂資源的青海西部鎂業有限公司等一大批化學與化工企業。這些企業專業化實力強，專業方向明確，前期基礎設施建設完備，產品具有相當高的標準化程度，市場競爭力強，逐漸形成了體系較為完備的鹽湖工業羣。

在鹽湖資源開發利用過程中，部分企業過度看重經濟收益，忽視了過度開採對生態環境造成的惡劣影響。青海天然的鹽湖資源是歷史形成的，應該實現資源開採和環境保護雙贏的局面，這樣才能使鹽湖資源長遠發展。

當前我國經濟依賴高碳能源的消耗來帶動經濟發展的持續高速發展的經歷已經成為歷史，GDP增速減緩，產業結構轉型是必由之路。現在提倡低碳模式發展，節能減排是綠色發展的核心，特別是針對我國這個能源相對短缺，霧霾污染嚴重的國家。

綠色化工是利用先進化學工程技術和化學自然科學知識來降低生產過程中有害物質對自然環境造成的污染破壞，從而達到減少化工生產廢棄化學物排放的目的。此外，還能從一次廢棄物中提取有用物質，提高資源利用率。綠色化工是我國未來化工產業升級的發展方向，符合可持續發展戰略和低碳經濟。青海鹽湖化工企業應該緊密利用生物技術、物理技術和信息技術，促進未來綠色化工技術發展。

當前，青海鹽湖資源的開採綜合利用率嚴重低下，化工產品的精細化程度不高。精細化工是化學工業發展的重要方向，也是一個國家綜合國力的象徵。我國鹽湖化工企業的產品精細化程度與發達國家相比還有較大的差距。此外，氯化鉀、硫酸鎂和硫化鹼等普通化工產品利潤空間小，為提高鹽湖化工企業的整體競爭力，鹽湖研發應該走產品精細化、深加工的發展之路

青海省地方政府都把建設精細鹽湖化工基地作為調整化工產業佈局、提升產業結構升級的重要方向。首先引導一些科技創新程度較高的龍頭化工型鹽湖化工企業由產品粗放型向精細化方向發展，逐步淘汰技術落後、污染嚴重的企業，積極使用一些低能耗、資源利用率高的新技術，提高青海省的鹽湖化工精細化程度。要堅持市場為前提，立足青海鹽湖原料，使用精細化技術同時提高產品利潤率。加大對創新型技術密集型精細化工企業提供的較大的政策扶持力度，鼓勵中小型鹽湖化工企業開發精細化產品，鼓勵企業進行精細化技術創新和引進高級專業人才。 ^[4] 

科學技術是第一生產力，然而在我國鹽湖化學化工產業中，科學技術的發展卻沒有第一時間轉化成為生產力，我國鹽湖化學的發展已取得極大的成果，企業卻並沒有重視這些成果，依舊保持着傳統的生產方式，企業生產的目的完全僅僅滿足市場需求，不追求產品的進步，不追求工業的革新。儘管企業滿足市場需求能夠持續穩定的發展，卻不能夠推動我國整個鹽湖化學化工行業產生巨大的飛躍，因此企業在生產和發展過程中，必須要注重對我國鹽湖化學領域最新科研成果的應用。

由中國科學院青海鹽湖研究所，出版的期刊《鹽湖研究》是我國鹽湖化學研究的主要期刊之一，而其中研究成果卻大多隻注重鹽湖化學本身的研究，企業也很難將其轉化成為生產力。事實上，這種科研與企業生產脱節的狀況並僅僅出現在我國鹽湖化學化工行業，而是化工生產的一種普遍現象，但是，要發展我國鹽湖化學化工，就必須要解決這一問題，提升將科研成果轉化成為生產力的能力。

目前我國鹽湖化學化工的生產，產品屬於眾多部門，一個企業也很難綜合利用整個鹽湖的資源，這就使得我國鹽湖資源本身的利用得不到最優化。鹽湖本身是一個豐富的寶庫，可以出產的產品品類眾多，所產生的產品，涵蓋輕工產品、化工產品、冶金產品，甚至於食品等等，這就讓傳統的企業和部門管理難以做到鹽湖資源的綜合開發利用，最優化配置鹽湖資源。因此，改革我國鹽湖化學化工的管理方式，深化企業改革，建立有體系的、全面的綜合管理，制定的統一的鹽湖化學化工管理和開發利用政策，最大程度的優化鹽湖資源的配置，使企業生產有目的性、有科學性，合理利用鹽湖資源，提高企業生產效率，推動企業發展的同時促進全行業的提高。

如果不能合理優化鹽湖資源的配置，建立統一的，有科學性，有目的性的開發政策，就是守着寶庫，空手而歸，不僅僅會影響企業發展的效率，同時也會造成資源的極大浪費，因此，建立有體系的化學化工生產極為重要。

從具體實踐上來説，鹽湖化學化工企業應成立類似於行會的組織，在平等對話的基礎上，共同討論如何優化資源配置，增加企業之間的溝通交流和配合，達到互幫互助，最終實現共贏。而國家也應配合成立相關專門管理部門，從國家政府角度入手，建立宏觀管理體系，對整個鹽湖化學化工行業進行管理和推進。

鹽湖化學發光所需要的資源大多屬於不可再生資源，其中以不同的礦物元素為主，因此，鹽湖化學化工行業的發展，必須要注重可持續發展。一方面來説，對於資源開採本身，探明儲量，制定開發計劃，合理有序的進行開採，不能盲目的擴大生產，浪費資源。這就要求必須有一個強有力的管理部門，從宏觀上制定發展計劃，同時也要求企業本身要有長遠的意識，不能僅僅看到眼前利益，而忽略了行業的持續發展，忽略了和自然的和諧相處。

另一方面，企業在生產過程中，同時要保證鹽湖地區的生態，儘可能保證當地的自然環境不被工業生產破壞，保證自然環境，其意義遠遠在於短時間內的工業生產所產生的效益，因此，企業管理者必須要正確認識環境問題，不能為了生產而破壞環境。 ^[5]