[科普中国]-盐湖化学

20世纪50年代中国科学院盐湖科学调查队以及有关单位从事盐湖的科技工作者对柴达木盆地和甘、宁、蒙、藏、新诸省、自治区调查盐湖资源后获得多（数量多、稀有元素多）、大 （面积大、储量大）、富 (品位富)、全（类型全）的结果。与海水相比，盐湖卤水比海水浓缩了十多倍甚至几十倍，更便于开发。因而柳大纲于1960年全国第一次盐湖盐矿学术会议上提出盐湖化学也是无机化学的分支学科，并提出了盐湖化学的十大任务。1

简介对存在于客观世界中物质的性质及其相互间作用的认识、分离提取、综合利用及其人工合成，是化学学科研究的内容之一。结合我国特有、丰富矿产资源的特点,研究其成因演化、分离提取及其综合利用，乃是科学工作者的重要任务之一。我国盐湖科学工作者，应根据我国盐湖的特点,进行深入的科学探讨，创立并发展盐湖化学。

我国的盐湖，以数量多、面积大、类型全，钾、硼、理等元素的含量丰富的特色而闻名于世界。有的盐湖，面积数千平方公里，仅食盐的储量，就可供目前全世界人口食用一千多年。盐湖中，除了沉积着巨量的碱金属、碱土金属的碳酸盐、硫酸盐、氯化物和硼酸盐外，在它的饱和和过饱和的湖水和晶间卤水中，还含有大量的钠、钾、镁、砚、锉等元素。它们是无机盐类的巨大宝库，是化学、冶金、医药、玻璃等工业和农业发展不可缺少的原料，而且在近代的空间技术和原子能工业方面，也日益起着重要的作用。

中华民族是世界上从事盐湖采盐历史悠久的民族。早在两千多年前的春秋时代，山西安邑人民就开始利用运城盐湖卤水制盐。公元六世纪，西藏人民就开始了盐湖硼砂的开发利用。北宋沈括在《梦溪笔谈》中，则对山西运城盐湖作了详细的科学叙述。然而，我国盐湖科学系统的研究，还是在解放后才建立和发展起来的一门新兴科学。遵照伟大的领袖和导师毛主席和敬爱的周总理关于在本世纪内，全面实现农业、工业、国防和科学技术现代化的指示，英明领袖华主席关于科学要兴旺发达，要捷报频传的号召，展望我国盐湖科学工作，应该是立足于当代科学技术的新成就，充分运用地学、化学、物理学、数学等学科的理论和实验方法，尽量克服过去定性描述现象的缺点，而能做到定量或半定量地分析和阐明盐湖的本质。结合我国盐湖的地理条件，卤水和盐类沉积中化合物组成和元素分布等特点，研究盐湖中盐类矿床形成的地球化学规律；浓盐溶液的物理化学性质及其在自然条件下的变质作用；盐类的结晶及其相互间的转化；重要盐类和元素的分离提取及其综合利用等，创立盐湖化学，为实现盐湖科学技术现代化做出贡献。2

主要盐湖的开发研究察尔汗盐湖群察尔汗盐湖群是我国最大的可溶性钾盐资源基地且赋藏于卤水中，提取钾肥适应市场需要，必须走盐田日晒途径获得光卤石。盐湖所 (包括建所前中科院化学所和化工部上海化工研究院) 的科技人员依据生产需要，50年代除进行应用基础工作外，进行了不隔离盐田 (即挖坑) 蒸发的长期观察，这种方法所得光卤石矿是60年代察尔汗钾肥厂生产钾肥的主要光卤石来源。

据地质人员介绍有淡水及粘土地带在南部边沿外30千米外，可盐湖所科研人员硬是在湖内边沿地带找到被卤水所饱和的粘土且有的地区上面还有盐蒸。以此粘土作隔水层，修池埝。有盐蒸的地方当作盐田底板。创出世界上修建盐田最廉价的方法，青海钾肥厂第一期9平方千米盐田中土建费用仅1元多/平方米。

盐田日晒工艺作了单次日晒，多次串联走水日晒，不同深度以及设计需要比蒸发参数的研究。70年代到80年代还进行了深水盐田日晒工艺研究，为适应机械进池采矿需要进行盐田池板加固研究，这些研究不但为旱采的察尔汗钾肥厂提供了原料也为青海钾肥厂盐田日晒池提供了试验依据。

光卤石的加工，50年代建厂初期由于没有淡水，进行了氯化镁不饱和卤水分解光卤石获得含50%KCl的钾肥产品并投入生产。随后有淡水后进行了淡水洗涤钾肥成工业氯化钾的方法，而且也投入生产。

与此同时，盐湖所进行冷分解光卤石浮选加工成氯化钾的工艺研究 (包括浮选槽和浮选柱)，且试验规模均达到中试。

这些采卤、盐田日晒工艺、采装机械以及浮选工艺一整套工艺流程或设备不但是1969年至80年代察尔汗钾肥厂的生产方法，也是青海钾肥厂第一期年产20万吨氯化钾的示范厂，获得1978年全国第一科学大会的奖励。

此外，1963年还进行热法中试，70年代进行热溶结晶法小试，80年代初上海化工研究院进行了光卤石冷分解和氯化钾冷结晶研究。这些试验为青海钾肥厂第二期年产80万吨氯化钾厂提供了依据。

光卤石分解后存在大量氯化镁。盐湖所进行了氨光卤石制备，脱水制取无水氯化镁的小试、扩试以及碳铵法制备氧化镁的试验研究。

1985年国家计委把青海盐湖卤水提钾及其综合利用研究列为 “七五” (1986～1990)重点科技项目76项中的一项。主要进行察尔汗湖的水化学、水动态与自动观测、盐田工艺与开采、钾盐加工和镁水泥四个子课题几十个三级课题的研究。

在这些重点项目研究中，盐湖所完成了察尔汗盐湖氯化镁水冷冻蒸发富集硼锂研究，最终达到可开发的指标，钾盐加工中完成了电渗析法加工碳酸钾和氢氧化钾中试，镁水泥项目中完成了镁水泥制备性能改善和部分机理研究，对镁水泥加工存在变形和耐水性差的问题有了很大的改进，水化学水动大/小和自动观测完成了“七五”期间预定的长期观察任务。

化工部连云港矿山设计研究院和长沙化工设计研究院完成了光卤石溶解重结晶制取氯化钾和低钠盐中试。引进水采船消化吸收的有关研究，化工部上海化工研究院完成了冷分解冷结晶制取氯化钾的试验。

“八五”期间国家计委仍把水化学水动态列为国家重点项目。青海省科委察尔汗光卤石加芒硝通过制取优质软钾镁矶，生产硫酸钾的中试也由盐湖所承担并完成。

“九五”期间国家科委与青海省科委还把察尔汗盐湖高值开发与综合利用列为国家科委重点科研课题，盐湖所完成了制取硫酸钾新工艺工程化试验研究等内容。

硫酸盐类盐湖大柴旦湖是硫酸盐类型盐湖的典型代表，从1959年起就进行了盐田修建、盐田日晒工艺的研究，后期固相析出少量钾石盐及大量光卤石，而硼锂均寓集于氯化镁共结点水中。

光卤石的加工进行过钾混盐通过冷分解浮选法只获得KCl品位为70%多的钾肥。80年代在盐田中通过兑卤法获得NaCl含量小于5%的优质软钾镁矶，然后可直接加些氯化钾生产硫酸钾。申请了专利并完成了中间试验。

锂的提取做的工作最多，这是因为柴达木盆地盐湖卤水Mg/Li比大于1000，而Mg与Li化学性质相近，造成提取上的困难。50年代末盐湖所进行过碱分部沉淀法。60年代初，中科院化学所用铝酸钠选择性沉淀锂的直接提取法，盐湖所在70年代初进行碳化铝酸盐法，70年代末进行二氧化锂离子筛直接沉淀锂，加HCl分离Li、Mg的盐析法，最后盐湖所与中科院有机所合作用N503-TBP-煤油的溶剂萃取法，镁锂分离效果很好。后盐湖所又进一步研究用TBP-FeCl3-煤油萃取卤水中的锂，还在“七五”期间完成了中试，但因产品氯化锂腐蚀性大，在烘干过程中设备耐腐蚀问题还有待进一步解决。

碳酸盐类盐湖我国碳酸盐类型盐湖主要分布于内蒙，湖的数量很多，但面积及储量都较小。碱湖的开发主要是内蒙伊盟化工研究设计院进行的。

碱湖主要原料是天然碱。随着时间的推移，新沉积的表层富矿逐渐减少，或是遇到雨年，更难有新的沉积碱，造成减产或停产。1982年伊盟化工研究所完成了碱田日晒工艺研究，该成果除能充分利用贫矿外还能让后加工常年生产。天然碱的加工也改为蒸发结晶法生产纯碱、苛化法生产烧碱、碳化法生产小苏打新的工艺方法。到1996年各种碱年产达30多万吨，其中小苏打产量占全国的一半。

伊盟化工研究所1994年在盐海子巧妙地运用兑卤法使蒸发卤水组成落在无水硫酸钠区进行日晒，直接获得元明粉分出售，成本低，效益高，已有5万吨/年的规模。

西藏扎布耶湖是个特大型锂矿床。地科院盐湖与热水资源中心从20世纪80年代起一直从事长期观察和开发研究。该湖区除了有锂、硼、钾等盐类和淡水资源外无任何区域经济条件，交通不便，无电无煤，产品在当地也无销路，一般盐类产品的售价还抵不上运费，所以只能开发高值的Li2CO3产品，世界上许多高新技术都无法使用。盐湖与热水资源中心硬是由因地制宜就地取材的思路，充分利用当地气象条件和淡水资源，采用冬季冷冻析出芒硝后再日晒获得4.5%Li2CO3矿，再用水擦洗法使Li2CO3品位由4.5%提高到70%以上的精矿，这种精矿再运到内地加工成Li2CO3产品，由于在湖边即能廉价地获得精矿，大大地减少了运输费用，使Li2CO3产品控制在万元/吨以内，在世界上Li2CO3产品价格由3.6万元/吨降到1.6万元/吨下仍有市场竞争能力。

有关水盐体系及基础研究 水盐体系的研究都是依据盐湖资源开发利用的需要而进行的。在我国主要是进行介稳体系、含锂、含硼和含氢体系的研究。1

红外技术研究盐湖化学红外光谱技术又称作分子的振一转光谱技术，是一种用于分析鉴定物质组成和结构的方法。自早期的色散型红外光谱仪产生以来，红外光谱仪器已历经了光栅型色散式红外光谱仪、干涉型红外光谱仪、激光红外光谱等四代。由于它快速、精确、灵敏度高、样品用量少、不破坏试样、适于定性定量分析等优点，现已成为有机、生物化学研究中最成熟的分析方法之一，在无机化学研究中也已得到广泛应用。对盐湖化学的发展，红外技术起到了积极的推动作用。

盐湖矿物学领域红外光谱分析技术因其需要的样品用量少，鉴定速度快，可同时获得矿物的化学和结晶学数据，可用于某些矿物的定量分析，对分布很广的石盐和钾石盐等混盐矿物可不用分离而直接采样分析等优点，成为盐湖矿物学研究中一种重要的分析研究手段。中科院青海盐湖研究所利用红外技术对主要盐湖矿物无机离子在中红外区的吸收进行了研究，并对矿物的红外吸收光谱进行了较详细的论述；介绍了碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐、硝酸盐和氯化物等盐湖矿物的红外光谱，列出了57种常见矿物的红外吸收光谱并依据有关资料，对光谱的一般特征进行了归纳和说明，对其主要吸收谱带进行了归属。

硼酸盐化学由于红外光谱能用以确定配阴离子、络合物结构，鉴定新的化合物，研究类质同相关系及聚合物的相变等，所它在硼酸盐固体及其水溶液结构化学和硼氧配阴离子之间相互作用机理的研究中得到广泛应用。Kessler即利用红外光谱对水合偏硼酸盐的振动光谱进行充分的研究。高世扬院士领导的研究小组也一直从事这方面的工作，并取得显著成绩，确立了我国在硼酸盐化学研究中的领先位置。

盐湖镁资源研究21世纪被认为是轻金属的年代。如今，铝镁合金、铝镁锂合金等不仅走入了日常生活，而且在航空航天、宇宙探险等领域业已得到了广泛应用。目前美国市场上有60余种镁盐产品。我国盐湖镁资源丰富，镁资源的应用开发研究有利于我国经济与社会主义现代化建设的推进。夏树屏等利用红外光谱跟踪研究了室外建筑物用Sorel水泥的相转化过程，并根据溶解动力学曲线计算出溶度积常数，从而找到了室外建筑用的Sorel水泥不耐水的原因。

盐湖锂资源研究锂是我国盐湖资源丰产元素之一，在当今社会材料与能源领域扮演着重要角色。盐湖锂资源的应用开发研究具有重大意义。目前美国和智利的盐湖公司多采用分级结晶法从卤水中提取锂；郭宏杰等贝则用红外研究了HPMBP-TBP体系对锂的协同萃取，并与8-双酮和TBP的红外谱进行了比较，证明HPMBP-TBP体系对锂的协同萃取技术是从卤水中提取锂的有效方法，目前该法已在我国大柴旦盐湖进行中试。高海春等用红外光谱仪测定5% +95%NaClO3混合物在加热250℃后骤冷样品的红外光谱，实验证明具有尖晶石结构的复合氧化物 是NaClO3热分解的有效催化剂。3

青海盐湖研究青海盐湖资源概述盐湖通常是指矿化度大于35克/升的湖泊。盐湖除了富含盐类，还蕴藏有许多具有工业价值的多种化学成分。我国是一个多盐湖的国家，境内分布有四大盐湖，即青海茶卡盐湖、青海察尔汗盐湖、山西运城盐湖和新疆巴里坤盐湖。

青海省境内分布着上百个大大小小的盐湖，盐湖是青海省最主要的资源分布类型之一。青海省盐湖主要集中分布于柴达木盆地中南部的大柴旦、格尔木地区及东部乌兰县境内和西部冷湖地区，分布相对集中。青海盐湖中的钾、镁、锂、硼等矿产资源非常丰富，此外还有相当数量的铷、铯、溴等元素，种类全，开发利用价值高。

青海盐湖化工产业现状青海省是中国盐湖分布大省，“盐湖化工”是振兴青海经济四大支柱产业之一。随着经济、社会和科技不断发展，盐湖资源的开发利用规模和水平逐渐扩大。在激烈的市场化竞争中逐渐形成了开发氯化钾的青海盐湖工业股份有限公司、开发锂资源的青海锂业有限公司和开发镁资源的青海西部镁业有限公司等一大批化学与化工企业。这些企业专业化实力强，专业方向明确，前期基础设施建设完备，产品具有相当高的标准化程度，市场竞争力强，逐渐形成了体系较为完备的盐湖工业群。

在盐湖资源开发利用过程中，部分企业过度看重经济收益，忽视了过度开采对生态环境造成的恶劣影响。青海天然的盐湖资源是历史形成的，应该实现资源开采和环境保护双赢的局面，这样才能使盐湖资源长远发展。

青海盐湖化工绿色化学技术当前我国经济依赖高碳能源的消耗来带动经济发展的持续高速发展的经历已经成为历史，GDP增速减缓，产业结构转型是必由之路。现在提倡低碳模式发展，节能减排是绿色发展的核心，特别是针对我国这个能源相对短缺，雾霾污染严重的国家。

绿色化工是利用先进化学工程技术和化学自然科学知识来降低生产过程中有害物质对自然环境造成的污染破坏，从而达到减少化工生产废弃化学物排放的目的。此外，还能从一次废弃物中提取有用物质，提高资源利用率。绿色化工是我国未来化工产业升级的发展方向，符合可持续发展战略和低碳经济。青海盐湖化工企业应该紧密利用生物技术、物理技术和信息技术，促进未来绿色化工技术发展。

青海盐湖化工精细化发展当前，青海盐湖资源的开采综合利用率严重低下，化工产品的精细化程度不高。精细化工是化学工业发展的重要方向，也是一个国家综合国力的象征。我国盐湖化工企业的产品精细化程度与发达国家相比还有较大的差距。此外，氯化钾、硫酸镁和硫化碱等普通化工产品利润空间小，为提高盐湖化工企业的整体竞争力，盐湖研发应该走产品精细化、深加工的发展之路

青海省地方政府都把建设精细盐湖化工基地作为调整化工产业布局、提升产业结构升级的重要方向。首先引导一些科技创新程度较高的龙头化工型盐湖化工企业由产品粗放型向精细化方向发展，逐步淘汰技术落后、污染严重的企业，积极使用一些低能耗、资源利用率高的新技术，提高青海省的盐湖化工精细化程度。要坚持市场为前提，立足青海盐湖原料，使用精细化技术同时提高产品利润率。加大对创新型技术密集型精细化工企业提供的较大的政策扶持力度，鼓励中小型盐湖化工企业开发精细化产品，鼓励企业进行精细化技术创新和引进高级专业人才。4

发展建议提升将科研成果转化成生产力的能力科学技术是第一生产力，然而在我国盐湖化学化工产业中，科学技术的发展却没有第一时间转化成为生产力，我国盐湖化学的发展已取得极大的成果，企业却并没有重视这些成果，依旧保持着传统的生产方式，企业生产的目的完全仅仅满足市场需求，不追求产品的进步，不追求工业的革新。尽管企业满足市场需求能够持续稳定的发展，却不能够推动我国整个盐湖化学化工行业产生巨大的飞跃，因此企业在生产和发展过程中，必须要注重对我国盐湖化学领域最新科研成果的应用。

由中国科学院青海盐湖研究所，出版的期刊《盐湖研究》是我国盐湖化学研究的主要期刊之一，而其中研究成果却大多只注重盐湖化学本身的研究，企业也很难将其转化成为生产力。事实上，这种科研与企业生产脱节的状况并仅仅出现在我国盐湖化学化工行业，而是化工生产的一种普遍现象，但是，要发展我国盐湖化学化工，就必须要解决这一问题，提升将科研成果转化成为生产力的能力。

建立有体系的化学化工生产目前我国盐湖化学化工的生产，产品属于众多部门，一个企业也很难综合利用整个盐湖的资源，这就使得我国盐湖资源本身的利用得不到最优化。盐湖本身是一个丰富的宝库，可以出产的产品品类众多，所产生的产品，涵盖轻工产品、化工产品、冶金产品，甚至于食品等等，这就让传统的企业和部门管理难以做到盐湖资源的综合开发利用，最优化配置盐湖资源。因此，改革我国盐湖化学化工的管理方式，深化企业改革，建立有体系的、全面的综合管理，制定的统一的盐湖化学化工管理和开发利用政策，最大程度的优化盐湖资源的配置，使企业生产有目的性、有科学性，合理利用盐湖资源，提高企业生产效率，推动企业发展的同时促进全行业的提高。

如果不能合理优化盐湖资源的配置，建立统一的，有科学性，有目的性的开发政策，就是守着宝库，空手而归，不仅仅会影响企业发展的效率，同时也会造成资源的极大浪费，因此，建立有体系的化学化工生产极为重要。

从具体实践上来说，盐湖化学化工企业应成立类似于行会的组织，在平等对话的基础上，共同讨论如何优化资源配置，增加企业之间的沟通交流和配合，达到互帮互助，最终实现共赢。而国家也应配合成立相关专门管理部门，从国家政府角度入手，建立宏观管理体系，对整个盐湖化学化工行业进行管理和推进。

推动盐湖化学化工行业的可持续发展盐湖化学发光所需要的资源大多属于不可再生资源，其中以不同的矿物元素为主，因此，盐湖化学化工行业的发展，必须要注重可持续发展。一方面来说，对于资源开采本身，探明储量，制定开发计划，合理有序的进行开采，不能盲目的扩大生产，浪费资源。这就要求必须有一个强有力的管理部门，从宏观上制定发展计划，同时也要求企业本身要有长远的意识，不能仅仅看到眼前利益，而忽略了行业的持续发展，忽略了和自然的和谐相处。

另一方面，企业在生产过程中，同时要保证盐湖地区的生态，尽可能保证当地的自然环境不被工业生产破坏，保证自然环境，其意义远远在于短时间内的工业生产所产生的效益，因此，企业管理者必须要正确认识环境问题，不能为了生产而破坏环境。5

本词条内容贡献者为:

李廉 - 副教授 - 中国矿业大学