扎倉(cāng)茶卡鹽湖鹵水鋰資源概況及開發(fā)前景

吳長(zhǎng)飛，唐小容

（四川省冶金地質(zhì)勘查院，四川 成都 610066）

扎倉(cāng)茶卡礦床位于西藏班公錯(cuò)～怒江成礦帶西段的西羌塘高原西部硫酸鈉亞（碳酸鹽）型鹽湖硼、鉀、鋰、芒硝成礦帶的扎倉(cāng)茶卡～洞錯(cuò)一帶硫酸鈉亞型鋰、硼、鉀鹵水-鈉、鈣、鎂、硼酸鹽礦集區(qū)，典型礦床有聶爾錯(cuò)鋰礦、扎倉(cāng)茶卡鋰硼鉀礦等，具有優(yōu)越的鹽湖鋰礦成礦地質(zhì)背景和良好的找礦前景。

扎倉(cāng)茶卡鹽湖位于藏北高原，一個(gè)富硼、鋰的現(xiàn)代內(nèi)陸鹽湖，位于西藏自治區(qū)阿里地區(qū)革吉縣城85°方向，直距120km。該湖由三個(gè)湖組成，扎倉(cāng)茶卡湖盆總體呈近東西向展布，東西長(zhǎng)約33km，南北最寬約7.5km，由三個(gè)湖水區(qū)（部分為沼澤區(qū)）組成，從東向西依次為Ⅰ湖、Ⅱ湖、Ⅲ湖，總面積137.07km2，三個(gè)湖區(qū)之間均有高闊的天然湖堤（Ⅰ級(jí)階地）分隔。

地形地貌屬于相對(duì)典型的湖盆地貌，湖面高程大致在4350m左右，湖盆的南北兩側(cè)為海拔超過(guò)5000m的極高山，東西兩邊為較開闊的山間谷地。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)概況圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于班公湖～怒江結(jié)合帶構(gòu)造體系內(nèi)，為岡底斯～念青唐古拉地塊（圖2）。區(qū)內(nèi)分布的地層除結(jié)晶基底外，以三疊、侏羅系、白堊系、新近系、第四系為主；構(gòu)造形跡以斷裂發(fā)育為特征，除東西向主干斷裂外，還發(fā)育一系列北東、北西及南北向斷裂帶，為區(qū)內(nèi)斷陷盆地提供了有利條件。受區(qū)域構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)地層走向及主體構(gòu)造線方向呈近NWW向展布，并多為后期NE向和近EW向斷裂穿插；火山活動(dòng)強(qiáng)烈，主要集中于早三疊世至古近世，形成區(qū)內(nèi)東巧蛇綠巖群及相鄰層位中的火山巖建造。

圖2 大地構(gòu)造位置圖

區(qū)域上以大面積廣布的第四系和零星出露的中生界碎屑巖、碳酸鹽巖為特征，區(qū)內(nèi)巖性復(fù)雜、構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)頻繁，富硼的巖漿巖在長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕條件下，形成的大量碎屑物被流水帶入低洼的盆地，形成了一定厚度的新生界沉積，為鋰、硼、鉀等鹽湖礦產(chǎn)的形成提供了豐富的物源條件和良好賦存空間。湖盆出露巖性主要為燕山晚期的花崗閃長(zhǎng)巖，其次為侏羅系超基性巖系等，并因受到花崗閃長(zhǎng)巖的侵入而發(fā)生局部變質(zhì)。盆地北部由白堊紀(jì)晚期基性巖和紅色碎屑巖層組成。沉積物多砂、礫組成，夾有砂質(zhì)粘土，至最低Ⅰ級(jí)階地均由碳酸鹽粘土和硼酸鹽構(gòu)成，高岀現(xiàn)代湖面5m～8m[1]。

圖3 區(qū)域地質(zhì)圖

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

2.1 第四系地質(zhì)

區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況較為簡(jiǎn)單，多為第四系堆積所覆蓋，根據(jù)成因類型，研究區(qū)第四系可劃分為坡積物（Qhsl）、沖洪積物（Qhpal）、沼澤堆積層（Qhfl）、湖積物（Qhl）。

（1）湖積物（Qhl）：大面積分布于現(xiàn)代湖泊的周圍，在成因類型上主要有兩種類型，包括湖相（河湖）碎屑沉積和湖相化學(xué)沉積。湖相（河湖）碎屑沉積（Qhl）多分布于研究區(qū)的湖盆區(qū)，主要為灰黃色、灰白色、灰綠色，含礫細(xì)砂粘土層。湖相化學(xué)沉積層（Qhch）），多分布于鹽沼和鹽坪地帶。其沉積類型有：角礫狀硼鎂礦、糖粒狀硼鎂礦、鈣質(zhì)粘土、芒硝及黑色有機(jī)泥質(zhì)沉積。

（2）坡積物（Qhsl）：分布于湖盆南北邊緣與山地結(jié)合部位，灰黃色、灰白色、灰黑色，上部主要為含礫細(xì)-中砂（風(fēng)積），下部主要為礫石及巨礫。

（3）沖洪積物（Qhpal）：分布于研究區(qū)的沖溝口、湖盆四周地勢(shì)相對(duì)平緩開闊的平地或臺(tái)地，灰黃色、灰白色，含粘土細(xì)砂礫石層。其中粘土約10%，粉砂約20%，細(xì)砂約35%，礫石約35%。

（4）沼澤堆積層（Qhfl）：分布于現(xiàn)代湖盆湖水區(qū)與湖岸結(jié)合部位，呈不規(guī)則帶狀斷續(xù)分布，以北岸分布最為廣泛，主要為富含淡水的腐殖泥、鈣質(zhì)有機(jī)質(zhì)泥。

2.2 構(gòu)造

扎倉(cāng)茶卡湖盆為構(gòu)造盆地。湖盆寬谷位于班公湖-怒湖大斷裂帶中。班公湖-怒江大斷裂不僅形成本區(qū)NWW向的狹長(zhǎng)而斷續(xù)的多級(jí)斷陷湖盆地貌，而且成為控制扎倉(cāng)茶卡湖盆形成的主要斷裂，該斷裂控制了湖盆的形成和發(fā)展。該大斷裂帶中發(fā)育有EW向的次級(jí)斷裂。EW向斷裂分布于湖盆以北侏羅系木嘎崗日群（JM）地層中，斷裂長(zhǎng)度在5km～7km左右。

3 研究區(qū)鹵水鋰資源

3.1 礦床特征

扎倉(cāng)茶卡鹽湖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ湖所處湖盆第四紀(jì)更新世時(shí)期為一東西相連的古湖泊，根據(jù)湖岸古侵蝕線推算古湖泊水域面積約500km2，平均水深約150m，實(shí)測(cè)最高古水位高程為4535.166m。2018年Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ湖豐水期水域面積87.17km2，平均水深0.33m，水位高程4440m，最高古水位高于現(xiàn)今水位95m。按水量推算，湖水面積濃縮數(shù)千倍以上，為典型的蒸發(fā)鹽湖，古湖岸侵蝕痕跡明顯。

扎倉(cāng)茶卡鹽湖礦床，根據(jù)礦體產(chǎn)出狀態(tài)又可劃分為固體礦（化學(xué)沉積）和液體礦（鹵水）。固體礦呈層狀沿湖濱及古湖盆分布，地表多見于干涸-半干涸的湖濱或?yàn)┑厣?，深部分布于古湖積層中，賦礦層位為第四系全新統(tǒng)湖相化學(xué)沉積。液體礦則為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ湖地表鹵水和淺藏鹵水。

3.1.1 地表鹵水礦體

Ⅰ湖地表鹵水礦體，豐水期及枯水期被鹽灘分割為2個(gè)水體。豐水期礦體面積0.36km2，平均厚度0.12m，LiCl平均3098.75mg/L。枯水期礦體面積0.33km2，礦體平均厚度0.14m，LiCl平均2983.96mg/L。

Ⅱ湖地表鹵水礦體，豐水期及枯水期均為1個(gè)水體。豐水期礦體面積46.06km2，礦體平均厚度0.40m，LiCl平均2666.71mg/L?？菟诘V體面積39.81km2，礦體平均厚度0.36m，LiCl平均2694.20mg/L。

Ⅲ湖地表鹵水礦體，豐水期及枯水期均為1個(gè)水體。豐水期礦體面積28.29km2，礦體平均厚度0.28m，LiCl平均3557.59mg/L。枯水期礦體面積20.32km2，礦體平均厚度0.21m，LiCl平均5042.24mg/L。

3.1.2 淺藏鹵水礦體

淺藏鹵水分布總面積157.52km2（淺藏鹵水分布總面積近似豐水期地表鹵水分布總面積2倍），淺藏鹵水含水層厚度0.30m～12.58m、平均厚度6.57m，淺藏鹵水含水層總體積7.96×108m3。淺藏鹵水LiCl平均3874.75mg/L。

3.2 鹵水質(zhì)量

鹵水主要化學(xué)組份（離子）為K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-，次要化學(xué)組份為B2O3、Li+、Ca2+、CO32-、HCO3-、Br-，微量化學(xué)組份為NO3-、Rb+、Cs+、Sr2+、I-。鹵水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、B2O3、Li+、Br-密切共存，且呈正性相關(guān)。

據(jù)舒卡列夫水化學(xué)類型分類標(biāo)準(zhǔn)除湖邊局部地段受地表、地下淡水影響，極少部分地表鹵水劃分為B、C亞類外，絕大部分鹵水劃分為D亞類。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ湖80件豐水期地表鹵水樣平均礦化度達(dá)260214mg/L，故扎倉(cāng)茶卡礦床鹵水品級(jí)為高礦化度鋰（LiCl）鹵水礦。

Ⅰ湖鹵水的水化學(xué)類型均為氯化物-鈉型；Ⅱ湖鹵水的水化學(xué)類型主要為氯化物-鈉型，次為氯化物硫酸鹽-鈉型，極少量氯化物-鎂型、氯化物-鉀鈉鎂型、氯化物硫酸鹽-鈉鎂型；Ⅲ湖鹵水的水化學(xué)類型均為氯化物-鈉型[2]。

3.3 資源儲(chǔ)量

3.3.1 地表鹵水資源儲(chǔ)量（豐水期）

地表鹵水豐水期資源儲(chǔ)量鋰（LiCl）7.81萬(wàn)噸，平均厚度0.34m，平均品位2940.16mg/L。

3.3.2 地表鹵水資源儲(chǔ)量（枯水期）

地表鹵水資源儲(chǔ)量鋰（LiCl）6.10萬(wàn)噸，平均厚度0.30m，平均品位3226.49mg/L。

3.3.3 淺藏鹵水孔隙度資源儲(chǔ)量

淺藏鹵水孔隙度資源儲(chǔ)量鋰（LiCl）121.91萬(wàn)噸，平均品位3874.75mg/L。

3.3.4 淺藏鹵水給水度資源儲(chǔ)量

淺藏鹵水給水度資源儲(chǔ)量鋰（LiCl）8.76萬(wàn)噸，平均品位3874.75mg/L。

4 鹵水鋰資源開發(fā)利用

礦石鋰開發(fā)成本高、提取工藝復(fù)雜，而鹵水鋰恰恰相反，因而國(guó)際上已經(jīng)將鋰的生產(chǎn)由礦石鋰轉(zhuǎn)向鹵水提鋰，我國(guó)含鋰鹽湖鹵水礦中的鎂含量普遍較高，由于鎂和鋰這兩種元素較難分離，由于全球鹽湖絕大多數(shù)資源都是高鎂低鋰型，而從高鎂低鋰?yán)消u中提純分離碳酸鋰的工藝技術(shù)難度很大。

我國(guó)從上世紀(jì)六十年代開始鹽湖鹵水提鋰的試驗(yàn)研究，近年來(lái)已有重大突破，已經(jīng)取得多項(xiàng)成果和專利。

西藏扎布耶鹽湖鋰業(yè)高科技有限公司已經(jīng)利用中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鹽湖中心的研究成果，以西藏扎布耶含鋰鹵水為原料建成了年產(chǎn)5000噸的碳酸鋰生產(chǎn)裝置，已于2004年投產(chǎn)；青海中信國(guó)安科技發(fā)展有限公司于2006年、2007年相繼在青海的東、西臺(tái)吉乃爾鹽湖的含鋰鹵水各建設(shè)了1萬(wàn)噸/年的碳酸鋰生產(chǎn)裝置；青海鹽湖集團(tuán)所屬的藍(lán)科鋰業(yè)公司利用鹽湖集團(tuán)生產(chǎn)氯化鉀后的含鋰?yán)消u也于2007年建成了1萬(wàn)噸的碳酸鋰生產(chǎn)裝置。

該區(qū)鹽湖數(shù)量多，勘查程度普遍較低，對(duì)鹽湖資源總量還不完全清楚。大部分鹽湖的交通、能源條件極差，人力與生活資源供給匱乏，開發(fā)的外部條件很差，但一般淡水豐富，開采的水文地質(zhì)條件較好。受外部經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件限制，本區(qū)鹽湖只能以經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的鋰、硼為主要開發(fā)對(duì)象[3]。

扎倉(cāng)茶卡鹽湖湖水為富含硼、鋰的高礦化鹵水，資源儲(chǔ)量較大，綜合利用價(jià)值高，可采資源儲(chǔ)量鋰(LiCl)103.776萬(wàn)噸，綜合成本約為15000元/噸，靜利潤(rùn)可達(dá)311.32億元。但由于交通、供電等因素限制，影響了該礦床的開發(fā)。西藏阿里朋成礦業(yè)有限責(zé)任公司以扎倉(cāng)茶卡Ⅱ、Ⅲ湖鹵水為研究對(duì)象，分析了鋰的富集行為，通過(guò)蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)掌握了該鹽湖鹵水蒸發(fā)過(guò)程中各階段析鹽種類、順序及結(jié)晶特性，蒸發(fā)時(shí)各階段成鹵率和析鹽量，給出了Ⅱ、Ⅲ湖鹵水蒸發(fā)原則性蒸發(fā)路線，為鹽田建設(shè)提供了科學(xué)的依據(jù)。

本鋰提取工藝從根本上突破高鎂鋰鹽湖鹵水提鋰的傳統(tǒng)方法，解決了傳統(tǒng)方法提鋰回收率低、資源利用率低、生產(chǎn)成本高和過(guò)濾分離難等一系列問題，與傳統(tǒng)提鋰方法相比，初步估計(jì)每噸Li2CO3成本可控制12000元以下，在經(jīng)濟(jì)上成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于市場(chǎng)價(jià)格，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力尤為明顯，比傳統(tǒng)工藝更具有工業(yè)化前景。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，扎倉(cāng)茶卡鹽湖鹵水蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)產(chǎn)品加工工藝實(shí)驗(yàn)，找到了一條合適當(dāng)?shù)貧夂虻葪l件的鹽田工藝和產(chǎn)品加工工藝技術(shù)路線，為將其技術(shù)成果盡快轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)力，加快該鹽湖資源產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，最終為大規(guī)模開發(fā)、綜合利用該鹽湖資源提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)依托。

改善阿里地區(qū)交通及電力供應(yīng)條件，不僅有利于鹽湖鋰資源的開發(fā)，西部大量的硼、鉀、鈉鹽等資源的開發(fā)條件也可以得到改善，對(duì)促進(jìn)西藏經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。