察爾汗鹽湖溶礦研究進展

王盼盼，劉鯉君，金世紅，趙 云

（1.青海大學，青海 西寧 810016；2.青海省測試計算中心，青海 西寧 810008）

察爾汗鹽湖位于柴達木盆地，是中國最大的鹽湖。察爾汗鹽湖是一個以液體鉀礦為主，伴有硼、鋰、鎂、溴等元素，固液體并存的綜合型礦床，是世界上罕見的具有工業價值的大型內陸鹽湖之一。察爾汗鹽湖還有2.96億t低品位固體鉀鹽資源，這些資源相當于一個超大型鉀礦[1]。合理開發鹽湖鉀資源對發展經濟具有很大的促進作用，但是在開發資源的同時也要注重環境保護。

察爾汗鹽湖采鹵實踐證明，隨著抽鹵的不斷進行，晶間鹵水的水位不斷下降，如果繼續這樣開采下去，上層的固體鉀礦勢必成為“呆礦”[2]。因此，采用合理的方法開采鉀資源勢在必行。水溶法是根據壓力、溫度等因素對不同鹽類的溶解度的影響，使用不同的溶劑，使要溶解的組分轉化為液相采出，而不需要的組分留在礦中[3]。水溶法開采成本較低，技術要求低，施工方法簡單，水溶法開采鹽礦打破了察爾汗鹽湖只能開采液體鉀礦而無法開采固體鉀礦的局面，能為開采企業帶來更多的利益。但是，水溶法開采鹽礦也面臨一些亟待解決的問題。

察爾汗鹽湖溶礦研究屬于鹽湖資源綜合開發利用的應用基礎研究，有助于合理開發利用鹽湖鉀資源，如果技術可行，經濟合算，那么對緩解我國鉀肥緊缺形勢有重要作用。本文簡要歸納了察爾汗鹽湖溶礦進展狀況，介紹了鹽礦水溶開采過程中遇到的問題以及問題的解決程度，以期為鹽湖資源的有效開發利用提供參考。

1 察爾汗鹽湖溶礦的進展狀況

察爾汗鹽湖有直接出露地表的石鹽、鉀石鹽、鉀鎂鹽等礦產資源，其中以石鹽沉積為主，含鉀礦體沉積在石鹽層中，晶間鹵水和隙鹵水賦存于鹽層和碎屑層中[4]。察爾汗鹽湖是我國鉀肥工業的搖籃。但是，隨著開采過程的不斷進行，采鹵區出鹵量逐漸減少，鹵水品質也逐漸降低，這已經成為制約察爾汗鹽湖鉀肥生產的關鍵問題[5]。在鹵水資源儲量逐漸下降，開采成本逐漸增高的趨勢下，低品位固體鉀鹽礦床成了未來最具有潛力的開采對象。但是，察爾汗鹽湖固體鉀礦品位低、礦層薄，限制了其單獨開采，這是鉀肥生產急需解決的主要問題[6-7]。為了解決這個問題，人們提出了液化開采。

通過水溶法開采固體鉀礦，首先要確定固體礦層中鉀的品位[8]，針對不同的礦層進行合適的溶采，使鉀礦得到最大程度的開采[9]。

察爾汗鹽湖溶礦以獲取鉀資源的研究取得一定成效。趙有璟等[10]通過對察爾汗鹽湖鐵路以東固體鉀礦的小規模現場溶采試驗，得到分析結果：固體鉀礦溶采率能夠達到80%，溶礦效果比較理想。張萍[11]在察爾汗鹽湖鐵路以東固體鉀礦溶采試驗中，通過分析溶采前后固體礦層的取樣結果，得出結論：固體鉀溶解率高達80%，溶礦效果良好。由此可見，水溶法開采察爾汗鹽湖鉀礦具有可行性，但是溶礦過程也遇到了一些亟待解決的問題。

2 溶礦過程中出現的問題

水溶法開采鹽田是國內外已經廣泛應用的采礦技術。水溶法開采固體鉀礦使固體鉀礦得到充分利用，大大提高了察爾汗鹽湖的鉀資源利用率。但是，水溶法開采鉀礦也存在一些問題。

近年來，青海鹽湖工業股份有限公司在別勒灘低品位固體鉀鹽礦液化、開發及利用過程中發現很多問題[12]。主要問題是溶劑在注入后不能持續穩定地進入礦層、水位抬高不夠導致溶解效果不佳。為了開采固體鉀鹽，王文祥[13]在察爾汗鹽湖別勒灘區進行了單級驅動溶礦試驗，主要利用澀聶湖的湖水驅動和溶解鹽田地層中的固體鉀鹽，試驗結果表明，溶礦效果明顯。但是，該方法也存在兩個問題：一是地層中存在鹽溶硫，二是水位抬高不夠明顯。水溶法開采鹽礦可能會導致鹽礦塌陷事故，因此用這種方法開采時應注意防止塌陷現象的發生[14]。

目前，察爾汗鹽湖鹽田溶礦過程中遇到一些關鍵問題，主要表現如下：溶劑在注入后不能持續穩定地進入礦層、水位抬高不夠導致溶解效果不佳、地層中存在鹽溶硫、無序過量開采導致鹵水補給不足、水溶開采誘發地表塌陷等。

3 溶礦過程問題解決的程度

3.1 采用增程驅動溶礦模式

為了解決察爾汗鹽湖溶礦過程地層中存在鹽溶硫和水位抬高不夠明顯的問題，王文祥等[15]進行了察爾汗鹽湖單級與增程驅動溶解固體鉀礦的對比試驗。試驗結果表明，增程驅動溶礦模式提高了晶間鹵水的水位，水溶法開采固體鉀礦是可行的。

3.2 適當補充鹵水

目前，察爾汗鹽湖內采渠遍布，已嚴重破壞了地下淺鹵水的含水層系統，阻斷了地下鹵水對察爾汗鹽湖的補給途徑，減少了地下水補給量[16]。過量開采導致鹽田資源貧化，為了持續開采鹽田資源，應引水溶礦增大補給量。研究表明，鹽田老鹵作為溶解驅動的溶劑，溶解效果明顯。但是，溶劑中的鈉元素比較高，溶解鉀之后，導致一部分氯化鈉析出，減弱了地層的滲透性，從而影響后續的溶礦[13]。

采礦過程中適當補充鹵水十分重要，但是溶礦過程需要合適的鹵水濃度。直接采用水溶礦或者采用低濃度鹵水溶礦會破壞溶礦與結晶的動態平衡，礦體內部會產生空腔，溶礦結構遭到破壞，無法達到溶礦效果，若采用濃度較高的鹵水，會降低溶礦效率[17]。因此，采用適當的鹵水進行溶礦十分必要，采用低鉀高鈉的溶劑能更好地溶解察爾汗鹽湖鉀礦。

3.3 防止鹽礦塌陷的措施

鹽礦地表塌陷是一種嚴重的地質災害，鹽礦塌陷時往往速度很快，可控性小。鹽礦塌陷延續時間長，具有反復性，破壞性大。因此，開采鹽礦時防止鹽礦塌陷是必須首先考慮的。隨著鹽礦水溶開采的增多，鹽田地表塌陷事故經常發生。鹽礦水溶開采地表塌陷往往具有突發性，且持續時間較長，嚴重破壞了周圍地表結構和生態環境。因此，鹽田溶礦時防止地表塌陷是非常重要的。

鹽田地表塌陷原因主要有鹽腔不穩定、鹵水及地下水侵蝕誘發斷層活化、上覆巖土體侵蝕后承載力降低[18]。國內外的采鹽歷史表明[19]，鹽礦開采區鹵水泄露、地面沉降、地面塌陷等問題比較突出，很難防治。鹽礦區的地表塌陷會伴隨噴鹵現象，從地下噴出的鹵水壓力較高，會攜帶大量泥沙到地表，并且沖刷和加大溶蝕通道，帶走地表上的泥沙，加劇了地表塌陷[18]。近年來，一些研究者通過尋找鹽礦地表塌陷規律來防止塌陷現象的發生。

有研究者提出了六種防止鹽礦水溶開采時地表塌陷的措施：注重鹽礦地形勘察、合理設計開采方案、合理控制對井距離和井組距離、確保溶腔與井管的密閉性、定期維修檢測、封閉報廢井等[14]。在鹽礦開采過程中，要保護溶腔頂板，嚴格控制開采強度，防止因跨距過大導致溶腔塌陷[20]。

水溶法開采鹽礦過程中，導致地表塌陷的因素有很多。要不斷探究塌陷原因和防治措施，只有這樣，才能更好、更安全地開采鹽礦資源。

4 結論

本文主要對察爾汗鹽湖溶礦過程進行了分析。研究表明，察爾汗鹽湖含有大量低品位的固體鉀鹽，最佳開采方法是用含低鉀高鈉的溶劑溶解鹽層中的固體鉀鹽，使固體鉀轉化為液體鉀，然后將富含鉀的鹵水抽取到鹽田。這種溶礦技術打破了察爾汗鹽湖只能開采液體鉀礦而無法開采固體鉀礦的局面，提高了鉀資源的利用率，改變了我國鉀資源的供應格局。溶礦過程要使用低鉀高鈉溶劑，這樣才能保證察爾汗鹽湖地層鉀礦更好地溶解且鹽層結構不被破壞。在工業生產中，溶劑必須是價廉易得的，這樣才能保證開采企業的經濟效益。建議水溶法開采鹽礦時，在開采區建立地下水監測網絡和地面沉降監測網絡，監測地下水位和水質的變化，同時監測和記錄溶腔內壓力的變化，以便及早發現、及時處理溶腔鹵水泄露，以免發生地表塌陷事故[21]。一種礦產的開發牽動著其他礦種的變化，為了保護察爾汗鹽湖的礦產資源，提高鉀資源開發利用率，建議適時組織和開展地質勘查工作，把可能造成的地質環境問題減小到最低程度。