氣田水資源含量分布特征及提取前景
——以川東地區(qū)氣田水鍶和溴資源為例

袁增 何志強(qiáng) 譚紅 喻璐 段華美 鄭淞銘 徐爽

1.重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦

天然氣是一種綠色能源,在可持續(xù)低碳發(fā)展中扮演著重要角色[1]。天然氣開發(fā)會(huì)產(chǎn)生大量的氣田水,其主要源于在油氣生產(chǎn)作業(yè)中所產(chǎn)出的地層伴生水[2]。它包含各種可溶與不溶的有機(jī)和無機(jī)化合物,普遍具有污染物成分復(fù)雜、礦化度高等特點(diǎn)[3]。川東地區(qū)氣田水在油氣成藏階段經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的演化,在這過程中,溶解了地層中的鍶(Sr)、溴(Br)等資源[4]。而中國(guó)鍶礦存在品位低、雜質(zhì)含量高的問題,且地下鹵水資源也日漸枯竭,導(dǎo)致供不應(yīng)求的現(xiàn)狀。

鑒于此,本研究對(duì)國(guó)內(nèi)外鍶及溴資源現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析,并分析川東地區(qū)氣田水中鍶和溴含量分布特征,探討鍶和溴資源的提取方法以及可行性。該研究旨在為氣田水的資源化利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 鍶及溴資源概況

1.1 國(guó)內(nèi)外鍶資源現(xiàn)狀

鍶是一種在土壤和海水中廣泛分布的堿土金屬[5],主要以天青石(SrSO4)和菱鍶礦(SrCO3)的形式存在[6]。主要應(yīng)用于煙火、磁性材料、電子陶瓷、金屬冶煉、液晶玻璃基板等領(lǐng)域。全球鍶資源量豐富,其中西班牙、伊朗、中國(guó)、墨西哥的鍶礦(天青石)儲(chǔ)量居世界前列[7]。

圖1為2014-2021年全球鍶礦產(chǎn)量走勢(shì)圖。由圖1可知,全球鍶礦產(chǎn)量呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì),但2021年全球鍶礦產(chǎn)量顯著增加,反映出行業(yè)需求和下游應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。

全球范圍內(nèi),鍶資源的分布廣泛且儲(chǔ)量豐富,其短缺或枯竭的可能性相對(duì)較低。但優(yōu)質(zhì)資源(天青石中SrSO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)在80%以上,且伴生的鋇、鈣含量相對(duì)較低)主要分布在伊朗、西班牙等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。根據(jù)最新的數(shù)據(jù)顯示[8],中國(guó)在2022年的鍶礦產(chǎn)量約8×104t,占全球總產(chǎn)量的23.3%,如圖2所示。

根據(jù)中華人民共和國(guó)自然資源部編制的 《中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告(2023)》[9],截至2022年,中國(guó)的天青石礦已探明儲(chǔ)量2 456.81×104t,中國(guó)鍶礦主要分布在青海、重慶等地,其中青海儲(chǔ)量最大,如圖3所示[10]。但中國(guó)天青石礦普遍存在品位低、雜質(zhì)含量高的問題,資源稟賦并不具有優(yōu)勢(shì)[11]。如最大的青海大風(fēng)山鍶礦品位(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)在35%～60%之間,而從伊朗進(jìn)口的天青石礦品位一般在85%以上,導(dǎo)致鍶進(jìn)口需求持續(xù)增長(zhǎng)。優(yōu)質(zhì)資源的集中分布和國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)鍶礦儲(chǔ)量占比較低的情況意味著國(guó)內(nèi)鍶行業(yè)仍面臨一定的供應(yīng)壓力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。因此,需要進(jìn)一步加強(qiáng)資源勘探和開發(fā),拓寬鍶資源回收渠道,如從氣田水、鹽湖鹵水等鍶資源較為豐富的水體進(jìn)行資源化利用[12]。

1.2 國(guó)內(nèi)外溴資源現(xiàn)狀

溴具有低沸點(diǎn)、易熔化和強(qiáng)分散等理化性質(zhì),主要以離子形式存在于地殼中[13]。溴素是重要的化工原料,在阻燃劑、滅火劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥、油田等領(lǐng)域有廣泛用途[14]。

美國(guó)、以色列和中國(guó)是主要的溴生產(chǎn)國(guó)[15]。圖4為2017-2021年全球溴素產(chǎn)量走勢(shì)圖。由圖4可以看出,全球溴素產(chǎn)量總體呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),表明全球市場(chǎng)對(duì)溴素的需求持續(xù)增長(zhǎng)。

中國(guó)溴資源主要存在于地下鹵水和鹽湖鹵水中,相較于鹽湖鹵水,地下鹵水普遍具有較高的溴含量,例如川東地區(qū)的溴質(zhì)量濃度可高達(dá)16 877 mg/L。近年來,從鹵水中提取的溴中富集了鋰、鉀等元素,形成了溴資源含量較高的鹵水,其最高質(zhì)量濃度可達(dá)4 000 mg/L[16]。

圖5為2015—2021年中國(guó)溴素產(chǎn)量以及需求量對(duì)比情況。由圖5可知,近年來,中國(guó)溴素行業(yè)供給趨于平穩(wěn),但地下鹵水資源逐漸枯竭,造成溴素產(chǎn)量低迷。根據(jù)中國(guó)無機(jī)鹽工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù),2021年中國(guó)溴素行業(yè)的產(chǎn)量約為10.6×104t,而同年需求量則達(dá)到15.1×104t,中國(guó)溴素行業(yè)供需缺口較大,供求矛盾將變得更加突出。因此,在未來很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),中國(guó)在一定程度上仍需依賴進(jìn)口溴素。

2 川東地區(qū)氣田水資源調(diào)查分析

2.1 川東地區(qū)氣田概況

川東地區(qū)是中國(guó)重要的天然氣生產(chǎn)基地,貢獻(xiàn)了全國(guó)約1/8的天然氣產(chǎn)量。目前,川東地區(qū)共發(fā)現(xiàn)氣田38個(gè),含氣構(gòu)造27個(gè)。至2022年底,38個(gè)氣田全部投入開發(fā),已投產(chǎn)含氣構(gòu)造10個(gè),出水氣田29個(gè),出水含氣構(gòu)造3個(gè)。由于大部分氣田已進(jìn)入開發(fā)中后期,產(chǎn)出水量大,年產(chǎn)氣田水達(dá)20×104m3以上,地層水儲(chǔ)量達(dá)25.14×108m3。

2.2 樣品采集與測(cè)試分析

氣田水樣品取自中國(guó)川東地區(qū)主要油氣產(chǎn)區(qū)。為明確川東地區(qū)氣田水中高附加值物質(zhì)含量,同時(shí)探索氣田水綠色開發(fā)價(jià)值,收集了川東地區(qū)每個(gè)層位具有代表性的氣田水樣品進(jìn)行檢測(cè)分析,并選取2019—2022年位于石炭系層位的部分氣井氣田水進(jìn)行全組分分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 川東地區(qū)氣田水資源量分析

川東地區(qū)近5年來主要?dú)馓锼Y源量見表1。從表1可知,近5年來,川東地區(qū)氣田產(chǎn)水量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),特別是在2021年,產(chǎn)水量達(dá)到26.93×104m3,相較于2020年增長(zhǎng)9.02×104m3。

氣田產(chǎn)出水量受多種因素影響,包括氣藏壽命、開采技術(shù)和氣藏特征等[17]。隨著氣田開發(fā)逐漸進(jìn)入中后期,普遍會(huì)采取排水采氣工藝以提高氣田采收率,因而產(chǎn)水量逐漸增加,可見川東地區(qū)氣田水目前甚至未來都會(huì)擁有較為豐富的水資源。

表1 川東地區(qū)近年來主要?dú)馓锼Y源量統(tǒng)計(jì)104 m3年份年產(chǎn)水量主要?dú)馓锂a(chǎn)水量沙X場(chǎng)龍X龍-X云X寨胡X壩臥X河五X梯大X坪20178.430.660.320.600.951.660.240.980.4020189.190.640.480.680.782.520.211.050.4320198.460.550.370.730.771.900.200.900.37202017.910.621.660.920.911.230.240.770.55202126.930.582.280.990.942.620.280.910.39

3.2 川東地區(qū)氣田水鍶和溴資源分布特征

為進(jìn)一步掌握川東地區(qū)氣田水溴和鍶資源情況,從DZ/T 0212.4-2020《礦產(chǎn)地質(zhì)勘察規(guī)范 鹽類第4部分：深藏鹵水鹽類》中收集到礦產(chǎn)一般工業(yè)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),同時(shí)從文獻(xiàn)中查找到柴達(dá)木盆地以及海水中鍶與溴資源的平均含量[18],具體數(shù)據(jù)如表2所列。

表2 溴和鍶的一般工業(yè)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)元素礦產(chǎn)一般工業(yè)/綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)ρ/(mg·L-1)邊界品位w/%最低工業(yè)品位w/%柴達(dá)木盆地鹽湖鹵水ρ/(mg·L-1)海水ρ/(mg·L-1)Br50～6034.1466Sr天青石礦406054.648

系統(tǒng)采集了川東地區(qū)氣田不同層位的氣田水樣品,對(duì)鍶和溴資源含量進(jìn)行了測(cè)試分析,結(jié)果見表3。

表3 不同層位氣田水樣品中鍶和溴含量檢測(cè)結(jié)果層位樣品數(shù)量/個(gè)鍶質(zhì)量濃度/(mg·L-1)溴質(zhì)量濃度/(mg·L-1)最小值最大值平均值最小值最大值平均值長(zhǎng)興組1013.0946.0207.211.0588.0172.0龍馬溪組1070.0245.0123.846.0277.0105.8石炭系11214.0881.0556.8138.0717.0392.0嘉二61.0502.0106.33.0529.0119.5茅口組50118.056.23.088.052.0

根據(jù)表3可知,不同層位的氣田水中鍶與溴資源含量差距較大,表明地質(zhì)層位對(duì)資源含量產(chǎn)生了影響。在5個(gè)層位中,茅口組資源含量最低,鍶質(zhì)量濃度均值為56.2 mg/L,只與柴達(dá)木盆地鹽湖鹵水中鍶質(zhì)量濃度(54.64 mg/L)相當(dāng),溴質(zhì)量濃度均值為52.0 mg/L,僅符合一般工業(yè)和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍(50～60 mg/L)。而在石炭系層位資源含量最高,鍶質(zhì)量濃度為214.0～881.0 mg/L,均值高達(dá)556.8 mg/L,分別為鹽湖鹵水及海水的10倍和70倍,溴質(zhì)量濃度為138.0～717.0 mg/L,均值高達(dá)392.0 mg/L,分別為鹽湖鹵水及海水的11倍,遠(yuǎn)高于一般工業(yè)/綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。另外,在長(zhǎng)興組、龍馬溪組和嘉二這3個(gè)層位中,鍶和溴兩種資源的質(zhì)量濃度均值較低,在105.8～207.2 mg/L范圍內(nèi)。

總的來說,石炭系層位的氣田水中鍶和溴含量較高,是潛在的資源富集層位,值得進(jìn)一步深入研究和開發(fā)。因?yàn)槭苌a(chǎn)過程的影響,氣田水的各種元素含量也會(huì)存在一定的變化,為探究其資源含量在不同年度的波動(dòng)情況,選取2019—2022年川東地區(qū)石炭系層位的部分氣井氣田水樣品進(jìn)行全組分分析,如表4所列。

由表4可知,在石炭系層位中,鍶和溴資源含量在4年間波動(dòng)較小,具有較高的穩(wěn)定性。如磨X灣氣田的C037-6井,其鍶資源質(zhì)量濃度穩(wěn)定在500～610 mg/L,云X寨氣田的YH1井,其溴資源質(zhì)量濃度穩(wěn)定在450 mg/L左右,最高達(dá)到717 mg/L,鍶資源質(zhì)量濃度穩(wěn)定在220～380 mg/L。分析鉀、鎂、鈣和硫酸鹽4種資源含量發(fā)現(xiàn),不同氣井的含量存在較大的差異,若要規(guī)模回收利用具有一定難度。另外,隨著電動(dòng)汽車的興起,含鋰產(chǎn)品的需求量不斷增加,鋰原料價(jià)格不斷攀升,國(guó)內(nèi)外也紛紛開展了鹽湖以及氣田水提鋰試驗(yàn),但在川東地區(qū)氣田水檢測(cè)中,鋰含量普遍較低,最高質(zhì)量濃度只達(dá)到100 mg/L,最低為0.24 mg/L,全部低于邊界品位(150 mg/L)以及最低工業(yè)品位(300 mg/L),因此沒有工業(yè)提鋰的價(jià)值。

表4 石炭系層位氣田水樣品中元素含量檢測(cè)結(jié)果ρ/(mg·L-1)采樣年份樣品來源所屬氣田鍶溴鋰鉀鈣鎂硫酸鹽2022QL48井胡X壩43854924.80633.03 270548 744YD001-H2井沙X場(chǎng)2144080.2481.91 0303261 700C037-6井磨X灣5154924.6282.61 950352530ZG3井寨X灣8145599.31240.03 190550624YH1井云X寨22871726.701 530.03 350527616TD017-H4井五X梯4924041.4242.7580114542QL024-2井胡X壩88121155.001 155.05 252584341C11井龍-X59446323.00144.02 34952435C20井龍-X53513821.00150.02 0904667QL28井檀X場(chǎng)78315365.003 219.07 024602137QL50井檀X場(chǎng)63121826.00515.07 110765135

綜上所述,川東地區(qū)石炭系層位氣田水中鍶和溴含量遠(yuǎn)高于柴達(dá)木盆地鹽湖鹵水、海水等水體,同時(shí)共存有豐富的鈣、鎂等資源,為進(jìn)一步采用提取和利用工藝提供了參考依據(jù)。

3.2 氣田水中溴和鍶資源含量分析

為進(jìn)一步掌握川東地區(qū)氣田水溴和鍶資源情況,選取了川東地區(qū)的氣礦作業(yè)區(qū)中具有代表性的8口井進(jìn)行分析,結(jié)果見圖6和圖7。1#～8#分別對(duì)應(yīng)C11井、YD001-H2井、C037-6井、TD017-H4井、TD71井、ZG3井、QL48井和YH1井。

圖6為川東地區(qū)部分氣井氣田水中鍶離子質(zhì)量濃度,由圖6可知,川東地區(qū)各井中鍶離子質(zhì)量濃度變化范圍在214～814 mg/L之間,2#、5#、8#氣井中鍶離子質(zhì)量濃度在250 mg/L以下。所有樣品中氣田水鍶離子質(zhì)量濃度均高于柴達(dá)木盆地鹽湖鹵水(54.64 mg/L)以及海水(8 mg/L)。其中,1#、3#、6#氣井為鍶離子質(zhì)量濃度最高的3口氣井,其質(zhì)量濃度分別為594 mg/L、515 mg/L、814 mg/L。

圖7為川東地區(qū)部分氣井氣田水中溴離子含量的變化情況。由圖7可知,各井溴離子質(zhì)量濃度介于404～717 mg/L之間,均大于一般工業(yè)/綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的質(zhì)量濃度(50～60 mg/L)。6#～8#氣井為溴離子含量最高的3口氣井,均在最低工業(yè)品位規(guī)定質(zhì)量濃度的10倍以上。這表明川東地區(qū)氣田水中溴資源具有較高品位。在這8口氣井中,6#井中溴和鍶的離子含量均較高,為資源品位最佳的氣井。綜合分析可知,川東地區(qū)氣田水中含有較為豐富的鍶、溴等資源,具有進(jìn)一步開采提取的價(jià)值。

綜上所述,選擇了資源較優(yōu)的4口氣井(表5),針對(duì)這些資源較優(yōu)的氣井開展氣田水水處理技術(shù)研究,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍶和溴等資源的有效開采和利用,為川東地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和資源利用提供有力支持。

表5 資源較優(yōu)氣田水中鍶、溴、鈣資源質(zhì)量濃度mg/L氣井ρ(鍶離子)ρ(溴離子)ρ(鈣離子)1#5944632 3493#5154921 9506#8145593 1907#4385493 270

3.3 川東地區(qū)氣田水鍶和溴資源的提取路徑及可行性分析

3.3.1鍶資源的提取路徑

在液體體系中,鍶的提取面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn),尤其是在氣田水這樣的復(fù)雜環(huán)境中。由于鍶、鈣、鎂和鋇都屬于堿土金屬元素,它們?cè)谧匀唤缰幸曰衔镄问酱嬖?并具有相似的化學(xué)性質(zhì)。這種性質(zhì)的相似性在鍶與其他元素,尤其是高含量的鈣離子分離時(shí),造成了一定的困難。

目前,用于液體體系中鍶分離提取的方法,包括吸附(離子交換)法、萃取法、化學(xué)沉淀法等。在傳統(tǒng)方法中,常采用一系列沉淀方法,選擇性地將鍶從其他干擾離子中分離出來[19]。對(duì)于氣田水而言,Ca2+含量普遍較高,因此,Sr2+與Ca2+的分離是關(guān)鍵步驟。可采用NaOH使Sr2+和Ca2+形成氫氧化物,并利用溶解度差異將其分離。

在萃取法方面,冠醚類試劑是最常用的萃取劑。雖然使用冠醚或叔胺的有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取能有效地將鍶與海水中的類似離子分離,但由于成本較高,這種方法在商業(yè)應(yīng)用方面需要進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和成本效益分析。

吸附(離子交換)法是液體體系中分離提取目標(biāo)物質(zhì)常用的方法,也是分離提取鍶的重要手段[20]。在該方法中,無機(jī)吸附劑主要包括：①沸石類;②聚銻酸(polyantimonic acid,PAA);③多價(jià)金屬的酸式鹽等[21]。Hong等[22]使用海藻酸鹽微球從合成海水中回收鍶,顯示出與海水中其他常見陽離子的明顯競(jìng)爭(zhēng),最終可從海水中攝取147 mg/L的Sr2+。在類似的工作中,Ghaeni等[23]發(fā)現(xiàn)1 g磁鐵礦/二氧化錳/富勒烯酸納米復(fù)合材料可從天然海水中吸附高達(dá)6.4 mg的Sr2+,然后用鹽酸解吸,但其并沒有評(píng)估Sr2+與Ca2+和Mg2+的分離程度。水熱結(jié)構(gòu)鈦酸鋇納米管也顯示出很高的吸附能力(92 mg/g)[24],但當(dāng)其應(yīng)用于海水時(shí),發(fā)現(xiàn)提取Sr2+的選擇性較差。原因是海水中Ca2+含量遠(yuǎn)高于Sr2+,不利于Sr2+的吸附,必須對(duì)海水進(jìn)行預(yù)處理以降低Ca2+含量,才能有效地從海水中回收鍶資源。

綜上所述,雖然吸附(離子交換)法在鍶的提取中顯示出潛力,但面對(duì)氣田水這種比海水和鹵水更加復(fù)雜的體系時(shí),選擇性和效率的提升是未來研究的關(guān)鍵[22]。未來的研究應(yīng)致力于開發(fā)更高效、更具選擇性的吸附劑或離子交換樹脂。針對(duì)氣田水的特殊性,沉淀法可能是目前實(shí)現(xiàn)Sr2+和Ca2+有效分離的更佳選擇,選擇性沉淀不溶性鈣鹽,通過溶解度差異來實(shí)現(xiàn)二者的分離是獲得鍶富集溶液最有希望的策略[23]。

3.3.2溴資源的提取路徑

目前,溴資源提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、空氣吹出法[26]、離子交換樹脂法、溶劑萃取法和沉淀法[27]。

水蒸氣蒸餾法是最早應(yīng)用于化工領(lǐng)域的溴提取方法。工業(yè)上通常使用氯氣作為氧化劑,將含溴溶液送入蒸餾塔,利用Br2和水的揮發(fā)度差異進(jìn)行分離。盡管這種方法在操作上簡(jiǎn)單,但對(duì)溶液中的溴質(zhì)量濃度有一定要求,應(yīng)為5～24 g/L,并且在高溫條件下容易產(chǎn)生副反應(yīng),如溴的解離和與過量氯氣的反應(yīng),從而影響氧化速率和蒸發(fā)率[28]。

空氣吹出法是中國(guó)目前主要采用的溴素生產(chǎn)方法,特別適用于溴含量較低的溶液。該方法的原理是首先酸化原料,然后通入氯氣將Br-氧化為Br2,氧化后的濃海水經(jīng)管道送到吹出塔頂部, 空氣鼓風(fēng)機(jī)將游離溴吹出,并在吸收塔中使用吸收劑(如堿、酸、SO2等)進(jìn)行吸收[29]。盡管該方法對(duì)溶液溫度(15～20 ℃)有一定要求,需要較大的設(shè)備,且能耗較大[30],但其適用性強(qiáng),可控制性好,適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

溶劑萃取法和離子交換樹脂法也是提溴的有效方法。前者依賴于溴在有機(jī)溶劑中的溶解度高于水的特性,但需要選擇合適的溶劑[31]。后者使用小巧的樹脂代替了大型的吹出塔和吸收塔[32],但在工業(yè)生產(chǎn)中受到樹脂的機(jī)械強(qiáng)度和顆粒大小的限制,另外溴的氧化作用對(duì)樹脂的壽命有較大的影響,雖已得到廣泛研究,但尚未應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)[33]。

沉淀法采取適當(dāng)方法氧化鹵水,使Br-變成Br2,然后加入芳香族有機(jī)化合物如苯胺、苯酚等,與溴化合形成難溶于水的沉淀[34]。所得沉淀再做分解,制出溴和溴化物。但該法回收苯胺、苯酚的辦法復(fù)雜,成本高,不太適用于工業(yè)生產(chǎn)。

通過對(duì)提溴工藝技術(shù)的描述和比較分析,目前水蒸氣蒸餾法和空氣吹出法是較為成熟且在國(guó)內(nèi)外廣泛使用的方法[35]。水蒸氣蒸餾法具有簡(jiǎn)單的工藝流程,但僅適用于高質(zhì)量濃度鹵水(5～24 g/L)的提溴[15],而在川東地區(qū)氣田水中檢測(cè)到的溴質(zhì)量濃度最高為717 mg/L(8#井),因此該方法不適用于川東地區(qū)。相比之下,空氣吹出法更適用于氣田水的提溴工藝,并可選擇空氣吹出和SO2吸收的封閉循環(huán)工藝,通過調(diào)整操作條件,如溫度和氯氣的用量來優(yōu)化提取效率。

3.3.3開發(fā)價(jià)值及可行性分析

結(jié)合川東地區(qū)氣田年產(chǎn)水量(26.93×104m3)以及地層水儲(chǔ)量(25.14×108m3),根據(jù)初步估算,川東地區(qū)氣田水的碳酸鍶、溴素資源量分別達(dá)139×104t、98×104t,且目前工業(yè)級(jí)碳酸鍶價(jià)格為1.3×104元/t,溴素為2.5×104元/t,其在資源量以及經(jīng)濟(jì)效益方面都較為可觀。

早期氣田水的綜合利用主要是通過平鍋熬鹽來提取溴、碘、鉀、硼等稀有元素。但因氣田水中鹽含量低、處理能耗很高、經(jīng)濟(jì)效益差以及隨著平鍋熬鹽的取締等因素,現(xiàn)已很少使用。1977年以來,峨嵋地質(zhì)礦產(chǎn)綜合利用研究所等幾個(gè)單位就已經(jīng)針對(duì)威遠(yuǎn)氣田水開展了用空氣吹除-離子交換法從氣田水提溴、鉀、鋰的研究,研究表明,每處理1 m3氣田水可收益7.9元,每年最少有160萬元的純利潤(rùn)[36],但同時(shí)每年約有42 240 m3廢水和3 439 t廢渣產(chǎn)出,仍需一定的處理成本。除此之外,針對(duì)威遠(yuǎn)氣田水,還實(shí)行了利用成型AMP-MF樹脂提取銣及銫鹽、利用MR-2離子篩提鋰、利用天然沸石提取氯化鉀等綜合利用方案[37]。這些方法為氣田水的綜合利用提供了一定的技術(shù)支持,但在后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用中都暴露出成本效益低及產(chǎn)品產(chǎn)率低的問題。盡管如此,相比于傳統(tǒng)的氣田水處理方式[38],綜合利用氣田水中的鍶和溴等資源在節(jié)約成本、環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等方面仍具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[39]。未來的研發(fā)和應(yīng)用應(yīng)基于歷史經(jīng)驗(yàn),深入分析和解決技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的實(shí)際問題,探索更有效的技術(shù)和工藝路徑,以確保資源的高效提取和回收,并實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的平衡[40]。

4 結(jié)論與建議

(1) 中國(guó)鍶礦普遍存在品位低、雜質(zhì)含量高的問題,資源稟賦并不具有優(yōu)勢(shì),且目前地下鹵水資源日漸枯竭,溴素行業(yè)供需缺口較大,存在供不應(yīng)求的局面。兩種資源對(duì)外依存度逐漸提高。

(2) 川東地區(qū)氣田水儲(chǔ)量豐富(年產(chǎn)水26.93×104m3),部分氣井氣田水中含有較豐富的鍶(最高達(dá)814 mg/L)和溴(最高達(dá)717 mg/L)資源,具有進(jìn)一步開采提取的潛力。

(3) 目前,沉淀法提取鍶和空氣吹出法提取溴在川東地區(qū)氣田水處理中較為適用。通過回收提取的鍶和溴資源,能夠促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)利用。

(4) 依托“天然氣+”資源綜合利用研究項(xiàng)目,鍶和溴資源提取技術(shù)已達(dá)到可行性要求,建議開展川東地區(qū)氣田水中鍶和溴資源回收利用工程示范項(xiàng)目研究,從目前川東地區(qū)氣田水達(dá)標(biāo)外排處置方式轉(zhuǎn)變?yōu)闅馓锼墟J和溴有用金屬元素提取資源化利用途徑,可實(shí)現(xiàn)資源變廢為寶。這對(duì)于解決環(huán)境污染、促進(jìn)資源可持續(xù)利用以及保護(hù)人類健康和生態(tài)安全具有重要意義。