青海盐湖锂资源开发的环境影响分析及对策研究

2014-02-27杨荣金李彦武田海燕

环境与可持续发展 2014年2期

杨荣金李彦武田海燕

(中国环境科学研究院，北京 100012)

盐湖卤水锂资源已经成为锂工业生产的主要原料，目前全球以卤水为原料生产的锂盐产品(以碳酸锂计)已占锂产品总量的85%以上，盐湖卤水提锂在未来较长时期内仍将占据主导地位。我国盐湖卤水锂资源在全球占有重要地位，仅次于南美“锂三角”;青海盐湖卤水锂资源居全国首位，主要分布在那陵郭勒河下游的“四湖”地区。高世扬院士曾建议把“青海盐湖锂盐开发与环境”列为国家重点研究规划项目，并在青海盐湖锂盐开发总体技术方案设计中将“锂资源的地质和环境科学调查与研究”“列为四大研究内容之一。

青海盐湖卤水提锂目前仍处于初期生产工艺完善阶段，实现工业化、规模化、低成本、高收率稳定运行仍是当务之急。盐湖卤水提锂的环境影响目前重视不够，研究滞后。

1 青海盐湖锂资源的开发利用

1.1 青海盐湖锂资源储量及资源赋存特点

青海盐湖卤水锂资源储量居全国首位。中国盐湖锂资源约占世界盐湖锂资源的6%。青海盐湖卤水锂资源储量(以LiCl计)约为1779万吨，居全国首位，其中察尔汗(主要在西达布逊湖别勒滩矿区)约为995万吨，一里坪约为268万吨，西台吉乃尔湖约为178万吨，东台吉乃尔湖约为55万吨，大柴旦湖约为24万吨。2012年青海盐湖锂资源量为509万吨，位列全国第一。

青海硫酸盐型盐湖卤水锂离子浓度较高，但镁锂比较高;氯化物型盐湖锂离子浓度较低，镁锂比更高。青海盐湖锂资源禀赋不同，适宜的生产工艺和环保技术也不同。硫酸盐型盐湖东台吉乃尔湖锂离子浓度为0.085%，仅次于扎布耶和阿塔卡玛(晶间卤水)，高于霍姆布勒姆尔托、林昆和乌尤尼，西台吉乃尔湖、大柴旦和一里坪(晶间卤水)约为0.020－0.022%，与银峰相近，高于西尔斯(晶间卤水)、大盐湖和死海;青海硫酸盐型盐湖卤水镁锂比约为35－91，远高于国外盐湖(林昆、阿塔卡玛(晶间卤水)、西尔斯(晶间卤水)、银峰、霍姆布勒姆尔托镁锂比约在1－8之间，乌尤尼(晶间卤水)约为18.6)，也高于国内盐湖(扎布耶0.01，扎仓茶卡III(晶间卤水)8.3)。青海氯化物型盐湖察尔汗(主要在西达布逊湖别勒滩矿区)锂离子浓度在0.01%及以下，镁锂比超过500，与大盐湖和死海相近。

青海盐湖水深浅，面积相对较小，不能简单套用国外老卤直接回排入湖或入盐壳下。青海盐湖多为浅水型湖泊，水深多在1米以内，如东台吉乃尔湖、达布逊湖水深不足1米，大柴旦湖水深不足0.7米，西台吉乃尔湖水深不足0.5米，一里坪为干盐湖。国外盐湖水深较深，如死海水深超过300米，大盐湖水深约5米。青海盐湖面积除察尔汗外，多在数十平方公里至一百多平方公里之间，如西台吉乃尔湖、大柴旦湖面积均不足100km2，东台吉乃尔湖和西达布逊湖面积在120km2左右，国外盐湖面积较大，多在500km2以上，如死海和霍姆布雷托面积在600km2左右，西尔斯、大盐湖、阿塔卡玛和乌尤尼面积均在1000km2以上。

1.2 青海盐湖锂资源开发利用现状及规划

青海盐湖锂资源开发目前主要集中在柴达木盆地南缘西段，2013年碳酸锂产量不足7000吨，不足设计产能的14%，距离数万吨的设计产能还有较大差距。产品除工业级碳酸锂外，也生产电池级碳酸锂，电池级碳酸锂主要在东台吉乃尔湖生产。突破连续稳定的工业化生产瓶颈，降低生产成本，实现稳定达产仍然是未来一段时间的重要任务。青海盐湖锂资源开发目前主要集中在东西台吉乃尔湖和察尔汗盐湖，一里坪盐湖提锂正在建设中，大柴旦湖尚无提锂计划。东台吉乃尔湖主要由青海锂业进行开发，采用离子交换膜电渗析法，设计碳酸锂产能2万吨，2013年产量约为3100吨(主要为电池级)，碳酸锂含量为99.6%;西台吉乃尔湖主要由中信国安进行开发，采用煅烧法，设计碳酸锂产能2万吨，2013年产量约3110吨(主要为工业级)，碳酸锂含量为99.5%;察尔汗盐湖主要由盐湖集团的子公司蓝科锂业进行开发，采用特种吸附剂吸附法，设计碳酸锂产能1万吨，2012年产量约486吨(主要为工业级)，碳酸锂含量为99.5%;一里坪盐湖主要由五矿进行开发，采用德国“多级锂离子浓缩”高镁锂比卤水提锂专利技术，设计碳酸锂产能1万吨，目前尚在建设过程中;大柴旦湖主要由中天硼锂和大华化工进行开发，目前主要生产硼酸和钾肥，锂资源未得到利用。

2 青海盐湖锂资源开发利用的环境影响分析

不同的地理区位、不同的降水蒸发条件、不同的资源禀赋等决定了盐湖锂资源开发利用的方式和技术路线。盐湖锂资源不同的开发利用方式和技术路线，对环境的要求和可能带来的环境影响也是不同的。青海盐湖锂资源采用了综合开发利用的方式，锂资源的开发是和钾、硼资源开发统筹考虑的，综合开发利用方式有利于开发成本的分摊，也有利于减少污染物排放，提高资源开发利用的效率和效益。一里坪五矿集团采用“多级锂离子浓缩”技术，理论上讲“三废”排放少、生产工艺清洁、能源消耗较少，且目前尚处在建设中;大柴旦湖锂资源量较少，但锂离子浓度较高，目前仅开发利用钾、硼资源，锂资源未进行开发利用。因此仅重点分析西台吉乃尔湖、东台吉乃尔湖和察尔汗盐湖不同工艺路线的锂资源开发利用的环境影响和那陵离勒河下游盐湖锂资源开发利用的环境影响。

2.1 西台吉乃尔湖锂资源开发利用的环境影响

西台吉乃尔湖锂资源开发利用采用煅烧法，工艺路线如图1所示。目前能够生产工业级碳酸锂，碳酸锂产品纯度为99.5%，2013年产量为3110吨。煅烧法目前采用的燃料是天然气，属于清洁燃料，但煅烧法生产碳酸锂的能耗较高，随着天然气价格大幅上涨，能耗的生产成本占比将明显上升。煅烧法在煅烧时产生大量尾气，富含氯化氢，工艺路线设计为吸收后生成盐酸产品，用于老卤提硼。氯化氢对设备腐蚀严重，泄漏氯化氢气体对人群健康危害大，从实际运行看，厂区尾气泄漏腐蚀和污染风险仍然存在。盐酸产品部分用于预处理硼酸，在盐田中自然挥发，影响周边环境;由于盐酸用量有限，单价很低且远离市场，大量副产稀盐酸利用、处理、储存面临困难，环境风险随着碳酸锂生产规模的扩大和累积产量的快速提高而增大。浸出液除镁、除钙时，将产生少量尾渣，主要为碳酸镁和硫酸钙等，产生量不大，妥善处理对环境影响较小。

图1 西台吉乃尔湖卤水提取碳酸锂工艺流程图

2.2 东台吉乃尔湖锂资源开发利用的环境影响

东台吉乃尔湖锂资源开发利用采用离子交换膜电渗析法。目前能够生产电池级碳酸锂，碳酸锂产品纯度为99.6%，2013年产量约为3100吨。离子交换膜电渗析法在隔绝镁时，也能隔绝其他杂质，采用德令哈的普通纯碱即能生产出电池级碳酸锂。离子交换膜电渗析法无添加成分，是一种清洁生产工艺，生产周期约16天，其中15天进行碳酸锂生产，然后1天进行离子膜清洗，可恢复离子膜90%以上性能。由于离子膜采购成本约占生产装置成本的1/4，年损耗量约在5%左右，且每生产15天就需要1天进行离子膜清洁，需要进行关停机，造成生产连续性较差，能耗增大。东台吉乃尔湖青海锂业目前碳酸锂生产尾液通过沉淀池后再回注盐湖，其长期影响仍有待于进一步监测和研究。由于离子膜价格昂贵，且依赖进口，未来离子膜再生技术和国产化实现是降低碳酸锂生产成本，提高环保绩效的重要路径。

2.3 西达布逊湖锂资源开发利用的环境影响

西达布逊湖别勒滩矿区锂资源由青海盐湖集团下属蓝科锂业进行开发，锂资源开发利用采用特种吸附剂吸附法，工艺路线如图2所示。目前能够生产工业级碳酸锂，碳酸锂产品纯度为99.5%，2013年产量约为486吨。目前特种吸附剂生产周期长，且依赖俄罗斯生产，导致蓝科锂业目前装置尚未完全实现特种吸附剂装填，碳酸锂生产规模距离规划规模还有较大差异。特种吸附剂吸附法水耗较高，每吨碳酸锂耗水约为600m3，对于有水资源约束的格尔木河流域而言，未来仍然是一种较大的资源保障压力。特种吸附剂树脂的温度适应性较差，流动性和渗透性较差，容易破碎，溶损率较大，单次消耗约约在5%左右，实现工业化连续生产需要尽快解决树脂溶损问题。吸附法用于锂浓度较低的卤水提取碳酸锂，需要大量卤水进入树脂床，从而导致较大的动力需求和能源消耗。特种吸附剂吸附法工艺简单、回收率高、选择性好、对环境污染小，在特种吸附剂的吸附－洗脱性能稳定、温度适应性好、溶损率得到有效控制的情况下，是很有潜力的一种适应于低锂离子浓度卤水生产碳酸锂的工艺。

图2 西达布逊湖别勒滩矿区卤水提取碳酸锂工艺流程图

2.4 那陵郭勒河下游锂资源开发利用的环境影响

西台吉乃尔湖、东台吉乃尔湖和一里坪水源补给均主要来自于那陵郭勒河下游的台吉乃尔河，西达布逊湖的水源补给主要来自于那陵郭勒河下游的乌图美仁河。从流域划分上，均可看作是那陵郭勒河下游;但在行政区划上，一里坪属于冷湖行委，西台吉乃尔湖属于大柴旦行委，东台吉乃尔湖和西达布逊湖属于格尔木市。那陵郭勒河水资源总体上较为充足，但洪水对锂资源的开发利用构成一定威胁，枯水年份又可能出现争水，需要统筹解决防洪和供水问题，以实现包括锂资源在内的盐湖资源持续开发利用和那陵郭勒河下游绿洲生态的保护。

那陵郭勒河2010年洪水曾造成东西台吉乃尔湖锂资源品位下降和锂资源破坏，2011年碳酸锂产量约与2007年水平相当，仅为正常产量水平的1/3，可见洪水对盐湖锂资源开发影响巨大。目前各湖区均修建了防洪堤，但由于不同湖区分属不同企业开发，且分属不同行政区，因此需要进一步加强那陵郭勒河流域防洪的设计统筹。那陵郭勒河年际丰枯变化大，目前洪水观测、预警能力弱，需要尽快建立观测网络，统筹协调好不同行政区、不同湖区、不同企业的防洪需求，尽快开展那陵郭勒河流域的防洪供水综合规划。

那陵郭勒河下游绿洲是柴达木盆地重要的牧区，处于格尔木市的上风向和柴达木盆地南缘细土带西端，生态区位重要，但生态十分脆弱，对水资源较为敏感。未来东西台吉乃尔湖、一里坪和西达布逊湖(别勒滩矿区)盐湖资源综合开发利用，对水资源的需求将快速增长，在枯水年，仍可能对区域生态产生重大不利影响，尤其在叠加那陵郭勒引水工程(从那陵郭勒河引水入乌图美仁河至西达布逊湖别勒滩再至东达布逊湖，设计引水1.87亿m3)的情况下。各湖区在流域中所处的地理位置存在差异，在枯水年，一里坪和西台吉乃尔湖较东台吉乃尔湖和西达布逊湖的水资源更难以保障，如何实现水资源的合理有效配置，以减小枯水年过度用水、企业争水对脆弱生态的影响仍是一个需要进一步研究的问题。

目前四个湖区、四个企业采用了不同的锂生产工艺，不同的生产工艺的环境影响不同。煅烧法面临的主要问题是能耗高、煅烧产生的氯化氢气体对设备的腐蚀以及大量稀盐酸的处置问题;离子交换膜电渗析法面临的主要问题是膜的成本高，损耗较大;特种吸附剂吸附法面临的主要问题是水耗大、树脂充填不足、易碎、消耗较大以及动力消耗较大;一里坪采用“多级锂离子浓缩”高镁锂比卤水提锂专利技术，目前尚未建成，据称具有“资源综合利用率高，工艺过程中无三废排放，能源消耗少”等特点，实际情况有待投产后进一步分析。四个湖区属于同一个流域，盐湖资源具有一定的相似性，创新体制机制，加强技术共享与研发，提高盐湖资源综合利用水平和锂资源等盐湖资源收率及降低生产成本和排污，加强盐湖资源特别是锂资源开发利用的统筹规划和协调，是提高青海锂资源开发利用的必然选择。

3 青海盐湖锂资源开发利用的对策措施

3.1 青海盐湖锂资源开发利用的策略

青海盐湖锂资源虽然在全国占有较大比重，但与南美“锂三角”相比，仍然不在一个数量级上，且镁锂比高，开发利用成本相对较高。在当前碳酸锂价格明显下跌的情况下，可充分利用国际锂资源，加强青海盐湖锂资源的保护，在技术取得重大突破前，适度放慢锂资源的开发利用进度、加快锂资源的研发进度仍不失为一个明智的选择。

青海盐湖锂资源开发利用的关键材料离子膜和吸附剂仍有赖于日本和俄罗斯，多级锂离子浓缩技术是从德国引进，煅烧法虽为国内技术，但能耗高，污染重，且面临天然气涨价压力。需要整合国家、省、州、市(或行委)和企业的资金和人才，特别是利用好青海省循环经济可持续发展基金，突破关键技术和关键材料，集中力量实现锂资源的高收率、低成本、低能耗、低污染开发利用，缩小与国外“锂三角”的生产成本差距，实现创新驱动发展。

青海盐湖锂资源开发利用布局上，应统筹考虑，统一规划，打破现在各自为政的体制机制约束。根据那陵郭勒河下游“四湖”的水资源、风和太阳能资源、盐湖资源、天然气资源、牧草资源禀赋特征，按照柴达木循环经济试验区和盐湖资源综合开发利用基地建设要求，统一规划供水、防洪、供电、交通、环保等基础设施，减少行政区、湖区和企业之间矛盾，节约投资，实现盐湖资源开发和脆弱生态环境保护的协调。

3.2 青海盐湖锂资源开发利用的环保对策

青海盐湖锂资源开发利用必须走综合开发利用的道路。青海盐湖锂资源量与“锂三角”存在较大差距，由于镁锂比高，导致开发成本较高，因此青海盐湖锂资源开发利用必须走综合开发利用的道路青海盐湖资源通过综合利用和工艺优化，可以减少废水、废渣、废气排放，从而降低环保成本，减轻环境压力，提高锂产品的市场竞争力。

青海盐湖锂资源的保护和开发利用同等重要，必须切实提高锂资源收率，加强锂资源保护。提高那陵郭勒河下游“四湖”锂资源的保证率和收率，加强锂资源保护，减少锂资源浪费;加强大柴旦湖锂资源的保护研究，为未来开发利用奠定基础。

加强关键技术、关键材料研究，破解青海盐湖锂资源开发中的主要环境问题，提高盐湖锂资源开发的环保绩效。集中力量解决煅烧法生产碳酸锂的大量稀盐酸处理和高能耗问题、离子交换膜电渗析法生产碳酸锂的离子膜再生技术及国产化技术、特种吸附剂吸附法生产碳酸锂的高水耗问题和吸附剂抗低温以及国产化问题。

保障那陵郭勒河下游绿洲生态用水，维护区域防风固沙功能。统筹规划那陵郭勒河流域“四湖”地区的防洪与用水，协调好湖区采补平衡和盐湖工业与绿洲生态用水，协调好牧区生产与绿洲生态保护的关系。

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