察尔汗盐湖溶矿研究进展

王盼盼，刘鲤君，金世红，赵 云

（1.青海大学，青海 西宁 810016；2.青海省测试计算中心，青海 西宁 810008）

察尔汗盐湖位于柴达木盆地，是中国最大的盐湖。察尔汗盐湖是一个以液体钾矿为主，伴有硼、锂、镁、溴等元素，固液体并存的综合型矿床，是世界上罕见的具有工业价值的大型内陆盐湖之一。察尔汗盐湖还有2.96亿t低品位固体钾盐资源，这些资源相当于一个超大型钾矿[1]。合理开发盐湖钾资源对发展经济具有很大的促进作用，但是在开发资源的同时也要注重环境保护。

察尔汗盐湖采卤实践证明，随着抽卤的不断进行，晶间卤水的水位不断下降，如果继续这样开采下去，上层的固体钾矿势必成为“呆矿”[2]。因此，采用合理的方法开采钾资源势在必行。水溶法是根据压力、温度等因素对不同盐类的溶解度的影响，使用不同的溶剂，使要溶解的组分转化为液相采出，而不需要的组分留在矿中[3]。水溶法开采成本较低，技术要求低，施工方法简单，水溶法开采盐矿打破了察尔汗盐湖只能开采液体钾矿而无法开采固体钾矿的局面，能为开采企业带来更多的利益。但是，水溶法开采盐矿也面临一些亟待解决的问题。

察尔汗盐湖溶矿研究属于盐湖资源综合开发利用的应用基础研究，有助于合理开发利用盐湖钾资源，如果技术可行，经济合算，那么对缓解我国钾肥紧缺形势有重要作用。本文简要归纳了察尔汗盐湖溶矿进展状况，介绍了盐矿水溶开采过程中遇到的问题以及问题的解决程度，以期为盐湖资源的有效开发利用提供参考。

1 察尔汗盐湖溶矿的进展状况

察尔汗盐湖有直接出露地表的石盐、钾石盐、钾镁盐等矿产资源，其中以石盐沉积为主，含钾矿体沉积在石盐层中，晶间卤水和隙卤水赋存于盐层和碎屑层中[4]。察尔汗盐湖是我国钾肥工业的摇篮。但是，随着开采过程的不断进行，采卤区出卤量逐渐减少，卤水品质也逐渐降低，这已经成为制约察尔汗盐湖钾肥生产的关键问题[5]。在卤水资源储量逐渐下降，开采成本逐渐增高的趋势下，低品位固体钾盐矿床成了未来最具有潜力的开采对象。但是，察尔汗盐湖固体钾矿品位低、矿层薄，限制了其单独开采，这是钾肥生产急需解决的主要问题[6-7]。为了解决这个问题，人们提出了液化开采。

通过水溶法开采固体钾矿，首先要确定固体矿层中钾的品位[8]，针对不同的矿层进行合适的溶采，使钾矿得到最大程度的开采[9]。

察尔汗盐湖溶矿以获取钾资源的研究取得一定成效。赵有璟等[10]通过对察尔汗盐湖铁路以东固体钾矿的小规模现场溶采试验，得到分析结果：固体钾矿溶采率能够达到80%，溶矿效果比较理想。张萍[11]在察尔汗盐湖铁路以东固体钾矿溶采试验中，通过分析溶采前后固体矿层的取样结果，得出结论：固体钾溶解率高达80%，溶矿效果良好。由此可见，水溶法开采察尔汗盐湖钾矿具有可行性，但是溶矿过程也遇到了一些亟待解决的问题。

2 溶矿过程中出现的问题

水溶法开采盐田是国内外已经广泛应用的采矿技术。水溶法开采固体钾矿使固体钾矿得到充分利用，大大提高了察尔汗盐湖的钾资源利用率。但是，水溶法开采钾矿也存在一些问题。

近年来，青海盐湖工业股份有限公司在别勒滩低品位固体钾盐矿液化、开发及利用过程中发现很多问题[12]。主要问题是溶剂在注入后不能持续稳定地进入矿层、水位抬高不够导致溶解效果不佳。为了开采固体钾盐，王文祥[13]在察尔汗盐湖别勒滩区进行了单级驱动溶矿试验，主要利用涩聂湖的湖水驱动和溶解盐田地层中的固体钾盐，试验结果表明，溶矿效果明显。但是，该方法也存在两个问题：一是地层中存在盐溶硫，二是水位抬高不够明显。水溶法开采盐矿可能会导致盐矿塌陷事故，因此用这种方法开采时应注意防止塌陷现象的发生[14]。

目前，察尔汗盐湖盐田溶矿过程中遇到一些关键问题，主要表现如下：溶剂在注入后不能持续稳定地进入矿层、水位抬高不够导致溶解效果不佳、地层中存在盐溶硫、无序过量开采导致卤水补给不足、水溶开采诱发地表塌陷等。

3 溶矿过程问题解决的程度

3.1 采用增程驱动溶矿模式

为了解决察尔汗盐湖溶矿过程地层中存在盐溶硫和水位抬高不够明显的问题，王文祥等[15]进行了察尔汗盐湖单级与增程驱动溶解固体钾矿的对比试验。试验结果表明，增程驱动溶矿模式提高了晶间卤水的水位，水溶法开采固体钾矿是可行的。

3.2 适当补充卤水

目前，察尔汗盐湖内采渠遍布，已严重破坏了地下浅卤水的含水层系统，阻断了地下卤水对察尔汗盐湖的补给途径，减少了地下水补给量[16]。过量开采导致盐田资源贫化，为了持续开采盐田资源，应引水溶矿增大补给量。研究表明，盐田老卤作为溶解驱动的溶剂，溶解效果明显。但是，溶剂中的钠元素比较高，溶解钾之后，导致一部分氯化钠析出，减弱了地层的渗透性，从而影响后续的溶矿[13]。

采矿过程中适当补充卤水十分重要，但是溶矿过程需要合适的卤水浓度。直接采用水溶矿或者采用低浓度卤水溶矿会破坏溶矿与结晶的动态平衡，矿体内部会产生空腔，溶矿结构遭到破坏，无法达到溶矿效果，若采用浓度较高的卤水，会降低溶矿效率[17]。因此，采用适当的卤水进行溶矿十分必要，采用低钾高钠的溶剂能更好地溶解察尔汗盐湖钾矿。

3.3 防止盐矿塌陷的措施

盐矿地表塌陷是一种严重的地质灾害，盐矿塌陷时往往速度很快，可控性小。盐矿塌陷延续时间长，具有反复性，破坏性大。因此，开采盐矿时防止盐矿塌陷是必须首先考虑的。随着盐矿水溶开采的增多，盐田地表塌陷事故经常发生。盐矿水溶开采地表塌陷往往具有突发性，且持续时间较长，严重破坏了周围地表结构和生态环境。因此，盐田溶矿时防止地表塌陷是非常重要的。

盐田地表塌陷原因主要有盐腔不稳定、卤水及地下水侵蚀诱发断层活化、上覆岩土体侵蚀后承载力降低[18]。国内外的采盐历史表明[19]，盐矿开采区卤水泄露、地面沉降、地面塌陷等问题比较突出，很难防治。盐矿区的地表塌陷会伴随喷卤现象，从地下喷出的卤水压力较高，会携带大量泥沙到地表，并且冲刷和加大溶蚀通道，带走地表上的泥沙，加剧了地表塌陷[18]。近年来，一些研究者通过寻找盐矿地表塌陷规律来防止塌陷现象的发生。

有研究者提出了六种防止盐矿水溶开采时地表塌陷的措施：注重盐矿地形勘察、合理设计开采方案、合理控制对井距离和井组距离、确保溶腔与井管的密闭性、定期维修检测、封闭报废井等[14]。在盐矿开采过程中，要保护溶腔顶板，严格控制开采强度，防止因跨距过大导致溶腔塌陷[20]。

水溶法开采盐矿过程中，导致地表塌陷的因素有很多。要不断探究塌陷原因和防治措施，只有这样，才能更好、更安全地开采盐矿资源。

4 结论

本文主要对察尔汗盐湖溶矿过程进行了分析。研究表明，察尔汗盐湖含有大量低品位的固体钾盐，最佳开采方法是用含低钾高钠的溶剂溶解盐层中的固体钾盐，使固体钾转化为液体钾，然后将富含钾的卤水抽取到盐田。这种溶矿技术打破了察尔汗盐湖只能开采液体钾矿而无法开采固体钾矿的局面，提高了钾资源的利用率，改变了我国钾资源的供应格局。溶矿过程要使用低钾高钠溶剂，这样才能保证察尔汗盐湖地层钾矿更好地溶解且盐层结构不被破坏。在工业生产中，溶剂必须是价廉易得的，这样才能保证开采企业的经济效益。建议水溶法开采盐矿时，在开采区建立地下水监测网络和地面沉降监测网络，监测地下水位和水质的变化，同时监测和记录溶腔内压力的变化，以便及早发现、及时处理溶腔卤水泄露，以免发生地表塌陷事故[21]。一种矿产的开发牵动着其他矿种的变化，为了保护察尔汗盐湖的矿产资源，提高钾资源开发利用率，建议适时组织和开展地质勘查工作，把可能造成的地质环境问题减小到最低程度。