保障战略资源安全背景下科学推进海水化学资源提取利用

武海虹 王锴 马来波 柴澍靖 王玉琪

摘要：为提高我国战略资源自给能力和海水化学资源综合利用能力，文章从保障战略资源安全的角度，针对我国海水化学资源的提取利用开展研究，分析我国海水化学资源提取利用现状及其重点方向，并从加强顶层设计、完善制度保障体系、构建协调合作机制和加强科技创新能力4个方面对海水化学资源提取利用提出建议，旨在更好地保障我国战略资源安全，缓解关键资源对外依存度高的问题，同时为我国海水化学资源的发展和管理提供决策参考。

关键词：海水化学资源;提取利用;战略资源;关键矿产资源

中图分类号：P746 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2023）10-0124-05

0 引言

习近平总书记指出“增强国内资源生产保障能力”“提高海洋资源、矿产资源开发保护水平”。党的二十大提出“提升战略性资源供应保障能力”。目前我国战略性矿产资源的提取主要依赖陆地资源，但以锂、钾为代表的陆矿资源相对匮乏，自给严重不足，进口依赖较大，必然面临全球资源问题政治化和矿产品价格金融化带来的境外供应不确定性风险。海水化学资源是海洋资源的重要组成部分，科学推进海水化学资源提取利用，促进陆地和海洋重要化学资源的協调发展是落实陆海统筹、建设海洋强国的重要抓手。在全面启动新一轮战略性矿产资源“国内找矿”行动的同时，谋划将海水化学资源作为重要矿产资源的替代来源并形成必要的产业备份系统，对于我国在关键时刻做到自我循环、确保在极端情况下经济正常运行具有重要意义。

1 海水化学资源提取利用现状

海洋中存在80余种化学元素，各类化学资源种类齐全、总量丰富。海水化学资源合计约5×1016t，其中氯化钠4×1016t、镁1.8×1015t、溴9.5×1013t、钾5×1014t、碘8.2×1010t、锂2.4×1011t、银5×107t、金5×106t、铀4.5×109t[1]。目前我国海水化学资源开发主要集中在常量元素的提取利用，其中海盐（氯化钠）的提取制备已产业化，镁盐、钾盐在国家和地方各类科技研发项目的持续支持下取得长足发展并向产业化方向推进[2-3]。由于海洋中的微量元素浓度较低，加上海水体系自身的复杂性导致提取难度加大，相关研究还处于探索阶段[4]。

随着国际局势变化和地区战乱等因素的影响，许多产业的安全运行面临资源供应地缘政治风险[5-6]。例如：硬岩锂矿的进口来源较单一，目前锂矿的拍卖价格不断攀升，存在资源断供风险，其背后是否存在阻碍我国“双碳”目标实现以及新能源产业发展的原因，值得我们思考，亦提醒我们考虑应对措施。面对当前日益严峻的资源形势，作为陆地资源的补充，海水化学资源的提取利用应提上日程。

2 海水化学资源提取利用的重点方向

战略资源对国家经济和安全具有至关重要的作用，对外依存度高会导致供应链易受破坏，对国家经济或安全产生不利影响。结合当前国际资源形势和海水化学资源状况，本研究从技术基础、开发经济性、实施可能性等方面综合分析，优先选择对我国能源、经济、国防安全具有重大意义的锂、钾、铀、溴资源作为重点方向，推进海水化学资源的提取利用。

2.1 锂资源

锂是战略性金属矿产资源，对国民经济发展、“双碳”目标实现具有重要意义。2019年我国已经成为全球第一大锂盐生产国和消费国，但我国锂资源储量仅占全球储量的6%[7]。我国锂资源主要来自盐湖卤水和硬岩矿，同时大量依赖国外进口，进口源包括澳大利亚、智利、阿根廷等国家。近年来，在“碳中和”大背景下，新能源汽车产业规模的不断扩大带动锂资源需求不断攀升，锂盐产品价格涨幅较大，碳酸锂价格由2021年初的4万元/t，最高攀升至2022年的超过50万元/t[8]。锂价格上涨的主要原因是锂资源开发的进度和产量难以匹配下游需求增长的速度和量级，锂资源的开发供给是目前亟待解决的关键问题。

海洋的锂资源储量是陆地的1万余倍[1]，但因海水中的锂浓度极低（0.17mg/L），同时与大量的同族碱金属和碱土金属离子共存，给海水提锂带来极大困难。目前我国在盐湖卤水（锂浓度约30～850mg/L）提锂方面已经取得重大进展，形成沉淀法、吸附法、膜分离法等提取技术，部分技术已经实现产业化[9-10]。对于海水提锂，可借鉴吸收卤水提锂技术并加以优化改进，同时针对海水体系特点研发高效、安全、绿色的海水提锂新材料、新工艺，形成适合海水提锂的新方法、新技术，推动锂资源提取利用的发展。

2.2 钾资源

钾是基本的植物营养素，是植物生长发育过程中的3种重要化肥元素（氮、磷、钾）之一。我国固体钾矿缺乏，探明钾资源以含钾卤水为主，主要集中在青海柴达木盆地和新疆罗布泊2个地区。作为农业大国，我国是世界主要的钾肥消费国之一，钾肥需求量较大，目前自给不足须依赖进口，进口源包括加拿大、俄罗斯和白俄罗斯等国家[11-12]。

海水提钾有望成为新的钾来源，在一定程度上缓解钾资源的不足。自20世纪70年代以来，我国相关科研单位系统开展海水提钾的室内试验、中试技术研究和万吨级工业性试验，突破海水中钾的高选择性、高倍率富集等一系列关键技术难题，成功开发具有我国自主知识产权的沸石离子筛法海水提钾技术装备，实现海水提钾的技术突破，为海水中钾资源的大规模产业化开发提供依据[13-14]。但由于海水的组成复杂（钾与80余种化学元素共存），加大高效分离并提取钾的技术难度，海水提钾在经济上不易过关，目前没有实现大规模的工业化生产。面对当前的钾资源形势，应在原有海水提钾研究的基础上积极推进技术升级，开发新型海水提钾技术;同时，鼓励钾肥使用企业布局参与海水提钾技术开发和项目实施，从上下游产业链融合的角度进一步降低海水提钾成本，提高海水提钾的经济可行性，提高海水中钾资源的提取利用水平。

2.3 铀资源

铀资源是保障民用核能发展的重要基础和前提，更是保障战略核威胁力量的军工基石。但我国大部分铀资源属于非常规铀，品位低且埋藏深，开采成本高，因此我国铀主要依赖进口，进口源为加拿大、尼日尔、哈萨克斯坦、澳大利亚等国家。根据世界核协会的相关资料，我国铀资源的对外依存度常年维持在70%以上，易受到国际政治和地区动乱等因素的影响[15]。

海洋的铀资源储量是陆地的近1000倍，远远超过陆地采矿合理保证的供应量。从20世纪60年代开始，日本、美国、法国等国家陆续开展海水提铀的研究和试验。我国在20世纪70年代初开始研究海水提铀，重点关注海水提铀材料的结构优化与性能提升，从最初的溶剂、无机材料和聚烯烃纤维吸附剂，到目前的纳米结构材料、MOFs和基因工程蛋白[16]，虽然取得一定进展，但对于实现海水提铀产业化还有众多技术瓶颈。要实现规模化和连续性的海水提铀，不仅需要提铀材料的性能提升，而且需要提铀装置的高效设计，更需要考虑扩大提铀规模、降低提铀成本以及提高经济竞争力。近年来，随着新能源和核能发电的发展，海水提铀越来越受重视，我国也在积极推进海水提铀的规划和发展，由中核集团牵头发起的“海水提铀技术创新联盟”制定“三步走”的技术战略路线[17]，计划通过对海水提铀关键共性技术进行攻关，解决制约海水提铀发展的技术难点问题，实现海试工程从“量”到“质”的突破，推动海水提铀向工业化迈进，为国家核能事业的可持续发展提供铀资源保障。

2.4 溴资源

溴是重要的精细化工基础原料，被广泛应用于化工、石化、医药等行业，相关高附加值产品超百种，是完备工业体系的必要资源[18]。我国溴资源主要来源于地下卤水，但目前国内地下卤水中溴的品位和总量持续下降，国内溴资源长期供不应求，导致进口量持续增长，进口源包括以色列、印度等国家。国外的溴生产企业已可部分影响我国溴的定价，不利于我国溴资源的安全供给。

溴有“海洋元素”之称，全球的溴资源几乎全部储存于海水中，未来海水必将成为溴的重要来源。我国相关科研单位经过多年的技术积累，突破了空气吹出法海水提溴高效节能产业化关键技术，开发了完全具有自主知识产权的产业化海水提溴关键装备，完成了海水提溴的产业化示范，经济效益显著[19-20]。但在推进海水提溴的过程中，提溴后的海水是否可以排放尚没有明确政策，使得海水提溴在审批立项方面存在一定困难。此外，国内外现有提溴工艺均是以氯气作为氧化剂构建的，而氯气的危险性使海水提溴项目在环保、安全等的审批方面阻力较大。今后的工作重點：一方面，开展提溴后海水排放影响的详细研究，制定相关监测指标，明确相关排放标准，支持海水提溴产业的发展;另一方面，推进无氯提溴新工艺的研发，促进海水提溴技术升级，保障溴资源的安全供给。

3 海水化学资源的开发建议

面对当前日益严峻的资源形势，应基于陆海资源的互补性和陆海产业的互动性，转变单一依靠陆矿资源的做法，在实施战略性找矿行动、布局全球矿产资源的同时，积极推进海水化学资源的提取利用，建立必要的技术储备，提升开发水平，立足极端情况，坚持底线思维，从战略层面布局提高资源进口的替代能力，保障战略资源的安全供应。

3.1 加强顶层设计

自然资源部的组建实现土地、矿产、海洋等自然资源管理职能的统一，有效促进陆地、海洋资源的统筹管理。后续可进一步结合矿产资源供应保障需求，构建结构合理的战略资源互补体系，培育发展海洋资源利用产业，拓展国家战略资源储备和国家战略空间。

3.2 完善制度保障体系

研究制定海水化学资源利用管理政策;发挥战略牵引作用，引导海水化学资源关键元素提取利用产业布局;增加海水化学资源利用专项经费的支持力度，为海水化学资源开发提供政策和资金保障。

3.3 构建协调合作机制

鼓励企业积极参与海水化学资源提取利用技术开发和项目实施，充分调动市场主体参与的积极性，结合国家和地方现有工程技术研究中心、技术创新中心和产业技术联盟等机构，搭建企业与大学、科研机构的沟通协调合作平台，构建“产学研”协调合作机制。从上下游产业链融合的角度，进一步降低海水化学资源提取利用成本，提高海水化学资源提取利用的经济可行性，推进海水化学资源的产业化发展。

3.4 加强科技创新能力

目前我国海水化学资源提取利用产业发展规模小、产值低，制约其转型升级的核心技术和关键共性技术研发严重不足，需要在原有技术研发的基础上，加大科技研发和技术创新力度。一方面，加大对海洋科研人才的投入和培养力度;另一方面，为海水化学资源提取利用构建平台，建立海水化学资源提取利用技术研发体系，培育海水化学资源新兴产业集群，促进海水化学资源利用科技成果转化。

4 结语

战略资源保障对国家发展至关重要。目前我国面临重要矿产资源对外依存度过高的问题，亟须建立科学的资源提取利用方案和完善的资源保障体系。本研究从保障战略资源安全的角度，探讨推动海水化学资源关键元素的提取利用，为我国海水化学资源的发展和管理提供决策参考。未来我国可在加大国内找矿力度的同时，科学推进海水化学资源的提取利用，强化顶层设计，完善制度保障体系，构建协调合作机制，加强科技创新能力，最终实现海水化学资源关键元素的科学开发，建立必要的技术储备，丰富应对资源供应风险的“工具箱”，增强战略资源的长远保障能力。

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