青海鹽湖鋰資源開發的環境影響分析及對策研究

楊榮金 李彥武 田海燕

(中國環境科學研究院，北京 100012)

鹽湖鹵水鋰資源已經成為鋰工業生產的主要原料，目前全球以鹵水為原料生產的鋰鹽產品(以碳酸鋰計)已占鋰產品總量的85%以上，鹽湖鹵水提鋰在未來較長時期內仍將占據主導地位。我國鹽湖鹵水鋰資源在全球占有重要地位，僅次于南美“鋰三角”;青海鹽湖鹵水鋰資源居全國首位，主要分布在那陵郭勒河下游的“四湖”地區。高世揚院士曾建議把“青海鹽湖鋰鹽開發與環境”列為國家重點研究規劃項目，并在青海鹽湖鋰鹽開發總體技術方案設計中將“鋰資源的地質和環境科學調查與研究”“列為四大研究內容之一。

青海鹽湖鹵水提鋰目前仍處于初期生產工藝完善階段，實現工業化、規模化、低成本、高收率穩定運行仍是當務之急。鹽湖鹵水提鋰的環境影響目前重視不夠，研究滯后。

1 青海鹽湖鋰資源的開發利用

1.1 青海鹽湖鋰資源儲量及資源賦存特點

青海鹽湖鹵水鋰資源儲量居全國首位。中國鹽湖鋰資源約占世界鹽湖鋰資源的6%。青海鹽湖鹵水鋰資源儲量(以LiCl計)約為1779萬噸，居全國首位，其中察爾汗(主要在西達布遜湖別勒灘礦區)約為995萬噸，一里坪約為268萬噸，西臺吉乃爾湖約為178萬噸，東臺吉乃爾湖約為55萬噸，大柴旦湖約為24萬噸。2012年青海鹽湖鋰資源量為509萬噸，位列全國第一。

青海硫酸鹽型鹽湖鹵水鋰離子濃度較高，但鎂鋰比較高;氯化物型鹽湖鋰離子濃度較低，鎂鋰比更高。青海鹽湖鋰資源稟賦不同，適宜的生產工藝和環保技術也不同。硫酸鹽型鹽湖東臺吉乃爾湖鋰離子濃度為0.085%，僅次于扎布耶和阿塔卡瑪(晶間鹵水)，高于霍姆布勒姆爾托、林昆和烏尤尼，西臺吉乃爾湖、大柴旦和一里坪(晶間鹵水)約為0.020－0.022%，與銀峰相近，高于西爾斯(晶間鹵水)、大鹽湖和死海;青海硫酸鹽型鹽湖鹵水鎂鋰比約為35－91，遠高于國外鹽湖(林昆、阿塔卡瑪(晶間鹵水)、西爾斯(晶間鹵水)、銀峰、霍姆布勒姆爾托鎂鋰比約在1－8之間，烏尤尼(晶間鹵水)約為18.6)，也高于國內鹽湖(扎布耶0.01，扎倉茶卡III(晶間鹵水)8.3)。青海氯化物型鹽湖察爾汗(主要在西達布遜湖別勒灘礦區)鋰離子濃度在0.01%及以下，鎂鋰比超過500，與大鹽湖和死海相近。

青海鹽湖水深淺，面積相對較小，不能簡單套用國外老鹵直接回排入湖或入鹽殼下。青海鹽湖多為淺水型湖泊，水深多在1米以內，如東臺吉乃爾湖、達布遜湖水深不足1米，大柴旦湖水深不足0.7米，西臺吉乃爾湖水深不足0.5米，一里坪為干鹽湖。國外鹽湖水深較深，如死海水深超過300米，大鹽湖水深約5米。青海鹽湖面積除察爾汗外，多在數十平方公里至一百多平方公里之間，如西臺吉乃爾湖、大柴旦湖面積均不足100km2，東臺吉乃爾湖和西達布遜湖面積在120km2左右，國外鹽湖面積較大，多在500km2以上，如死海和霍姆布雷托面積在600km2左右，西爾斯、大鹽湖、阿塔卡瑪和烏尤尼面積均在1000km2以上。

1.2 青海鹽湖鋰資源開發利用現狀及規劃

青海鹽湖鋰資源開發目前主要集中在柴達木盆地南緣西段，2013年碳酸鋰產量不足7000噸，不足設計產能的14%，距離數萬噸的設計產能還有較大差距。產品除工業級碳酸鋰外，也生產電池級碳酸鋰，電池級碳酸鋰主要在東臺吉乃爾湖生產。突破連續穩定的工業化生產瓶頸，降低生產成本，實現穩定達產仍然是未來一段時間的重要任務。青海鹽湖鋰資源開發目前主要集中在東西臺吉乃爾湖和察爾汗鹽湖，一里坪鹽湖提鋰正在建設中，大柴旦湖尚無提鋰計劃。東臺吉乃爾湖主要由青海鋰業進行開發，采用離子交換膜電滲析法，設計碳酸鋰產能2萬噸，2013年產量約為3100噸(主要為電池級)，碳酸鋰含量為99.6%;西臺吉乃爾湖主要由中信國安進行開發，采用煅燒法，設計碳酸鋰產能2萬噸，2013年產量約3110噸(主要為工業級)，碳酸鋰含量為99.5%;察爾汗鹽湖主要由鹽湖集團的子公司藍科鋰業進行開發，采用特種吸附劑吸附法，設計碳酸鋰產能1萬噸，2012年產量約486噸(主要為工業級)，碳酸鋰含量為99.5%;一里坪鹽湖主要由五礦進行開發，采用德國“多級鋰離子濃縮”高鎂鋰比鹵水提鋰專利技術，設計碳酸鋰產能1萬噸，目前尚在建設過程中;大柴旦湖主要由中天硼鋰和大華化工進行開發，目前主要生產硼酸和鉀肥，鋰資源未得到利用。

2 青海鹽湖鋰資源開發利用的環境影響分析

不同的地理區位、不同的降水蒸發條件、不同的資源稟賦等決定了鹽湖鋰資源開發利用的方式和技術路線。鹽湖鋰資源不同的開發利用方式和技術路線，對環境的要求和可能帶來的環境影響也是不同的。青海鹽湖鋰資源采用了綜合開發利用的方式，鋰資源的開發是和鉀、硼資源開發統籌考慮的，綜合開發利用方式有利于開發成本的分攤，也有利于減少污染物排放，提高資源開發利用的效率和效益。一里坪五礦集團采用“多級鋰離子濃縮”技術，理論上講“三廢”排放少、生產工藝清潔、能源消耗較少，且目前尚處在建設中;大柴旦湖鋰資源量較少，但鋰離子濃度較高，目前僅開發利用鉀、硼資源，鋰資源未進行開發利用。因此僅重點分析西臺吉乃爾湖、東臺吉乃爾湖和察爾汗鹽湖不同工藝路線的鋰資源開發利用的環境影響和那陵離勒河下游鹽湖鋰資源開發利用的環境影響。

2.1 西臺吉乃爾湖鋰資源開發利用的環境影響

西臺吉乃爾湖鋰資源開發利用采用煅燒法，工藝路線如圖1所示。目前能夠生產工業級碳酸鋰，碳酸鋰產品純度為99.5%，2013年產量為3110噸。煅燒法目前采用的燃料是天然氣，屬于清潔燃料，但煅燒法生產碳酸鋰的能耗較高，隨著天然氣價格大幅上漲，能耗的生產成本占比將明顯上升。煅燒法在煅燒時產生大量尾氣，富含氯化氫，工藝路線設計為吸收后生成鹽酸產品，用于老鹵提硼。氯化氫對設備腐蝕嚴重，泄漏氯化氫氣體對人群健康危害大，從實際運行看，廠區尾氣泄漏腐蝕和污染風險仍然存在。鹽酸產品部分用于預處理硼酸，在鹽田中自然揮發，影響周邊環境;由于鹽酸用量有限，單價很低且遠離市場，大量副產稀鹽酸利用、處理、儲存面臨困難，環境風險隨著碳酸鋰生產規模的擴大和累積產量的快速提高而增大。浸出液除鎂、除鈣時，將產生少量尾渣，主要為碳酸鎂和硫酸鈣等，產生量不大，妥善處理對環境影響較小。

圖1 西臺吉乃爾湖鹵水提取碳酸鋰工藝流程圖

2.2 東臺吉乃爾湖鋰資源開發利用的環境影響

東臺吉乃爾湖鋰資源開發利用采用離子交換膜電滲析法。目前能夠生產電池級碳酸鋰，碳酸鋰產品純度為99.6%，2013年產量約為3100噸。離子交換膜電滲析法在隔絕鎂時，也能隔絕其他雜質，采用德令哈的普通純堿即能生產出電池級碳酸鋰。離子交換膜電滲析法無添加成分，是一種清潔生產工藝，生產周期約16天，其中15天進行碳酸鋰生產，然后1天進行離子膜清洗，可恢復離子膜90%以上性能。由于離子膜采購成本約占生產裝置成本的1/4，年損耗量約在5%左右，且每生產15天就需要1天進行離子膜清潔，需要進行關停機，造成生產連續性較差，能耗增大。東臺吉乃爾湖青海鋰業目前碳酸鋰生產尾液通過沉淀池后再回注鹽湖，其長期影響仍有待于進一步監測和研究。由于離子膜價格昂貴，且依賴進口，未來離子膜再生技術和國產化實現是降低碳酸鋰生產成本，提高環保績效的重要路徑。

2.3 西達布遜湖鋰資源開發利用的環境影響

西達布遜湖別勒灘礦區鋰資源由青海鹽湖集團下屬藍科鋰業進行開發，鋰資源開發利用采用特種吸附劑吸附法，工藝路線如圖2所示。目前能夠生產工業級碳酸鋰，碳酸鋰產品純度為99.5%，2013年產量約為486噸。目前特種吸附劑生產周期長，且依賴俄羅斯生產，導致藍科鋰業目前裝置尚未完全實現特種吸附劑裝填，碳酸鋰生產規模距離規劃規模還有較大差異。特種吸附劑吸附法水耗較高，每噸碳酸鋰耗水約為600m3，對于有水資源約束的格爾木河流域而言，未來仍然是一種較大的資源保障壓力。特種吸附劑樹脂的溫度適應性較差，流動性和滲透性較差，容易破碎，溶損率較大，單次消耗約約在5%左右，實現工業化連續生產需要盡快解決樹脂溶損問題。吸附法用于鋰濃度較低的鹵水提取碳酸鋰，需要大量鹵水進入樹脂床，從而導致較大的動力需求和能源消耗。特種吸附劑吸附法工藝簡單、回收率高、選擇性好、對環境污染小，在特種吸附劑的吸附－洗脫性能穩定、溫度適應性好、溶損率得到有效控制的情況下，是很有潛力的一種適應于低鋰離子濃度鹵水生產碳酸鋰的工藝。

圖2 西達布遜湖別勒灘礦區鹵水提取碳酸鋰工藝流程圖

2.4 那陵郭勒河下游鋰資源開發利用的環境影響

西臺吉乃爾湖、東臺吉乃爾湖和一里坪水源補給均主要來自于那陵郭勒河下游的臺吉乃爾河，西達布遜湖的水源補給主要來自于那陵郭勒河下游的烏圖美仁河。從流域劃分上，均可看作是那陵郭勒河下游;但在行政區劃上，一里坪屬于冷湖行委，西臺吉乃爾湖屬于大柴旦行委，東臺吉乃爾湖和西達布遜湖屬于格爾木市。那陵郭勒河水資源總體上較為充足，但洪水對鋰資源的開發利用構成一定威脅，枯水年份又可能出現爭水，需要統籌解決防洪和供水問題，以實現包括鋰資源在內的鹽湖資源持續開發利用和那陵郭勒河下游綠洲生態的保護。

那陵郭勒河2010年洪水曾造成東西臺吉乃爾湖鋰資源品位下降和鋰資源破壞，2011年碳酸鋰產量約與2007年水平相當，僅為正常產量水平的1/3，可見洪水對鹽湖鋰資源開發影響巨大。目前各湖區均修建了防洪堤，但由于不同湖區分屬不同企業開發，且分屬不同行政區，因此需要進一步加強那陵郭勒河流域防洪的設計統籌。那陵郭勒河年際豐枯變化大，目前洪水觀測、預警能力弱，需要盡快建立觀測網絡，統籌協調好不同行政區、不同湖區、不同企業的防洪需求，盡快開展那陵郭勒河流域的防洪供水綜合規劃。

那陵郭勒河下游綠洲是柴達木盆地重要的牧區，處于格爾木市的上風向和柴達木盆地南緣細土帶西端，生態區位重要，但生態十分脆弱，對水資源較為敏感。未來東西臺吉乃爾湖、一里坪和西達布遜湖(別勒灘礦區)鹽湖資源綜合開發利用，對水資源的需求將快速增長，在枯水年，仍可能對區域生態產生重大不利影響，尤其在疊加那陵郭勒引水工程(從那陵郭勒河引水入烏圖美仁河至西達布遜湖別勒灘再至東達布遜湖，設計引水1.87億m3)的情況下。各湖區在流域中所處的地理位置存在差異，在枯水年，一里坪和西臺吉乃爾湖較東臺吉乃爾湖和西達布遜湖的水資源更難以保障，如何實現水資源的合理有效配置，以減小枯水年過度用水、企業爭水對脆弱生態的影響仍是一個需要進一步研究的問題。

目前四個湖區、四個企業采用了不同的鋰生產工藝，不同的生產工藝的環境影響不同。煅燒法面臨的主要問題是能耗高、煅燒產生的氯化氫氣體對設備的腐蝕以及大量稀鹽酸的處置問題;離子交換膜電滲析法面臨的主要問題是膜的成本高，損耗較大;特種吸附劑吸附法面臨的主要問題是水耗大、樹脂充填不足、易碎、消耗較大以及動力消耗較大;一里坪采用“多級鋰離子濃縮”高鎂鋰比鹵水提鋰專利技術，目前尚未建成，據稱具有“資源綜合利用率高，工藝過程中無三廢排放，能源消耗少”等特點，實際情況有待投產后進一步分析。四個湖區屬于同一個流域，鹽湖資源具有一定的相似性，創新體制機制，加強技術共享與研發，提高鹽湖資源綜合利用水平和鋰資源等鹽湖資源收率及降低生產成本和排污，加強鹽湖資源特別是鋰資源開發利用的統籌規劃和協調，是提高青海鋰資源開發利用的必然選擇。

3 青海鹽湖鋰資源開發利用的對策措施

3.1 青海鹽湖鋰資源開發利用的策略

青海鹽湖鋰資源雖然在全國占有較大比重，但與南美“鋰三角”相比，仍然不在一個數量級上，且鎂鋰比高，開發利用成本相對較高。在當前碳酸鋰價格明顯下跌的情況下，可充分利用國際鋰資源，加強青海鹽湖鋰資源的保護，在技術取得重大突破前，適度放慢鋰資源的開發利用進度、加快鋰資源的研發進度仍不失為一個明智的選擇。

青海鹽湖鋰資源開發利用的關鍵材料離子膜和吸附劑仍有賴于日本和俄羅斯，多級鋰離子濃縮技術是從德國引進，煅燒法雖為國內技術，但能耗高，污染重，且面臨天然氣漲價壓力。需要整合國家、省、州、市(或行委)和企業的資金和人才，特別是利用好青海省循環經濟可持續發展基金，突破關鍵技術和關鍵材料，集中力量實現鋰資源的高收率、低成本、低能耗、低污染開發利用，縮小與國外“鋰三角”的生產成本差距，實現創新驅動發展。

青海鹽湖鋰資源開發利用布局上，應統籌考慮，統一規劃，打破現在各自為政的體制機制約束。根據那陵郭勒河下游“四湖”的水資源、風和太陽能資源、鹽湖資源、天然氣資源、牧草資源稟賦特征，按照柴達木循環經濟試驗區和鹽湖資源綜合開發利用基地建設要求，統一規劃供水、防洪、供電、交通、環保等基礎設施，減少行政區、湖區和企業之間矛盾，節約投資，實現鹽湖資源開發和脆弱生態環境保護的協調。

3.2 青海鹽湖鋰資源開發利用的環保對策

青海鹽湖鋰資源開發利用必須走綜合開發利用的道路。青海鹽湖鋰資源量與“鋰三角”存在較大差距，由于鎂鋰比高，導致開發成本較高，因此青海鹽湖鋰資源開發利用必須走綜合開發利用的道路青海鹽湖資源通過綜合利用和工藝優化，可以減少廢水、廢渣、廢氣排放，從而降低環保成本，減輕環境壓力，提高鋰產品的市場競爭力。

青海鹽湖鋰資源的保護和開發利用同等重要，必須切實提高鋰資源收率，加強鋰資源保護。提高那陵郭勒河下游“四湖”鋰資源的保證率和收率，加強鋰資源保護，減少鋰資源浪費;加強大柴旦湖鋰資源的保護研究，為未來開發利用奠定基礎。

加強關鍵技術、關鍵材料研究，破解青海鹽湖鋰資源開發中的主要環境問題，提高鹽湖鋰資源開發的環保績效。集中力量解決煅燒法生產碳酸鋰的大量稀鹽酸處理和高能耗問題、離子交換膜電滲析法生產碳酸鋰的離子膜再生技術及國產化技術、特種吸附劑吸附法生產碳酸鋰的高水耗問題和吸附劑抗低溫以及國產化問題。

保障那陵郭勒河下游綠洲生態用水，維護區域防風固沙功能。統籌規劃那陵郭勒河流域“四湖”地區的防洪與用水，協調好湖區采補平衡和鹽湖工業與綠洲生態用水，協調好牧區生產與綠洲生態保護的關系。

［1］Grosjean C，Miranda P H，Perrin M.Assessment of world lithium resources and consequences of their geographic distribution on the expected development of the electric vehicle industry ［J］.Renew sustain Energy Rev，2012，16:1735．

［2］Jaskula B.Lithium［M］//2009 Minerals Yearbook.USA:Geological Survey，2011.

［3］崔小琴，程芳琴，張愛華等.鹽湖鹵水鎂鋰沉淀分離工藝研究［J］.無機鹽工業，2012，44(7):33－35.

［4］馮躍華.我國鹽湖鹵水提鋰工程化現狀及存在問題［N］.武漢工程大學學報，2013，35(5):9－14.

［5］高峰，鄭綿平，乜貞等.鹽湖鹵水鋰資源及其開發進展［N］.地球學報，2011，32(4):483－492.

［6］高世揚.青海鹽湖鋰鹽開發與環境［J］.鹽湖研究，2000，8(1):17－23.

［7］紀志永，焦朋朋，袁俊生等.鋰資源的開發利用現狀與發展分析［J］.輕金屬，2013，5:1－5.

［8］乜貞，卜令忠，鄭綿平.中國鹽湖鋰資源的產業化現狀—以西臺吉乃爾鹽湖和扎布耶鹽湖為例［N］.地球學報，2010，31(1):95－101.

［9］宋彭生，李武，孫柏等.鹽湖資源開發利用進展［N］.無機化學學報，2011，27(5):801－815.

［10］吳榮學.鋰資源及Li2CO3產業的開發與利用［N］.材料導報，2012，26(9):36－39，48.

［11］雪晶，胡山鷹.我國鋰工業現狀及前景分析［J］.化工進展，2011，30(4):782－788.

［12］楊榮金，李彥武，李小敏等.柴達木盆地資源開發的環境影響與對策研究［J］.環境與可持續發展，2013，38(6):97－100.

［13］余疆江，鄭綿平，伍倩.富鋰鹽湖提鋰工藝研究進展［J］.化工進展，013，32(1):13－21.

［14］展大鵬，余俊清，高春亮等.柴達木盆地四鹽湖鹵水鋰資源形成的水文地球化學條件［J］.湖泊科學，2010，22(5):783－792.

［15］鄭綿平，劉喜方.青藏高原鹽湖水化學及其礦物組合特征［N］.地質學報，2010，84(11):1585－1600.