保障戰略資源安全背景下科學推進海水化學資源提取利用

武海虹 王鍇 馬來波 柴澍靖 王玉琪

摘要：為提高我國戰略資源自給能力和海水化學資源綜合利用能力，文章從保障戰略資源安全的角度，針對我國海水化學資源的提取利用開展研究，分析我國海水化學資源提取利用現狀及其重點方向，并從加強頂層設計、完善制度保障體系、構建協調合作機制和加強科技創新能力4個方面對海水化學資源提取利用提出建議，旨在更好地保障我國戰略資源安全，緩解關鍵資源對外依存度高的問題，同時為我國海水化學資源的發展和管理提供決策參考。

關鍵詞：海水化學資源;提取利用;戰略資源;關鍵礦產資源

中圖分類號：P746 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2023）10-0124-05

0 引言

習近平總書記指出“增強國內資源生產保障能力”“提高海洋資源、礦產資源開發保護水平”。黨的二十大提出“提升戰略性資源供應保障能力”。目前我國戰略性礦產資源的提取主要依賴陸地資源，但以鋰、鉀為代表的陸礦資源相對匱乏，自給嚴重不足，進口依賴較大，必然面臨全球資源問題政治化和礦產品價格金融化帶來的境外供應不確定性風險。海水化學資源是海洋資源的重要組成部分，科學推進海水化學資源提取利用，促進陸地和海洋重要化學資源的協調發展是落實陸海統籌、建設海洋強國的重要抓手。在全面啟動新一輪戰略性礦產資源“國內找礦”行動的同時，謀劃將海水化學資源作為重要礦產資源的替代來源并形成必要的產業備份系統，對于我國在關鍵時刻做到自我循環、確保在極端情況下經濟正常運行具有重要意義。

1 海水化學資源提取利用現狀

海洋中存在80余種化學元素，各類化學資源種類齊全、總量豐富。海水化學資源合計約5×1016t，其中氯化鈉4×1016t、鎂1.8×1015t、溴9.5×1013t、鉀5×1014t、碘8.2×1010t、鋰2.4×1011t、銀5×107t、金5×106t、鈾4.5×109t[1]。目前我國海水化學資源開發主要集中在常量元素的提取利用，其中海鹽（氯化鈉）的提取制備已產業化，鎂鹽、鉀鹽在國家和地方各類科技研發項目的持續支持下取得長足發展并向產業化方向推進[2-3]。由于海洋中的微量元素濃度較低，加上海水體系自身的復雜性導致提取難度加大，相關研究還處于探索階段[4]。

隨著國際局勢變化和地區戰亂等因素的影響，許多產業的安全運行面臨資源供應地緣政治風險[5-6]。例如：硬巖鋰礦的進口來源較單一，目前鋰礦的拍賣價格不斷攀升，存在資源斷供風險，其背后是否存在阻礙我國“雙碳”目標實現以及新能源產業發展的原因，值得我們思考，亦提醒我們考慮應對措施。面對當前日益嚴峻的資源形勢，作為陸地資源的補充，海水化學資源的提取利用應提上日程。

2 海水化學資源提取利用的重點方向

戰略資源對國家經濟和安全具有至關重要的作用，對外依存度高會導致供應鏈易受破壞，對國家經濟或安全產生不利影響。結合當前國際資源形勢和海水化學資源狀況，本研究從技術基礎、開發經濟性、實施可能性等方面綜合分析，優先選擇對我國能源、經濟、國防安全具有重大意義的鋰、鉀、鈾、溴資源作為重點方向，推進海水化學資源的提取利用。

2.1 鋰資源

鋰是戰略性金屬礦產資源，對國民經濟發展、“雙碳”目標實現具有重要意義。2019年我國已經成為全球第一大鋰鹽生產國和消費國，但我國鋰資源儲量僅占全球儲量的6%[7]。我國鋰資源主要來自鹽湖鹵水和硬巖礦，同時大量依賴國外進口，進口源包括澳大利亞、智利、阿根廷等國家。近年來，在“碳中和”大背景下，新能源汽車產業規模的不斷擴大帶動鋰資源需求不斷攀升，鋰鹽產品價格漲幅較大，碳酸鋰價格由2021年初的4萬元/t，最高攀升至2022年的超過50萬元/t[8]。鋰價格上漲的主要原因是鋰資源開發的進度和產量難以匹配下游需求增長的速度和量級，鋰資源的開發供給是目前亟待解決的關鍵問題。

海洋的鋰資源儲量是陸地的1萬余倍[1]，但因海水中的鋰濃度極低（0.17mg/L），同時與大量的同族堿金屬和堿土金屬離子共存，給海水提鋰帶來極大困難。目前我國在鹽湖鹵水（鋰濃度約30～850mg/L）提鋰方面已經取得重大進展，形成沉淀法、吸附法、膜分離法等提取技術，部分技術已經實現產業化[9-10]。對于海水提鋰，可借鑒吸收鹵水提鋰技術并加以優化改進，同時針對海水體系特點研發高效、安全、綠色的海水提鋰新材料、新工藝，形成適合海水提鋰的新方法、新技術，推動鋰資源提取利用的發展。

2.2 鉀資源

鉀是基本的植物營養素，是植物生長發育過程中的3種重要化肥元素（氮、磷、鉀）之一。我國固體鉀礦缺乏，探明鉀資源以含鉀鹵水為主，主要集中在青海柴達木盆地和新疆羅布泊2個地區。作為農業大國，我國是世界主要的鉀肥消費國之一，鉀肥需求量較大，目前自給不足須依賴進口，進口源包括加拿大、俄羅斯和白俄羅斯等國家[11-12]。

海水提鉀有望成為新的鉀來源，在一定程度上緩解鉀資源的不足。自20世紀70年代以來，我國相關科研單位系統開展海水提鉀的室內試驗、中試技術研究和萬噸級工業性試驗，突破海水中鉀的高選擇性、高倍率富集等一系列關鍵技術難題，成功開發具有我國自主知識產權的沸石離子篩法海水提鉀技術裝備，實現海水提鉀的技術突破，為海水中鉀資源的大規模產業化開發提供依據[13-14]。但由于海水的組成復雜（鉀與80余種化學元素共存），加大高效分離并提取鉀的技術難度，海水提鉀在經濟上不易過關，目前沒有實現大規模的工業化生產。面對當前的鉀資源形勢，應在原有海水提鉀研究的基礎上積極推進技術升級，開發新型海水提鉀技術;同時，鼓勵鉀肥使用企業布局參與海水提鉀技術開發和項目實施，從上下游產業鏈融合的角度進一步降低海水提鉀成本，提高海水提鉀的經濟可行性，提高海水中鉀資源的提取利用水平。

2.3 鈾資源

鈾資源是保障民用核能發展的重要基礎和前提，更是保障戰略核威脅力量的軍工基石。但我國大部分鈾資源屬于非常規鈾，品位低且埋藏深，開采成本高，因此我國鈾主要依賴進口，進口源為加拿大、尼日爾、哈薩克斯坦、澳大利亞等國家。根據世界核協會的相關資料，我國鈾資源的對外依存度常年維持在70%以上，易受到國際政治和地區動亂等因素的影響[15]。

海洋的鈾資源儲量是陸地的近1000倍，遠遠超過陸地采礦合理保證的供應量。從20世紀60年代開始，日本、美國、法國等國家陸續開展海水提鈾的研究和試驗。我國在20世紀70年代初開始研究海水提鈾，重點關注海水提鈾材料的結構優化與性能提升，從最初的溶劑、無機材料和聚烯烴纖維吸附劑，到目前的納米結構材料、MOFs和基因工程蛋白[16]，雖然取得一定進展，但對于實現海水提鈾產業化還有眾多技術瓶頸。要實現規模化和連續性的海水提鈾，不僅需要提鈾材料的性能提升，而且需要提鈾裝置的高效設計，更需要考慮擴大提鈾規模、降低提鈾成本以及提高經濟競爭力。近年來，隨著新能源和核能發電的發展，海水提鈾越來越受重視，我國也在積極推進海水提鈾的規劃和發展，由中核集團牽頭發起的“海水提鈾技術創新聯盟”制定“三步走”的技術戰略路線[17]，計劃通過對海水提鈾關鍵共性技術進行攻關，解決制約海水提鈾發展的技術難點問題，實現海試工程從“量”到“質”的突破，推動海水提鈾向工業化邁進，為國家核能事業的可持續發展提供鈾資源保障。

2.4 溴資源

溴是重要的精細化工基礎原料，被廣泛應用于化工、石化、醫藥等行業，相關高附加值產品超百種，是完備工業體系的必要資源[18]。我國溴資源主要來源于地下鹵水，但目前國內地下鹵水中溴的品位和總量持續下降，國內溴資源長期供不應求，導致進口量持續增長，進口源包括以色列、印度等國家。國外的溴生產企業已可部分影響我國溴的定價，不利于我國溴資源的安全供給。

溴有“海洋元素”之稱，全球的溴資源幾乎全部儲存于海水中，未來海水必將成為溴的重要來源。我國相關科研單位經過多年的技術積累，突破了空氣吹出法海水提溴高效節能產業化關鍵技術，開發了完全具有自主知識產權的產業化海水提溴關鍵裝備，完成了海水提溴的產業化示范，經濟效益顯著[19-20]。但在推進海水提溴的過程中，提溴后的海水是否可以排放尚沒有明確政策，使得海水提溴在審批立項方面存在一定困難。此外，國內外現有提溴工藝均是以氯氣作為氧化劑構建的，而氯氣的危險性使海水提溴項目在環保、安全等的審批方面阻力較大。今后的工作重點：一方面，開展提溴后海水排放影響的詳細研究，制定相關監測指標，明確相關排放標準，支持海水提溴產業的發展;另一方面，推進無氯提溴新工藝的研發，促進海水提溴技術升級，保障溴資源的安全供給。

3 海水化學資源的開發建議

面對當前日益嚴峻的資源形勢，應基于陸海資源的互補性和陸海產業的互動性，轉變單一依靠陸礦資源的做法，在實施戰略性找礦行動、布局全球礦產資源的同時，積極推進海水化學資源的提取利用，建立必要的技術儲備，提升開發水平，立足極端情況，堅持底線思維，從戰略層面布局提高資源進口的替代能力，保障戰略資源的安全供應。

3.1 加強頂層設計

自然資源部的組建實現土地、礦產、海洋等自然資源管理職能的統一，有效促進陸地、海洋資源的統籌管理。后續可進一步結合礦產資源供應保障需求，構建結構合理的戰略資源互補體系，培育發展海洋資源利用產業，拓展國家戰略資源儲備和國家戰略空間。

3.2 完善制度保障體系

研究制定海水化學資源利用管理政策;發揮戰略牽引作用，引導海水化學資源關鍵元素提取利用產業布局;增加海水化學資源利用專項經費的支持力度，為海水化學資源開發提供政策和資金保障。

3.3 構建協調合作機制

鼓勵企業積極參與海水化學資源提取利用技術開發和項目實施，充分調動市場主體參與的積極性，結合國家和地方現有工程技術研究中心、技術創新中心和產業技術聯盟等機構，搭建企業與大學、科研機構的溝通協調合作平臺，構建“產學研”協調合作機制。從上下游產業鏈融合的角度，進一步降低海水化學資源提取利用成本，提高海水化學資源提取利用的經濟可行性，推進海水化學資源的產業化發展。

3.4 加強科技創新能力

目前我國海水化學資源提取利用產業發展規模小、產值低，制約其轉型升級的核心技術和關鍵共性技術研發嚴重不足，需要在原有技術研發的基礎上，加大科技研發和技術創新力度。一方面，加大對海洋科研人才的投入和培養力度;另一方面，為海水化學資源提取利用構建平臺，建立海水化學資源提取利用技術研發體系，培育海水化學資源新興產業集群，促進海水化學資源利用科技成果轉化。

4 結語

戰略資源保障對國家發展至關重要。目前我國面臨重要礦產資源對外依存度過高的問題，亟須建立科學的資源提取利用方案和完善的資源保障體系。本研究從保障戰略資源安全的角度，探討推動海水化學資源關鍵元素的提取利用，為我國海水化學資源的發展和管理提供決策參考。未來我國可在加大國內找礦力度的同時，科學推進海水化學資源的提取利用，強化頂層設計，完善制度保障體系，構建協調合作機制，加強科技創新能力，最終實現海水化學資源關鍵元素的科學開發，建立必要的技術儲備，豐富應對資源供應風險的“工具箱”，增強戰略資源的長遠保障能力。

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