王盼盼，劉鯉君，金世紅，趙 云

（1.青海大學(xué)，青海 西寧 810016；2.青海省測(cè)試計(jì)算中心，青海 西寧 810008）

察爾汗鹽湖位于柴達(dá)木盆地，是中國(guó)最大的鹽湖。察爾汗鹽湖是一個(gè)以液體鉀礦為主，伴有硼、鋰、鎂、溴等元素，固液體并存的綜合型礦床，是世界上罕見(jiàn)的具有工業(yè)價(jià)值的大型內(nèi)陸鹽湖之一。察爾汗鹽湖還有2.96億t低品位固體鉀鹽資源，這些資源相當(dāng)于一個(gè)超大型鉀礦[1]。合理開(kāi)發(fā)鹽湖鉀資源對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)具有很大的促進(jìn)作用，但是在開(kāi)發(fā)資源的同時(shí)也要注重環(huán)境保護(hù)。

察爾汗鹽湖采鹵實(shí)踐證明，隨著抽鹵的不斷進(jìn)行，晶間鹵水的水位不斷下降，如果繼續(xù)這樣開(kāi)采下去，上層的固體鉀礦勢(shì)必成為“呆礦”[2]。因此，采用合理的方法開(kāi)采鉀資源勢(shì)在必行。水溶法是根據(jù)壓力、溫度等因素對(duì)不同鹽類(lèi)的溶解度的影響，使用不同的溶劑，使要溶解的組分轉(zhuǎn)化為液相采出，而不需要的組分留在礦中[3]。水溶法開(kāi)采成本較低，技術(shù)要求低，施工方法簡(jiǎn)單，水溶法開(kāi)采鹽礦打破了察爾汗鹽湖只能開(kāi)采液體鉀礦而無(wú)法開(kāi)采固體鉀礦的局面，能為開(kāi)采企業(yè)帶來(lái)更多的利益。但是，水溶法開(kāi)采鹽礦也面臨一些亟待解決的問(wèn)題。

察爾汗鹽湖溶礦研究屬于鹽湖資源綜合開(kāi)發(fā)利用的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，有助于合理開(kāi)發(fā)利用鹽湖鉀資源，如果技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合算，那么對(duì)緩解我國(guó)鉀肥緊缺形勢(shì)有重要作用。本文簡(jiǎn)要?dú)w納了察爾汗鹽湖溶礦進(jìn)展?fàn)顩r，介紹了鹽礦水溶開(kāi)采過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及問(wèn)題的解決程度，以期為鹽湖資源的有效開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 察爾汗鹽湖溶礦的進(jìn)展?fàn)顩r

察爾汗鹽湖有直接出露地表的石鹽、鉀石鹽、鉀鎂鹽等礦產(chǎn)資源，其中以石鹽沉積為主，含鉀礦體沉積在石鹽層中，晶間鹵水和隙鹵水賦存于鹽層和碎屑層中[4]。察爾汗鹽湖是我國(guó)鉀肥工業(yè)的搖籃。但是，隨著開(kāi)采過(guò)程的不斷進(jìn)行，采鹵區(qū)出鹵量逐漸減少，鹵水品質(zhì)也逐漸降低，這已經(jīng)成為制約察爾汗鹽湖鉀肥生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題[5]。在鹵水資源儲(chǔ)量逐漸下降，開(kāi)采成本逐漸增高的趨勢(shì)下，低品位固體鉀鹽礦床成了未來(lái)最具有潛力的開(kāi)采對(duì)象。但是，察爾汗鹽湖固體鉀礦品位低、礦層薄，限制了其單獨(dú)開(kāi)采，這是鉀肥生產(chǎn)急需解決的主要問(wèn)題[6-7]。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們提出了液化開(kāi)采。

通過(guò)水溶法開(kāi)采固體鉀礦，首先要確定固體礦層中鉀的品位[8]，針對(duì)不同的礦層進(jìn)行合適的溶采，使鉀礦得到最大程度的開(kāi)采[9]。

察爾汗鹽湖溶礦以獲取鉀資源的研究取得一定成效。趙有璟等[10]通過(guò)對(duì)察爾汗鹽湖鐵路以東固體鉀礦的小規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)溶采試驗(yàn)，得到分析結(jié)果：固體鉀礦溶采率能夠達(dá)到80%，溶礦效果比較理想。張萍[11]在察爾汗鹽湖鐵路以東固體鉀礦溶采試驗(yàn)中，通過(guò)分析溶采前后固體礦層的取樣結(jié)果，得出結(jié)論：固體鉀溶解率高達(dá)80%，溶礦效果良好。由此可見(jiàn)，水溶法開(kāi)采察爾汗鹽湖鉀礦具有可行性，但是溶礦過(guò)程也遇到了一些亟待解決的問(wèn)題。

2 溶礦過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

水溶法開(kāi)采鹽田是國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用的采礦技術(shù)。水溶法開(kāi)采固體鉀礦使固體鉀礦得到充分利用，大大提高了察爾汗鹽湖的鉀資源利用率。但是，水溶法開(kāi)采鉀礦也存在一些問(wèn)題。

近年來(lái)，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司在別勒灘低品位固體鉀鹽礦液化、開(kāi)發(fā)及利用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題[12]。主要問(wèn)題是溶劑在注入后不能持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)入礦層、水位抬高不夠?qū)е氯芙庑Ч患?。為了開(kāi)采固體鉀鹽，王文祥[13]在察爾汗鹽湖別勒灘區(qū)進(jìn)行了單級(jí)驅(qū)動(dòng)溶礦試驗(yàn)，主要利用澀聶湖的湖水驅(qū)動(dòng)和溶解鹽田地層中的固體鉀鹽，試驗(yàn)結(jié)果表明，溶礦效果明顯。但是，該方法也存在兩個(gè)問(wèn)題：一是地層中存在鹽溶硫，二是水位抬高不夠明顯。水溶法開(kāi)采鹽礦可能會(huì)導(dǎo)致鹽礦塌陷事故，因此用這種方法開(kāi)采時(shí)應(yīng)注意防止塌陷現(xiàn)象的發(fā)生[14]。

目前，察爾汗鹽湖鹽田溶礦過(guò)程中遇到一些關(guān)鍵問(wèn)題，主要表現(xiàn)如下：溶劑在注入后不能持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)入礦層、水位抬高不夠?qū)е氯芙庑Ч患?、地層中存在鹽溶硫、無(wú)序過(guò)量開(kāi)采導(dǎo)致鹵水補(bǔ)給不足、水溶開(kāi)采誘發(fā)地表塌陷等。

3 溶礦過(guò)程問(wèn)題解決的程度

3.1 采用增程驅(qū)動(dòng)溶礦模式

為了解決察爾汗鹽湖溶礦過(guò)程地層中存在鹽溶硫和水位抬高不夠明顯的問(wèn)題，王文祥等[15]進(jìn)行了察爾汗鹽湖單級(jí)與增程驅(qū)動(dòng)溶解固體鉀礦的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，增程驅(qū)動(dòng)溶礦模式提高了晶間鹵水的水位，水溶法開(kāi)采固體鉀礦是可行的。

3.2 適當(dāng)補(bǔ)充鹵水

目前，察爾汗鹽湖內(nèi)采渠遍布，已嚴(yán)重破壞了地下淺鹵水的含水層系統(tǒng)，阻斷了地下鹵水對(duì)察爾汗鹽湖的補(bǔ)給途徑，減少了地下水補(bǔ)給量[16]。過(guò)量開(kāi)采導(dǎo)致鹽田資源貧化，為了持續(xù)開(kāi)采鹽田資源，應(yīng)引水溶礦增大補(bǔ)給量。研究表明，鹽田老鹵作為溶解驅(qū)動(dòng)的溶劑，溶解效果明顯。但是，溶劑中的鈉元素比較高，溶解鉀之后，導(dǎo)致一部分氯化鈉析出，減弱了地層的滲透性，從而影響后續(xù)的溶礦[13]。

采礦過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充鹵水十分重要，但是溶礦過(guò)程需要合適的鹵水濃度。直接采用水溶礦或者采用低濃度鹵水溶礦會(huì)破壞溶礦與結(jié)晶的動(dòng)態(tài)平衡，礦體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生空腔，溶礦結(jié)構(gòu)遭到破壞，無(wú)法達(dá)到溶礦效果，若采用濃度較高的鹵水，會(huì)降低溶礦效率[17]。因此，采用適當(dāng)?shù)柠u水進(jìn)行溶礦十分必要，采用低鉀高鈉的溶劑能更好地溶解察爾汗鹽湖鉀礦。

3.3 防止鹽礦塌陷的措施

鹽礦地表塌陷是一種嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，鹽礦塌陷時(shí)往往速度很快，可控性小。鹽礦塌陷延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，具有反復(fù)性，破壞性大。因此，開(kāi)采鹽礦時(shí)防止鹽礦塌陷是必須首先考慮的。隨著鹽礦水溶開(kāi)采的增多，鹽田地表塌陷事故經(jīng)常發(fā)生。鹽礦水溶開(kāi)采地表塌陷往往具有突發(fā)性，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重破壞了周?chē)乇斫Y(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境。因此，鹽田溶礦時(shí)防止地表塌陷是非常重要的。

鹽田地表塌陷原因主要有鹽腔不穩(wěn)定、鹵水及地下水侵蝕誘發(fā)斷層活化、上覆巖土體侵蝕后承載力降低[18]。國(guó)內(nèi)外的采鹽歷史表明[19]，鹽礦開(kāi)采區(qū)鹵水泄露、地面沉降、地面塌陷等問(wèn)題比較突出，很難防治。鹽礦區(qū)的地表塌陷會(huì)伴隨噴鹵現(xiàn)象，從地下噴出的鹵水壓力較高，會(huì)攜帶大量泥沙到地表，并且沖刷和加大溶蝕通道，帶走地表上的泥沙，加劇了地表塌陷[18]。近年來(lái)，一些研究者通過(guò)尋找鹽礦地表塌陷規(guī)律來(lái)防止塌陷現(xiàn)象的發(fā)生。

有研究者提出了六種防止鹽礦水溶開(kāi)采時(shí)地表塌陷的措施：注重鹽礦地形勘察、合理設(shè)計(jì)開(kāi)采方案、合理控制對(duì)井距離和井組距離、確保溶腔與井管的密閉性、定期維修檢測(cè)、封閉報(bào)廢井等[14]。在鹽礦開(kāi)采過(guò)程中，要保護(hù)溶腔頂板，嚴(yán)格控制開(kāi)采強(qiáng)度，防止因跨距過(guò)大導(dǎo)致溶腔塌陷[20]。

水溶法開(kāi)采鹽礦過(guò)程中，導(dǎo)致地表塌陷的因素有很多。要不斷探究塌陷原因和防治措施，只有這樣，才能更好、更安全地開(kāi)采鹽礦資源。

4 結(jié)論

本文主要對(duì)察爾汗鹽湖溶礦過(guò)程進(jìn)行了分析。研究表明，察爾汗鹽湖含有大量低品位的固體鉀鹽，最佳開(kāi)采方法是用含低鉀高鈉的溶劑溶解鹽層中的固體鉀鹽，使固體鉀轉(zhuǎn)化為液體鉀，然后將富含鉀的鹵水抽取到鹽田。這種溶礦技術(shù)打破了察爾汗鹽湖只能開(kāi)采液體鉀礦而無(wú)法開(kāi)采固體鉀礦的局面，提高了鉀資源的利用率，改變了我國(guó)鉀資源的供應(yīng)格局。溶礦過(guò)程要使用低鉀高鈉溶劑，這樣才能保證察爾汗鹽湖地層鉀礦更好地溶解且鹽層結(jié)構(gòu)不被破壞。在工業(yè)生產(chǎn)中，溶劑必須是價(jià)廉易得的，這樣才能保證開(kāi)采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。建議水溶法開(kāi)采鹽礦時(shí)，在開(kāi)采區(qū)建立地下水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)地下水位和水質(zhì)的變化，同時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄溶腔內(nèi)壓力的變化，以便及早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理溶腔鹵水泄露，以免發(fā)生地表塌陷事故[21]。一種礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)牽動(dòng)著其他礦種的變化，為了保護(hù)察爾汗鹽湖的礦產(chǎn)資源，提高鉀資源開(kāi)發(fā)利用率，建議適時(shí)組織和開(kāi)展地質(zhì)勘查工作，把可能造成的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題減小到最低程度。