武海虹 王鍇 馬來波 柴澍靖 王玉琪

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

關(guān)鍵詞：海水化學(xué)資源;提取利用;戰(zhàn)略資源;關(guān)鍵礦產(chǎn)資源

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

0 引言

習(xí)近平總書記指出“增強國內(nèi)資源生產(chǎn)保障能力”“提高海洋資源、礦產(chǎn)資源開發(fā)保護水平”。黨的二十大提出“提升戰(zhàn)略性資源供應(yīng)保障能力”。目前我國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)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(yán)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(chǎn)品價格金融化帶來的境外供應(yīng)不確定性風(fēng)險。海水化學(xué)資源是海洋資源的重要組成部分，科學(xué)推進海水化學(xué)資源提取利用，促進陸地和海洋重要化學(xué)資源的協(xié)調(diào)發(fā)展是落實陸海統(tǒng)籌、建設(shè)海洋強國的重要抓手。在全面啟動新一輪戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源“國內(nèi)找礦”行動的同時，謀劃將海水化學(xué)資源作為重要礦產(chǎn)資源的替代來源并形成必要的產(chǎn)業(yè)備份系統(tǒng)，對于我國在關(guān)鍵時刻做到自我循環(huán)、確保在極端情況下經(jīng)濟正常運行具有重要意義。

1 海水化學(xué)資源提取利用現(xiàn)狀

海洋中存在80余種化學(xué)元素，各類化學(xué)資源種類齊全、總量豐富。海水化學(xué)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(xué)資源開發(fā)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(chǎn)業(yè)化，鎂鹽、鉀鹽在國家和地方各類科技研發(fā)項目的持續(xù)支持下取得長足發(fā)展并向產(chǎn)業(yè)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(fù)雜性導(dǎo)致提取難度加大，相關(guān)研究還處于探索階段[4]。

隨著國際局勢變化和地區(qū)戰(zhàn)亂等因素的影響，許多產(chǎn)業(yè)的安全運行面臨資源供應(yīng)地緣政治風(fēng)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(fēng)險，其背后是否存在阻礙我國“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)以及新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原因，值得我們思考，亦提醒我們考慮應(yīng)對措施。面對當(dāng)前日益嚴(yán)峻的資源形勢，作為陸地資源的補充，海水化學(xué)資源的提取利用應(yīng)提上日程。

2 海水化學(xué)資源提取利用的重點方向

戰(zhàn)略資源對國家經(jīng)濟和安全具有至關(guān)重要的作用，對外依存度高會導(dǎo)致供應(yīng)鏈易受破壞，對國家經(jīng)濟或安全產(chǎn)生不利影響。結(jié)合當(dāng)前國際資源形勢和海水化學(xué)資源狀況，本研究從技術(shù)基礎(chǔ)、開發(fā)經(jīng)濟性、實施可能性等方面綜合分析，優(yōu)先選擇對我國能源、經(jīng)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(xué)資源的提取利用。

2.1 鋰資源

鋰是戰(zhàn)略性金屬礦產(chǎn)資源，對國民經(jīng)濟發(fā)展、“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)具有重要意義。2019年我國已經(jīng)成為全球第一大鋰鹽生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴大帶動鋰資源需求不斷攀升，鋰鹽產(chǎn)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(fā)的進度和產(chǎn)量難以匹配下游需求增長的速度和量級，鋰資源的開發(fā)供給是目前亟待解決的關(guān)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(jīng)取得重大進展，形成沉淀法、吸附法、膜分離法等提取技術(shù)，部分技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[9-10]。對于海水提鋰，可借鑒吸收鹵水提鋰技術(shù)并加以優(yōu)化改進，同時針對海水體系特點研發(fā)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(shù)，推動鋰資源提取利用的發(fā)展。

2.2 鉀資源

鉀是基本的植物營養(yǎng)素，是植物生長發(fā)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(qū)。作為農(nóng)業(yè)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(jì)70年代以來，我國相關(guān)科研單位系統(tǒng)開展海水提鉀的室內(nèi)試驗、中試技術(shù)研究和萬噸級工業(yè)性試驗，突破海水中鉀的高選擇性、高倍率富集等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，成功開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的沸石離子篩法海水提鉀技術(shù)裝備，實現(xiàn)海水提鉀的技術(shù)突破，為海水中鉀資源的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供依據(jù)[13-14]。但由于海水的組成復(fù)雜（鉀與80余種化學(xué)元素共存），加大高效分離并提取鉀的技術(shù)難度，海水提鉀在經(jīng)濟上不易過關(guān)，目前沒有實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。面對當(dāng)前的鉀資源形勢，應(yīng)在原有海水提鉀研究的基礎(chǔ)上積極推進技術(shù)升級，開發(fā)新型海水提鉀技術(shù);同時，鼓勵鉀肥使用企業(yè)布局參與海水提鉀技術(shù)開發(fā)和項目實施，從上下游產(chǎn)業(yè)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(jīng)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(fā)展的重要基礎(chǔ)和前提，更是保障戰(zhàn)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(guī)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(jù)世界核協(xié)會的相關(guān)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(qū)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(yīng)量。從20世紀(jì)60年代開始，日本、美國、法國等國家陸續(xù)開展海水提鈾的研究和試驗。我國在20世紀(jì)70年代初開始研究海水提鈾，重點關(guān)注海水提鈾材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)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(jié)構(gòu)材料、MOFs和基因工程蛋白[16]，雖然取得一定進展，但對于實現(xiàn)海水提鈾產(chǎn)業(yè)化還有眾多技術(shù)瓶頸。要實現(xiàn)規(guī)模化和連續(xù)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(shè)計，更需要考慮擴大提鈾規(guī)模、降低提鈾成本以及提高經(jīng)濟競爭力。近年來，隨著新能源和核能發(fā)電的發(fā)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(guī)劃和發(fā)展，由中核集團牽頭發(fā)起的“海水提鈾技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”制定“三步走”的技術(shù)戰(zhàn)略路線[17]，計劃通過對海水提鈾關(guān)鍵共性技術(shù)進行攻關(guān)，解決制約海水提鈾發(fā)展的技術(shù)難點問題，實現(xiàn)海試工程從“量”到“質(zhì)”的突破，推動海水提鈾向工業(yè)化邁進，為國家核能事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供鈾資源保障。

2.4 溴資源

溴是重要的精細化工基礎(chǔ)原料，被廣泛應(yīng)用于化工、石化、醫(yī)藥等行業(yè)，相關(guān)高附加值產(chǎn)品超百種，是完備工業(yè)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(nèi)地下鹵水中溴的品位和總量持續(xù)下降，國內(nèi)溴資源長期供不應(yīng)求，導(dǎo)致進口量持續(xù)增長，進口源包括以色列、印度等國家。國外的溴生產(chǎn)企業(yè)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(guān)科研單位經(jīng)過多年的技術(shù)積累，突破了空氣吹出法海水提溴高效節(jié)能產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)化海水提溴關(guān)鍵裝備，完成了海水提溴的產(chǎn)業(yè)化示范，經(jīng)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(nèi)外現(xiàn)有提溴工藝均是以氯氣作為氧化劑構(gòu)建的，而氯氣的危險性使海水提溴項目在環(huán)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(guān)監(jiān)測指標(biāo)，明確相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，支持海水提溴產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;另一方面，推進無氯提溴新工藝的研發(fā)，促進海水提溴技術(shù)升級，保障溴資源的安全供給。

3 海水化學(xué)資源的開發(fā)建議

面對當(dāng)前日益嚴(yán)峻的資源形勢，應(yīng)基于陸海資源的互補性和陸海產(chǎn)業(yè)的互動性，轉(zhuǎn)變單一依靠陸礦資源的做法，在實施戰(zhàn)略性找礦行動、布局全球礦產(chǎn)資源的同時，積極推進海水化學(xué)資源的提取利用，建立必要的技術(shù)儲備，提升開發(fā)水平，立足極端情況，堅持底線思維，從戰(zhàn)略層面布局提高資源進口的替代能力，保障戰(zhàn)略資源的安全供應(yīng)。

3.1 加強頂層設(shè)計

自然資源部的組建實現(xiàn)土地、礦產(chǎn)、海洋等自然資源管理職能的統(tǒng)一，有效促進陸地、海洋資源的統(tǒng)籌管理。后續(xù)可進一步結(jié)合礦產(chǎn)資源供應(yīng)保障需求，構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理的戰(zhàn)略資源互補體系，培育發(fā)展海洋資源利用產(chǎn)業(yè)，拓展國家戰(zhàn)略資源儲備和國家戰(zhàn)略空間。

3.2 完善制度保障體系

研究制定海水化學(xué)資源利用管理政策;發(fā)揮戰(zhàn)略牽引作用，引導(dǎo)海水化學(xué)資源關(guān)鍵元素提取利用產(chǎn)業(yè)布局;增加海水化學(xué)資源利用專項經(jīng)費的支持力度，為海水化學(xué)資源開發(fā)提供政策和資金保障。

3.3 構(gòu)建協(xié)調(diào)合作機制

鼓勵企業(yè)積極參與海水化學(xué)資源提取利用技術(shù)開發(fā)和項目實施，充分調(diào)動市場主體參與的積極性，結(jié)合國家和地方現(xiàn)有工程技術(shù)研究中心、技術(shù)創(chuàng)新中心和產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟等機構(gòu)，搭建企業(yè)與大學(xué)、科研機構(gòu)的溝通協(xié)調(diào)合作平臺，構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)調(diào)合作機制。從上下游產(chǎn)業(yè)鏈融合的角度，進一步降低海水化學(xué)資源提取利用成本，提高海水化學(xué)資源提取利用的經(jīng)濟可行性，推進海水化學(xué)資源的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

3.4 加強科技創(chuàng)新能力

目前我國海水化學(xué)資源提取利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模小、產(chǎn)值低，制約其轉(zhuǎn)型升級的核心技術(shù)和關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)嚴(yán)重不足，需要在原有技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，加大科技研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新力度。一方面，加大對海洋科研人才的投入和培養(yǎng)力度;另一方面，為海水化學(xué)資源提取利用構(gòu)建平臺，建立海水化學(xué)資源提取利用技術(shù)研發(fā)體系，培育海水化學(xué)資源新興產(chǎn)業(yè)集群，促進海水化學(xué)資源利用科技成果轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)語

戰(zhàn)略資源保障對國家發(fā)展至關(guān)重要。目前我國面臨重要礦產(chǎn)資源對外依存度過高的問題，亟須建立科學(xué)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(zhàn)略資源安全的角度，探討推動海水化學(xué)資源關(guān)鍵元素的提取利用，為我國海水化學(xué)資源的發(fā)展和管理提供決策參考。未來我國可在加大國內(nèi)找礦力度的同時，科學(xué)推進海水化學(xué)資源的提取利用，強化頂層設(shè)計，完善制度保障體系，構(gòu)建協(xié)調(diào)合作機制，加強科技創(chuàng)新能力，最終實現(xiàn)海水化學(xué)資源關(guān)鍵元素的科學(xué)開發(fā)，建立必要的技術(shù)儲備，豐富應(yīng)對資源供應(yīng)風(fēng)險的“工具箱”，增強戰(zhàn)略資源的長遠保障能力。

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