我國(guó)濃海水資源利用現(xiàn)狀

李倩

【摘 要】本文介紹了我國(guó)淡化后濃海水的資源現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了濃海水提取鉀、溴、鎂等常量元素和鋰、鈾、銣、銫等微量元素的方法以及濃海水綜合利用技術(shù)進(jìn)展。

【關(guān)鍵詞】濃海水；資源化利用；零排放

1 我國(guó)海水淡化濃海水資源現(xiàn)狀

近年來(lái)，海水淡化技術(shù)迅速發(fā)展，可有效解決水資源危機(jī)。目前我國(guó)已引進(jìn)多種海水淡化技術(shù)，主要包括以多級(jí)閃蒸（MSF）和低溫多效（MED）為主的熱法淡化工藝和以反滲透（RO）為主的膜法淡化工藝[1]，其中反滲透技術(shù)和低溫多效技術(shù)占全國(guó)海水淡化工程技術(shù)的99%以上（圖1）。

海水淡化技術(shù)普遍存在淡水回收率較低的問(wèn)題，熱法海水淡化和膜法海水淡化的回收率分別為15%～50%和30%～40%，其余大部分濃海水被直接排回大海[2]。濃海水中含有大量鈉、鉀、溴、鎂和鋰等寶貴的化學(xué)資源，從濃海水中提取化學(xué)資源，既可避免對(duì)環(huán)境的污染，又能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2 濃海水中提取常量元素

濃海水提鉀技術(shù)主要包括化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、膜分離法、離子交換法等。袁俊生等[3]研制出“改性沸石鉀離子篩”核心技術(shù)并投入產(chǎn)業(yè)化，改性沸石對(duì)海水鉀的富集率達(dá)200倍，鉀肥質(zhì)量達(dá)進(jìn)口優(yōu)質(zhì)鉀肥標(biāo)準(zhǔn)。張家凱等[4]開(kāi)展了以天然沸石為富集劑的離子交換法海水提鉀技術(shù)研究，在提取氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等高附加值產(chǎn)品時(shí)取得一定進(jìn)展。

水蒸汽蒸餾法和空氣吹出法是目前海水提溴的主要方法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但仍存在生產(chǎn)成本過(guò)高和運(yùn)行難以控制等缺點(diǎn)，因此研究學(xué)者將目光投入開(kāi)發(fā)高效節(jié)能的提溴方法。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相繼提出“聚乙烯管式膜法”、“沸石吸附法”、“表面活性劑泡沫解吸法”、“離子交換吸附法”、“液膜法”、“氣態(tài)膜法”等新型提溴方法[5-6]。吳丹等[7]設(shè)計(jì)了鼓氣膜吸收法海水提溴過(guò)程，溴的提取率達(dá)90%以上。汪華明等[8]采用乳狀液膜法開(kāi)展了濃海水提溴實(shí)驗(yàn)研究，溴的提取率可達(dá)99.4%，顯示出較好的發(fā)展前景。

濃海水中鎂含量豐富，主要以氯化鎂和硫酸鎂為主。傳統(tǒng)工藝獲得鎂鹽以氯化鎂為主，兼產(chǎn)一部分硫酸鎂，這類(lèi)產(chǎn)品附加值低，經(jīng)濟(jì)效益差。氫氧化鎂化工方面作用突出，又是生產(chǎn)氧化鎂、金屬鎂以及其他鎂鹽等精細(xì)化工品的基本原料，開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。馬敬環(huán)等[9]利用RO副產(chǎn)濃海水去除Ca2+后，采用氫氧化鈉沉淀法和陶瓷膜洗滌分離相結(jié)合的方式制備高純納米級(jí)氫氧化鎂，得到產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于氫氧化鎂的化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)濃海水提鎂過(guò)程中Ca2+的干擾，衣麗霞等[10]采用碳酸鈉法對(duì)濃海水制備高純氫氧化鎂的鈣雜質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，可達(dá)到80%以上的去除率。

3 濃海水中提取微量元素

鋰及其化合物是重要的能源和核工業(yè)原材料，可用于生產(chǎn)鋰離子電池和用于核聚變發(fā)電。目前，世界上商品鋰主要產(chǎn)地是南美洲的巴西和智利，一些貧鋰國(guó)家，例如日本和韓國(guó)，相繼開(kāi)展了從海水中提取鋰的研究工作。目前，從濃海水中提取鋰主要分為溶劑萃取法和吸附法，包括應(yīng)用無(wú)定型氫氧化物吸附劑、層狀吸附劑、復(fù)合銻酸型吸附劑、離子篩型氧化物吸附劑等[11]。我國(guó)對(duì)從濃海水中提取鋰元素的研究主要集中在鋰離子篩前驅(qū)體的制備及其性能研究，例如，Li4Mn5O12等[12]。

隨著我國(guó)核能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈾資源的需求量不斷增大。陸礦鈾資源儲(chǔ)量已不能滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的需求，因此，海水提鈾極具發(fā)展?jié)摿?。英?guó)是最早開(kāi)展海水提鈾的國(guó)家，美國(guó)、日本等國(guó)家在此方面的研究水平最高。我國(guó)也在20世紀(jì)70年代開(kāi)展海水提鈾相關(guān)研究工作，相繼研發(fā)出數(shù)種吸附劑。王君等在模擬海水的實(shí)驗(yàn)條件下，研發(fā)的吸附劑對(duì)鈾酰離子的吸附容量高達(dá)3mg/g，其研究成果使從海水中提取鈾向經(jīng)濟(jì)化時(shí)代邁出重要一步，并引發(fā)國(guó)際關(guān)注。

銣、銫在現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)中卻扮演著重要的角色。銣和銫的原子很容易失去價(jià)電子，即使是可見(jiàn)光的微弱能量都可將其原子電離，因此它們是制造真空管和光電管的重要要材料，銫可以作為燃料，用于熱離子發(fā)電和磁流體發(fā)電。目前，銣、銫的獲得主要提取自陸礦的鋰云母和銫榴石，對(duì)于銣、銫含量低的液體礦，如海水和鹽湖鹵水也是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)，一般采取吸附法和萃取法。

4 濃海水資源綜合利用工藝耦合

基于以上濃海水化學(xué)資源單項(xiàng)提取技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者不斷優(yōu)化濃海水利用中各元素的提取順序及品種，研究各元素提取工藝接口條件，優(yōu)化并集成濃海水提鎂、溴、鉀等技術(shù)，開(kāi)展?jié)夂ＫC合利用新工藝。張家凱等[4]在傳統(tǒng)的海水綜合利用基礎(chǔ)上，提出濃海水綜合利用新工藝流程，并建立了30m3/d濃海水綜合利用全流程新工藝實(shí)驗(yàn)裝置。裝置不僅有手動(dòng)操作系統(tǒng)，還設(shè)置了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（DCS），實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程中每個(gè)溫度、壓力、流量、密度等控制和測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的記錄。濃海水的資源化利用，不僅可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)收益，更能保護(hù)海洋環(huán)境，其前景十分廣闊。

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