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创新案例

瞄准国家战略需求创新发展盐湖科技——青海盐湖所盐湖提锂科技团队先进事迹

  

  在祖国西部的青海,有这样一支科研团队,他们破解了盐湖高镁锂比卤水锂资源的提取这一世界性难题,成果的关键核心技术属国际首创,为我国盐湖锂盐工业提供了技术支撑。我国锂产业曾因提炼成本居高不下一度被国际市场跻垮,而青海盐湖所提炼盐湖锂技术的突破为我国这一瘫痪多年的产业注入了“起死回生”的动力。 

  2012年4月9日,青海省科学技术奖励大会上,这支科研团队攻关的“青海高镁锂比盐湖提锂关键技术及应用”项目科研成果获得2011年度青海省科学技术进步一等奖,团队学术带头人马培华研究员获得青海省2011年度科学技术重大贡献奖。 

  2013年5月25日,周光召基金会第六届科技奖励基金颁奖典礼上,青海盐湖提锂科技团队获得“技术创新奖”。 

  这究竟是怎样的一支团队?让我们走近他们,了解他们! 

    

  肩负重任加强盐湖科技原始技术创新  

  据有关数据表明,我国盐湖以数量多、类型全、资源丰富、富含稀有元素而著称于世。青海、西藏、新疆、内蒙古等西部省区是我国盐湖的主要分布区,锂、镁、钾、硼等盐类液、固矿储量十分巨大。特别是青海省的柴达木盆地最为集中,盐湖锂资源储量占世界的1/3,是我国具有国际优势的丰有资源之一。 

  1995年以来,我国新疆等地以矿石为原料的锂盐生产企业因资源的枯竭和国外低价锂盐的冲击而处于瘫痪状态,我国储量丰富的盐湖锂资源,始终未得到开发利用,国内锂盐消费市场被国外产品所垄断。于是,加速发展我国的盐湖化工,特别是盐湖资源的综合利用和产业化示范工程建设,为大规模开发、综合利用盐湖资源提供技术、经济依托,从而振兴我国的锂产业,成为时代发展的必然。 

  然而由于我国盐湖卤水的镁锂比值高,盐湖资源的综合利用长期以来未能解决高镁锂比盐湖卤水中锂的提取技术,使得盐湖产业的综合利用与发展受到制约,盐湖锂资源利用成了约束盐湖资源综合开发利用的关键和瓶颈之一。高镁锂比盐湖卤水锂资源的提取是世界性的难题,国际上没有现成的技术可供借鉴。多年来,国际上有美国的塞普路斯福特、FMC等著名公司投入巨资,对高镁锂比盐湖卤水提锂进行了长期研究,均未取得突破,主要问题是工艺过程操作性不强、产品成本高,无法参与市场竞争。 

  青海盐湖卤水中蕴藏有丰富的锂矿资源,是我国开发利用锂产品的重点地区。青海盐湖所党委和所领导班子按照中国科学院知识创新工程的要求,以国家实施的“西部大开发”战略为契机,以解决我国盐湖资源的综合开发与持续利用的重大科技问题为主攻方向,把从事盐湖资源开发利用的技术创新及产业化研究作为重要任务之一,面向国家战略需求,服务国民经济建设,紧紧抓住青海省盐湖的锂、镁、硼这一特色资源,抽调精兵强将组成盐湖提锂科技攻关专题组,致力于攻克制约盐湖资源综合开发利用的关键性技术,开展原创性技术开发,积极推进技术成果转移转化,创出了西部研究所开展技术创新和转移转化、产业化的创新之路。 

  青海盐湖所的马培华研究员是盐湖提锂科技团队的负责人。马培华自上世纪70年代从事盐湖科研工作以来,长期在艰苦边远地区进行科学研究,是我国盐湖资源综合利用领域的主要学术带头人。为了突破高镁锂比盐湖卤水中提取锂资源这一世界性难题,为了获取柴达木盆地东台吉乃尔盐湖地下晶间卤水矿中锂资源分布与富集状况,查明盐湖周边淡水的分布、矿区的水文地质环境和湖区周围地层中粘土矿物的分布和产状等第一手资料,马培华和他领导的青海盐湖提锂科技团队,一次又一次地进入荒无人烟的东台吉乃尔盐湖进行一系列有关地球化学、化学、盐田日晒工艺试验等学科方面的研究,并于1998年组成地质调查小分队对东台吉乃尔盐湖进行了考察,并以此为依据成功修建了12万平方米试验盐田,组建了东台产、学、研一体化的科研基地,用2年时间完成了盐田日晒工艺路线试验,制得合格的钾盐中间产品和富锂原料卤水,获取了大量的观测数据和水质变化分析数据。 

  马培华和团队的全体科研人员重新策划锂的提取思路,优化工艺条件,提高了分离效果,在长期研究分离提取基础理论、工艺技术和设备优化的不同过程阶段,采用盐田工艺分步浓缩锂元素技术,利用东台盐湖丰富的自然能进行蒸发浓缩和结晶,运用浓盐溶液五元体系相图理论,生产出合格的浓缩卤水,最大限度地降低原材料成本费用。并通过对镁锂分离过程中的关键影响因子进行优化筛选,研发了一种新型的、适合高镁锂比盐湖卤水镁锂分离的生产工艺,可将东台盐湖卤水镁锂比从40:1降到小于1:1,镁的分离率达到90%以上,锂的回收率达到80%。 

  不仅如此,为了更好地利用经镁锂分离后的原料卤水,马培华和他的团队针对东台盐湖的化学组分和当地气候特点,系统地研究了卤水中钠盐、钾盐、硼酸盐的浓缩分离技术,有效地利用了盐湖卤水中的有益组分,开创性地研发了碳酸锂制取工程技术(能获得产品纯度在99.5%以上的技术级碳酸锂)和盐湖资源综合利用技术集成,实现了资源的可持续发展。就这样,经过多年的刻苦攻关,高镁锂比盐湖资源的提锂技术取得了重大突破,解决了困惑各国科学家多年的难题,攻克了这个世界性技术难题。 

  青海盐湖所研究成功的盐湖锂盐提取新技术,使我国典型的高镁锂比盐湖卤水提锂技术难题获得突破,为我国盐湖锂盐工业提供了技术支撑,也改变了我国盐湖资源单一生产氯化钾的开发局面,使我国盐湖资源综合利用的关键技术和系统集成技术得到提高。进一步推广应用该技术,有望使盐湖中共生的锂、镁、钾、硼等资源得到综合利用,助推我国的盐湖产业达到国际先进水平,同时使我国的锂资源优势发展成为锂盐产业优势,使我国锂盐产业发展更新换代、占据世界锂盐市场的重要份额。 

  更令人激动的是,这一技术不仅在实验室获得成功,而且经受住长期的考验。2000年底,年产50吨碳酸锂的中试试验取得成功,生产的碳酸锂经国际权威机构检测,纯度高、质量好,符合国际市场要求,且产品成本低于国际市场的最低水平,具有较强的国际市场竞争能力,形成了吸引投资者的“磁力点”。 

    

  不辱使命盐湖资源综合利用产业化 

  青海盐湖所的盐湖提锂团队在盐湖钾、硼、镁资源综合利用、盐湖高值精细产品的开发方面进行了开创性的工作,为综合利用我国的盐湖资源提供了技术基础。青海盐湖所因此而获批了国家“十五”重点科技攻关项目——年产3000吨碳酸锂、25000吨硫酸钾和2500吨硼酸的“青海盐湖提锂及资源综合利用”国家高技术产业化示范工程项目。 

  2002年11月8日,世界上首条“高镁锂比盐湖提锂及资源综合利用”产业化示范工程项目主体工程在青海省格尔木市东台吉乃尔盐湖隆重举行开工典礼,标志着青海省在高镁锂比盐湖提锂和盐湖资源综合利用产业化方面走在了世界前列。 

  “天上无飞鸟,地下不长草,一日有四季,风吹盐沙跑”。这是人们对青海柴达木盆地地理气候环境的概括和总结,但未曾真正涉足柴达木的人依然很难领略其苦涩的神韵。柴达木盆地本属无人区,半个世纪以来,除中科院和地矿部门为数不多的科考人员外,柴达木腹地方圆几百公里仍然人迹寥寥,直到盐湖产业化基地和中国天然气总公司气田的建设,沉睡了数亿年的柴达木腹地终于有了真正的人类活动,工作条件艰苦、气候环境恶劣和基础设施配套稀缺,都是常人难以想象的。 

  作为项目建设单位的青海盐湖所就是在这样的环境下开始建设实施“青海盐湖提锂及资源综合利用”国家高技术产业化示范工程项目的。由于工作任务繁重,时间紧迫,基地的全体员工放弃节假日,发扬连续作战的工作作风,全身心地投入到项目建设中。在西宁的同志不分白天黑夜加班加点,精心策划、调研,反复核实每一个工艺设计环节的参数和数据,积极准备锂、钾、硼各生产工艺设备选型和设备招标。有的同志为保证项目整体设计和单项工艺设计扎实可靠,不停地往返于西宁、东台基地之间,工作始终处在高度紧张和超负荷状态中,为项目建设付出了艰辛的劳动。 

  野外的同志们更是远离亲人,远离家庭,长期坚守工作岗位,忍受着风寒日晒和孤独寂寞,没有一句怨言。一位项目负责人曾讲述过这样一件事:项目建设初期,因为基地没有水源,他们的生活用水要到300公里以外的格尔木市去拉。一次,为了解决吃水难的问题,几名科研人员开着一辆大卡车和一辆吉普行进在一条冰冻的河面上。吉普没走多远,发动机的风扇叶片就脱落了,打坏了水箱,他们就凿冰块放在汽车发动机上降温,让汽车继续前进,但最终吉普还是抛锚了。没料冰面愈走愈薄,大卡车很快陷入了冰窟窿。他们通过自救,从冰窟窿中逃了出来,丢掉大衣在冰上一步一滑向前走。天黑了,不敢停下来,更不敢睡觉。几个人就像喝醉了一般走到天亮,终于走完40公里冰程,见到基地的帐篷后他们一下就瘫软了。 

  像这样的事在东台产业化项目工作的同志们看来很平常,但正是这种“特别能吃苦、特别能忍耐、特别能战斗、特别能奉献”的高原精神,为青海盐湖提锂及资源综合利用高新技术产业化示范工程项目的实施奠定了坚实的基础。 

  2007年10月8日,青海盐湖提锂及资源综合利用产业化示范碳酸锂生产线进行投料试运;10月18日,碳酸锂产品成功下线,该产业化项目碳酸锂生产投料试车成功。自此,高镁锂比盐湖卤水提锂技术实现产业化生产,标志着青海在高镁锂比盐湖提锂和盐湖资源综合利用产业化方面走在了世界前列,也标志着盐湖高新技术产业在柴达木的崛起。 

  2009年12月11日,依托该技术建设的年产3000吨碳酸锂国家产业化项目成功投产并通过了国家验收。该项目的建成,有利于打破国内锂盐消费市场被国外产品垄断的局面,将改变我国在盐湖资源利用产业上的落后现状,为大规模开发、综合利用盐湖资源提供技术、经济依托,对盐湖高新技术产业的形成产生巨大的带动作用和经济效益。同时,盐湖产业的形成,可形成青海电力、石油天然气资源开发产业链,具有巨大的社会效益,对促进青海省地方经济的发展起到积极的推动作用。 

    随着时间的推移,经过技术调整和优化,项目年产3000吨碳酸锂的一期装置实现稳定生产。2012年5月,项目又实现了万吨级碳酸锂装置一次性试车成功,使碳酸锂的年产能达到一万吨,直接下线产品纯度达到99.6%以上,为全球首座直接生产电池级碳酸锂的生产装置,最大限度地降低了生产成本,提高了产品的竞争力,在振兴我国锂产业的同时,实现了盐湖硼、钾、镁等资源的综合利用,对推进我国盐湖资源综合开发将产生巨大的推动效应。