鹵水是一種主要含有氯化鈉(NaCl)的水溶液,可用于制鹽和提取溴、碘、鋰、、、硼、鉀、、等物質。呈透明或黃色,味道微苦,含有氯化鈉、氯化鎂等物質,是由于特殊的地理環境、氣候和水文條件形成的。
鹵水主要分布于哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦、伊朗、俄羅斯一直延伸到東亞的蒙古和各陸臺區的邊緣拗陷和內部拗陷中,以及褶皺區的山前拗陷和山間盆地中,中國分布于沿海低平原區。隨著科技的發展,現在可以通過渠、井、采鹵站等多種方式開采鹵水。
鹵水可以制作成多種工業原料,并在養殖市場和建筑建造上發揮作用。鹵水具有一定的毒性,可引起胃粘膜炎、腹痛和嘔吐。如果大量吸收入血,對人體會導致高鎂血癥。
發現歷史
鹵水是制鹽工業的重要原料,與鹽業發展密不可分。早在古代,人類就開始制鹽。《史記·夏本紀》中有關于“厥貢鹽烯”的記載,周代也有關于“戎鹽進貢”的記述。而“鹵”這個詞,描述了運城鹽湖將鹵水引入鹵池曬鹽的工藝過程。據《史記》記載,在公元前三四百年的戰國時代,古齊國的鹽民在“濱海斥鹵之地”挖坑取出地下咸水,用它煮制鹽。距今2300年前,中國沿海地區就利用海灘淺層地下的咸水(包括滯留的海水和鹵水)進行煮鹽。由此可見,中國沿海地區開發利用地下鹵水資源的歷史已有2000多年,從原始井灶制鹽算起,大型井灶至今也有1300年。
在國際領域,對陸地及深層鹵水的研究較為深入,然而海岸帶地下鹵水的研究相對較少。自20世紀60年代末至70年代,基于波斯灣海岸的研究,人們在海岸帶沉積環境和碳酸鹽巖沉積相模式等方面進行了深入探討。海岸地下鹵水被視為蒸發巖早期形成過程的一部分。隨著對海水濃縮成鹽機理的深入理解,出現了多種假設,如沙壩說、多級海盆說、返流假說以及潮上鹽沼地或“薩布哈"假說等。在潮坪和三角洲前緣,被溶解的組分受蒸發作用生成地下鹵水。同時,蒸發礦床形成必須滿足三個條件:干旱或半干旱氣候條件,鹵水補給條件,以及鹵水濃縮儲存的封閉條件。1996年,提出了“海岸潮灘生鹵"理論,即地下鹵水源于海水,生成于海侵期的海退階段,經過蒸發濃縮、聚集和海陸變遷埋藏形成。此后,對地下鹵水的沉積環境、水化學組成、分布特征、地下鹵水測年及鹵水成因演化等方面,學者們進行了大量的研究。
分類
鹵水是一種主要含有氯化鈉(NaCl)的水溶液,通常還含有其他化合物,被稱為雜質。然而,當析鹽后的水溶液中氯化鈉的含量低于總固形物的50%時,就不再被稱為鹵水,而被稱為母液或鹽鹵。根據制取方法的不同,鹵水可以分為天然鹵水和人工鹵水。
天然鹵水
天然鹵水的分類法根據地質學的要求可以非常復雜。然而,如果根據鹵水的使用習慣來分類,可以將其分為以下幾種:位于三迭系海相地層(約1000米深)的黑色懸浮物液體被稱為黑鹵;位于侏羅系和白堊系陸相地層(約500米深)的黃色懸浮物溶液被稱為黃鹵。黃鹵可以根據是否含有鋇分為含鋇黃鹵和無鋇黃鹵。隨著石油和天然氣工業的快速發展,油氣田邊界地帶常見一種含氯化鈉較低的鹵水,統稱為油田水和氣田水。
按地下鹵水賦存條件可將其分為孔隙鹵水、晶間鹵水、裂隙鹵水,根據其埋藏條件,鹵水可以劃分為地表鹽湖鹵水和地下鹵水兩大類。其中,地下鹵水根據其深度又可進一步細分為淺層地下鹵水和深層地下鹵水。淺層地下鹵水主要分布在地表以下至數百米深的沉積物或儲鹵層中,包括鹽湖附近的鹽類沉積物中的晶間鹵水,海岸帶地下鹵水,以及沉積盆地淺部儲鹵層中的溶鹽鹵水和鹽泉等。這些淺層地下鹵水的共同特性在于,它們都或多或少地參與了自然界的水循環過程。根據鹵水成分的差異,鹽湖鹵水可以分為三大類:氯化物型鹽湖鹵水、硫酸鹽型鹽湖鹵水和碳酸根型鹽湖鹵水。
此外,一些天然咸水湖也被視為天然鹵水的一種。海水雖然也含有氯化鈉,但由于其特殊性,通常被單獨分類,不被歸入天然鹵水范疇。
人工鹵水
所謂人工鹵水是指通過人為將水加入固體鹽或地下固體鹽礦床中,使其溶解成含有較高氯化鈉的溶液,這就是人工鹵水。石鹽通常可以通過地下采礦方法獲得,經過粉碎和篩分后可供食用,例如羅馬尼亞的斯拉尼克鹽礦和佛爾恰鹽礦等。礦鹽一般都相對純凈,含氯化鈉的含量在97%以上。
組成與性質
鹵水是一種具有特定礦物質成分的天然鹽溶液。它通常呈無色透明或淡黃色,酸性較弱,中性偏堿性。鹵水的溫度一般在11-16°C,pH值在6.5-7.6之間,礦化度一般在35-330g/L。
其主要成分是氯和鈉,還含有較低濃度的硫酸鹽、鉀和鎂,鈣含量最低。隨溫度降低,鈣、鎂、鉀離子濃度會不同程度增加,而硫酸鹽和鈉離子濃度會減少。鹵水化學成分在空間分布上也存在差異,尤其是北部和南部之間的差別較大。儲鹵層結構會對鹵水的物理化學過程產生一定的相互制約關系。
應用領域
養殖業
利用沿海地下鹵水進行水產養殖,這一方式能提供適宜的鹽度,幫助維持水體的穩定性和營養平衡。而且由于鹵水中含豐富微量元素,可為水產提供必要營養,促進健康生長。與海水養殖相比,地下鹵水養殖污染程度較小,發病率較低,為中國水產養殖打開了新的道路。
建筑業
鹵水的主要成分之一是氯化鎂的水溶液。這種含有鎂離子的鹵水可用于配制鎂質或鉻鎂質酎[zhòu]火泥漿,用于制作耐火材料,如鎂質耐火磚。此外,鹵水中的鎂離子還可用作搗打料的膠結劑,以提供粘合性和加強材料的結構強度。此外,鹵水還可用于井場及道路硬化,如青海油田鉆井隊因山區土路未硬化易損壞、淡水灑水易融化塌陷,采用拉運本地飽和鹽水澆撒井場及道路的方法,經濟有效解決了路面維護問題。
化工行業
鹵水是一種高度溶解性固體和含有微量組分的液體,可用于提取溴、碘、鋰、鍶、鋇、硼、鉀、銫、銣等物質,且可用于制取食用鹽,將鹵水蒸發后可析出氯化鈉等鹽類。
成因
鹵水鹽礦的形成機制比較復雜,但都需要一些基本條件。
地下鹵水
地下鹵水礦床的形成原因主要有四種理論解釋:石鹽礦體溶解說、原始鹵水說、沉積巖吸收說和地下水蒸發濃縮說。
石鹽礦體溶解說認為,風化侵蝕使接近地面的石鹽礦體被水流帶入地下并溶解,從而形成地下鹵水。原始鹵水說則認為,巖石在沉積過程中捕集了古海水,因此也被稱為"沉積鹵水說”。沉積巖吸收說認為,在海底沉積過程中,沉積巖吸收了比海水鹽分更高的Na或NaCl,使得原生水的含鹽度大大超過了正常海水,從而形成了鹵水。地下水蒸發濃縮說則認為,隨著地溫的深度增加,地下水會受到地溫的影響而蒸發,水蒸氣分子會沿著孔隙和裂隙上升,深部地下水因蒸發而濃縮,從而使水的礦化度增加,化學成分發生改變,形成地下鹵水。
晶間鹵水通常存在于石鹽晶間的孔隙中,主要是通過同生沉積過程形成的。在鉀鹽礦床的形成過程中,海水會周期性地涌入盆地,沿著有利的構造部位聚集,并溶解圍巖中的鹽分,從而形成礦化度較高的鹵水。
晶間鹵水的分布特征會受到古地理和構造的影響。地質構造在晶間鹵水的形成和分布中起著關鍵的控制作用。斷層、凹陷等構造形態為晶間鹵水的聚集提供了通道,使其在特定區域內富集。
地表鹵水
基于分析和總結,地表鹵水可以形成于熱帶氣候、溫帶氣候,以及極地寒冷氣候。強烈的蒸發作用可能是地表鹵水形成的主要控制因素。
分布情況
鹵水是尚未晶析的液態鹽類沉積礦藏,處于成鹽過程的初級階段,根據其埋藏條件,鹵水可以劃分為地表鹽湖鹵水和地下鹵水兩大類。地球上現代鹽湖的空間分布主要可劃分為兩個帶和一個區域。在北半球,鹽湖帶分布在北緯12°至63°之間,大多集中在30°至50°之間。南半球的鹽湖帶則分布在南緯10°至45°之間。赤道鹽湖區則位于北緯5°至南緯5°之間。絕大多數鹽湖集中在北半球的亞洲大陸內部區域。從中亞的哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦、伊朗、俄羅斯一直延伸到東亞的蒙古和中國,從中亞到南亞、西南亞都普遍有鹽湖發育。在中國,現代鹽湖廣泛分布在西藏自治區、新疆、青海省、甘肅省、寧夏回族自治區、內蒙古自治區等地。
地球上地下鹵水的分布在全球范圍內極為廣泛,其存在的時代跨度從寒武紀一直延續至第三紀和第四紀更新世。地理位置上,這些鹵水普遍分布在各陸臺區的邊緣拗陷和內部拗陷中,以及褶皺區的山前拗陷和山間盆地中。部分鹵水與含鹽盆地有關,部分與含油氣盆地有關,實際上,有的鹵水區域也是含鹽盆地。值得注意的是,這些鹵水中含有眾多有用元素,如鉀、硼、鏗、碘、鉚、艷、銘等。地下鹵水主要分布在中國的萊州灣南岸高濃度區、黃河三角洲平原中高濃度區、渤海灣沿岸中低濃度區、遼東灣沿岸中低濃度區、山東半島低濃度區和遼東半島低濃度區。
鹵水開采
表面鹵水開采
表面鹵水通常通過設立抽鹵泵站直接進行抽取。但也面臨著一個重要問題,即如何有效防止表面鹵水礦的淡化。開采過程中,由于湖泊水面積不斷減小,湖面蒸發量也隨之降低,這使得鹵水的濃度發生變化。同時,全球氣溫的不斷上升,使得雪山融水量不斷增加,湖區的淡水量也呈現出顯著的增長趨勢。這些因素共同打破了原有的鹽湖水鹽平衡系統,導致鹵水淡化速度加快。
為了解決這個問題,需要結合防洪工程,修建攔截水工程。具體來說,可以在河流上游的相對開闊低洼地段設置攔水壩,形成大面積的人工湖。然后,通過引水工程將地表河水引入人工湖,并有計劃地控制淡水進入湖區。這樣,大量的淡水將以蒸發的形式在人工湖中排泄和消耗,從而有效地防止了鹵水礦的淡化。
深層鹵水開采
井采是一種適用于開采厚層或深部礦層的技術,但由于鹵水容易形成結鹽,這可能導致泵和管道堵塞。嚴重的情況下,運行一個小時左右就可能全部堵塞,且清除結鹽非常困難。這也是為什么井采技術在較長的時間內沒有得到工業應用。然而,通過優選泵型、選擇適宜的材質、改進井身結構以及采取多種防止結鹽的技術等措施,井采技術現在已經成功地被工業應用。
晶間鹵水開采
渠采技術
相對淺層和礦層較薄的晶間鹵水礦層主要采用渠采方式進行開采。由于這些礦層的鹽層結構致密并且需要帶水開挖,因此開挖和清渣的難度都相當大。過去,采鹵渠的有效深度通常只能達到4-5米,這限制了開采的深度。現在,通過采用先爆破松動、分臺階開挖和引進先進的大型挖掘設備等方法,采鹵渠的開挖深度已經大大增加。
固液轉化技術
大多數鹵水礦床的鹵層含有較低品位的固體礦石,其在總資源量中的占比可高達40%至50%,在某些鹽湖中甚至超過了鹵水礦的資源量。然而,由于這些低品位固體礦石的品位無法滿足工業的獨立開采需求,它們暫時無法被利用,被稱為"死礦"。在鹵水礦的開采過程中,鹵層中的溶解鹽會隨鹵水流動而結晶沉淀或以其他方式析出,導致部分鹵水礦轉化為低品位固體礦石,即由"活礦"變為"死礦"。為了提高資源的總回收率,開采方案應綜合考慮固液轉化的實施,一方面將無法直接利用的低品位固體礦石轉化為可直接利用的鹵水礦,另一方面,通過稀釋和置換部分孔隙度儲量,將其轉化為給水度儲量,從而增加可采鹵水的量。
健康危害
鹵水分為鹵堿和鹽鹵兩種,它們的主要成分都包含氯化鎂。鹵堿的成分除了氯化鎂外,還包括氯化鈉和一些金屬離子。而鹽鹵的成分除了氯化鎂外,還含有硫酸鎂。氯化鎂在體內可以水解為氯離子和鎂離子,一般情況下對人體不會造成危害。然而,大量口服氯化鎂可能直接刺激胃粘膜,引起腹痛和嘔吐等不適癥狀。因此,在使用鹵水或含有氯化鎂的產品時,應按照正確的劑量和使用方法,避免過量攝入。
參考資料 >
青海:氯化鈣型鹵水成因研究方面取得進展.中國新聞網.2023-10-04