地球深处的白色宝藏

1 引言

在我们日常生活中，盐是再平常不过的调味品，但你是否知道，这些白色的晶体背后隐藏着一种神奇的地质宝藏——盐碱矿？它们不仅是食盐的来源，更是化工、农业乃至新能源领域的重要资源。今天，让我们一起揭开盐碱矿的神秘面纱。

盐碱矿是 Na- 碳酸盐的统称， Na- 碳酸盐包括天然碱（Na3（HCO3 ）（CO3）·2H2O）、苏打石 ΔNa(HCO3) ）、碳钠钙石（ ΔNa2Ca2(CO3Δ)3 ）、 钙水碱（Na2Ca（CO3 ）2·2H2O）、单斜钠钙石（ Na2Ca （CO3 ） 2⋅5H20 ）、磷碳镁钠石（ Na3Mg （PO4 ）（CO3 ）、氯碳钠镁石（ Na3Mg （CO3 ）2Cl）、碳钠镁石（ Na2Mg （CO3）2）和碳钠铝石（ ΔNaAl （OH）2CO3 ）等（图 1），它们被认为是一种形成于碱性湖泊中， ΔpH 值为 9~12 之间的蒸发矿物，与火山碎屑沉积、热液活动和高浓度极端环境生物关系密切。现代碱性湖泊存在于世界各地的干旱地区，但Na- 碳酸盐湖泊分布主要在东非裂谷地区，由火山活动提供的富钠粗面熔岩主导，导致大量盐度、深度和化学成分不同的高碱性湖泊的形成（Renaut et al.，1994 ；García-Veigas et al. 2013 ；王力宝等，2020），这些碱性湖泊水源可能来自深层热液系统（Renaut et al.，2013），现代碱湖中 Na- 碳酸盐矿物为间歇性沉积物，大多未被保留下来。

2 盐碱矿成矿要素

蒸发岩矿床的形成一般需要封闭的构造环境，干旱的气候条件，充足的成盐物源，三者耦合才可以成矿（Warren，2016）。1. 构造条件，构造运动形成水文封闭的沉积环境是碱湖沉积的必要条件之一，只有封闭的水文条件才能确保碱湖在不断蒸发浓缩过程中，随着盐度逐渐升高而持续结晶析出天然碱矿物，最终形成矿床。2. 古气候条件，在干旱气候以及强蒸发速率的条件下，封闭湖盆水体浓缩，碱度升高，易于碱性矿物沉淀析出。因此气候、温度也是碱湖沉积的必要条件之一。3. 物源，Hardie and Eugster（1970）提出了不饱和水体的蒸发浓缩演化路径。天然碱矿易于形成在 Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 含量远小于 HCO^3- 含量的水体中。一般认为 Na⁺ 由封闭盆地周边富钠岩石经过物理侵蚀，化学风化作用产生，然后通过地表或地下水汇入湖水中。

3 盐碱矿的种类

根据成分和成因，盐碱矿可分为以下几类：

1. 岩盐矿：以氯化钠为主，是食盐和工业用盐的主要来源。

2. 钾盐矿：富含钾化合物，用于制造钾肥，对农业生产至关重要。

3. 天然碱矿：主要成分为碳酸钠，是玻璃、洗涤剂等化工产品的原料。

4. 硝石矿：富含硝酸盐，历史上曾用于火药制造，如今主要用于肥料和工业。

图1 各类盐碱矿

a 天然碱；b 苏打石；c 芒硝；d 碳钠钙石；e 碳钠镁石；f 碳钠铝石

4 盐碱矿的用途

盐碱矿的价值远不止于调味品，在生活生产的方方面面都至关重要。1. 化工原料：制碱、制氯、塑料、染料等工业离不开盐碱矿。2. 农业肥料：钾盐矿是钾肥的核心来源，助力全球粮食生产。3. 新能源领域：盐湖卤水中的锂元素是锂电池的关键原料，支撑电动汽车和储能产业发展。4. 环保应用：盐碱矿衍生的产品可用于污水处理和土壤改良。

5 环境挑战与可持续发展

盐碱矿开发也面临环境问题，如地下水污染、地表塌陷等。现代矿业通过以下方式减少影响：

1. 绿色开采技术：推广溶液开采和循环利用卤水，降低生态破坏。

2. 矿地修复：开采后回填矿坑、恢复植被，减少土地荒芜。

3. 资源综合利用：提取多种元素（如锂、硼、溴），实现“一矿多用”。

6 结语

天然碱矿主要用于制纯碱，和合成碱相比，具有绿色环保、成本低的优势。其下游产业遍布各个领域，如玻璃、医药等。光伏等新能源产业的蓬勃发展给纯碱带来了新需求。中国是纯碱消费大国，天然碱或成为稀缺资源。天然碱矿是一种蒸发岩矿床，成矿过程具有重要的研究意义，国内蒸发岩矿床研究领域对天然碱矿的关注较少。

盐碱矿是地球赠予人类的宝贵资源，从餐桌到田野，从工厂到科技，它的身影无处不在。未来，随着技术进步，盐碱矿的开发将更加高效、环保，继续为人类社会发展提供坚实支撑。下一次品尝美食时，不妨想想这些深藏地下的白色宝藏，感受自然与智慧的交融之美。

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