鹵水提鉀 多國“各顯神通”

本刊記者 李金貴

對鹽湖鹵水資源進行綜合利用

隨著科學(xué)技術(shù)進步，鹽湖資源開發(fā)以多元水鹽體系相圖為依據(jù)，確定原則工藝流程，利用多種先進的物理化學(xué)工藝手段和設(shè)備，將鹵水中的化學(xué)資源進行綜合利用，以鹽湖資源為依托，建成了大型的無機化工產(chǎn)品基地。

按照鹵水成分的差異，一般將鹽湖鹵水分為三大類：氯化物型鹽湖鹵水、硫酸鹽型鹽湖鹵水、碳酸鹽型鹽湖鹵水。世界上著名的氯化物型鹽湖為約旦“死?！焙椭袊鞝枬h鹽湖，美國的大鹽湖為硫酸鹽型鹽湖，美國的西爾斯湖為碳酸鹽型鹽湖。國外鹽湖的開發(fā)已有一百余年歷史，國外開發(fā)初期是利用鹽湖資源生產(chǎn)一至兩種產(chǎn)品。

以色列和約旦利用“死海”鹵水資源進行了大規(guī)模開發(fā)。

以色列死海工程公司已形成年產(chǎn)250萬t氯化鉀、15萬t硫酸鉀、10萬t溴素、57萬t精制氯化鈉、7萬t高純鎂砂、18萬t磷肥、33萬t磷鉀復(fù)合肥、30萬t硝酸鉀和9萬t燒堿的生產(chǎn)能力。針對死海鹽田光鹵石礦便宜易得的特點，最近又開發(fā)了光鹵石脫水煉鎂技術(shù)，并建成了2.5萬t金屬鎂工廠，正在進行5.5萬t擴產(chǎn)改造。

“死?！北卑兜募s旦阿拉伯鉀鹽公司也不甘示弱。在年產(chǎn)100萬t氯化鉀的基礎(chǔ)上，近年來，該公司自行研究成功了冷結(jié)晶法制取氯化鉀的技術(shù)，將產(chǎn)量擴展到176萬t，正籌建25萬t工業(yè)鹽、3.1萬t食用鹽、3.5萬t溴素、2.5萬t的光鹵石煉鎂工廠和4萬t溴化合物生產(chǎn)廠，并已完成150kg/h的氧化鎂中間試驗。

美國大鹽湖位于猶他州西北部，屬于典型的硫酸鹽型鹽湖，鹽湖鹽類儲量為：氯化鈉32.3億t、氯化鎂2100萬t、硫酸鎂1700萬t、氯化鉀1700萬t、硼60萬t、鋰56萬t。當(dāng)?shù)嘏璧貧夂虿▌虞^大，夏季干燥炎熱，降雨量主要發(fā)生在冬季和春季，大部分蒸發(fā)是在夏季進行，美國大鹽湖礦物化學(xué)公司利用這些氣候特點，在北部鹽湖周圍建立了日曬池，將大鹽湖鹵水分步蒸發(fā)，制取不同的鹽類，將日曬不同鹽類送往不同加工車間制成不同種類的化工產(chǎn)品，形成了年產(chǎn)鉀鹽45萬t（其中硫酸鉀20萬t）、硫酸鈉20萬t、氯化鋰3600t、硼砂4500t、溴素3600t生產(chǎn)規(guī)模的綜合利用化工基地，該公司還利用提鉀后母液中的氯化鎂制取氧化鎂和金屬鎂。

西爾斯湖位于美國加利福尼亞州，是一個干湖。它的中心含有大量的鹽結(jié)晶，暴露在外面的晶體周圍為泥灘。鹽層中的空隙率占25%，為晶間鹵水所填充，晶間鹵水為典型的碳酸鹽鹽湖鹵水。西爾斯湖的晶間鹵水是利用鉆孔進行開采的，其上層鹵水深度在27.5～30.5m，下層鹵水深度91.5m。

西爾斯湖的鹽湖化工生產(chǎn)工藝流程是以水鹽體系相圖理論為依據(jù)制定，其鹵水綜合利用采用三效蒸發(fā)，蒸發(fā)所得鹽類通過鹽分離系統(tǒng)、煮解工序、硫酸鹽工序、碳酸鹽工序、鋰回收工序、鉀鹽工廠、硼砂工廠等針對不同物料性質(zhì)分別加工，制成氯化鉀、硼砂及硼化物、芒硝、純堿、鋰鹽等。

1870～1918年，美國利用西爾斯湖晶間鹵水小規(guī)模生產(chǎn)粗硼砂、純堿和燒堿。1918年開始生產(chǎn)氯化鉀，年產(chǎn)量1800t。1927年美國鉀堿和化學(xué)公司在托羅鈉重建了工廠，采用較先進的工藝和設(shè)備使生產(chǎn)能力提高3倍。1938年建成了利用堿石法進行工業(yè)生產(chǎn)的大型化工廠，通過技術(shù)改造，至上世紀(jì)60年代，形成了年產(chǎn)29萬t鉀鹽(氯化鉀、硫酸鉀)、9萬t硼砂和其它硼化物、18萬t無水硫酸鈉和9萬t純堿及碳酸鋰、磷酸、溴、工業(yè)鹽等11種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。

高效分離提取技術(shù)是未來方向

當(dāng)今，儲量豐富的海洋鉀資源和鹽湖鉀資源，越來越引起人們的關(guān)注和重視。自1940年挪威化學(xué)家Kielland利用二苦胺沉淀法從海水中提鉀獲得專利，1975年美國科學(xué)家利用鹽析法從海水鹽鹵中獲得含鉀復(fù)合鹽專利以來，各國都加大力度，進行海水和鹽湖鹵水提鉀技術(shù)和方法的研究。

這些方法多涉及沉淀法和萃取法等，尤其是美國和日本兩國，利用這些方法從海水和鹽湖鹵水中提鉀，取得突出成果。但這些方法在經(jīng)濟上不很合理，會造成對海水和鹽湖鹵水的嚴(yán)重污染，危害人體健康，所以未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

然而，隨著世界經(jīng)濟發(fā)展對鉀資源開發(fā)使用量的持續(xù)加大，現(xiàn)有鉀資源儲量日漸枯竭，為滿足經(jīng)濟發(fā)展需要，研究鹽湖鉀資源和海洋鉀資源的高效分離提取技術(shù)，將是世界鉀鹽資源開發(fā)利用的一個方向。

各國提鉀“各顯神通”

加拿大是世界上鉀資源儲量最大的國家，也是最大的鉀鹽生產(chǎn)國和出口國。其鉀鹽礦主要分布在中南部的薩斯喀徹溫省和東南部的新不倫瑞克省，均為固體鉀礦，開采的礦石以鉀石鹽為主，夾雜少量的光鹵石，原礦中鉀的品位較高，因而生產(chǎn)工藝較為簡單。

俄羅斯的鉀儲量居于世界第二位，占世界總量的34%以上?，F(xiàn)今開采的主要是位于別爾姆斯克邊區(qū)的維爾赫涅卡姆斯克氯化鉀礦床，該礦區(qū)的礦物主要以鉀石鹽和光鹵石為主，生產(chǎn)的產(chǎn)品主要以氯化鉀為主。氯化鉀的生產(chǎn)工藝主要是使用胺類捕收劑對氯化鉀進行正浮選。前期浮選出礦泥將礦物純化，后期利用胺類捕收劑和乳化劑經(jīng)過2～3次的粗選和精選，將氯化鉀分離提取出來。

美國大鹽湖位于猶他州北部，通過自然蒸發(fā)，攤曬后去除鹵水中的氯化鈉，繼續(xù)蒸發(fā)剩余含有較高鉀、鎂、氯、硫酸根的鹵水，這些鹵水在采收鹽田中蒸發(fā)后便形成含金屬鹽混合物，主要為鉀鹽鎂礬，其余有光鹵石、軟鉀鎂礬、七水鎂礬，再經(jīng)過分離浮選、熱分解、干燥、篩析等步驟，可以得到不同品位的硫酸鉀。

以色列“死海”鹵水進入鹽田，全年的日照即可提供蒸發(fā)所需的熱量。鹽田蒸發(fā)，先析出硫酸鈣，然后析出氯化鈉，直到90%的氯化鈉晶體，濃鹵水再進入第二系列鹽田，結(jié)晶出光鹵石。然后通過浮選法、熱溶解法、冷結(jié)晶法，對上述鹽進行進一步處理，得到純度較高的氯化鉀。

目前從鹽湖鹵水中提鉀，還有很多研究成果，如預(yù)先將鹵水中的硫酸根去除，通過日曬蒸發(fā)得到純度較高的光鹵石之后，分解得到氯化鉀和氯化鈉的混合鹽，再利用熱萃取技術(shù)生產(chǎn)氯化鉀，得到的氯化鉀純度高達99.5%。

再如：采用溶劑萃取法對鉀進行富集，通過澄清、離子交換、中和、濃縮和結(jié)晶提取純度較高的磷酸鉀和硝酸鉀。

還有，采用淘洗的方式使鹽粒重結(jié)晶，進而分離鉀鹽與巖鹽。或者通過沸石離子交換制得富鉀溶液，再對富鉀溶液利用萃取等。

目標(biāo)：實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的雙贏

如今鉀鹽生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展已初具規(guī)模，然而鉀鹽生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢液排放及利用問題尚未得到妥善解決，因此，有關(guān)鉀鹽綜合利用方面的研究還有待進一步發(fā)展。

鹽湖作為一種綜合性資源，除富含礦產(chǎn)資源和水資源外，還具有極高的科研價值，在不對環(huán)境造成危害的前提下，對其進行充分合理的開發(fā)利用，便是科研工作的重中之重。近年來，世界鹽湖資源綜合利用蓬勃發(fā)展，世界各國在鹽湖資源綜合利用方面均做出了一定的貢獻，但在此過程中出現(xiàn)的資源貧化、浪費及環(huán)境污染等問題，也使得鹽湖資源開發(fā)的前景蒙上了一層陰影。

由于長期單一且不合理的開發(fā)利用，導(dǎo)致鹽湖鹵水“老化”現(xiàn)象頻發(fā)，相當(dāng)一部分鹽湖資源已逐步轉(zhuǎn)化為尾礦、貧礦等低品位資源?，F(xiàn)在各國的研究者已經(jīng)將目光轉(zhuǎn)向了這類低品位資源，以實現(xiàn)這部分低品位資源的高值化利用，對資源進行循環(huán)開發(fā)及利用。

總之，在深度開發(fā)鹽湖資源的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的雙贏，將是未來鹽湖資源綜合利用的目標(biāo)和宗旨。