新疆某鹽湖鹵水等溫蒸發(fā)研究

葉拾舟，安蓮英，趙先銀

新疆某鹽湖鹵水等溫蒸發(fā)研究

葉拾舟，安蓮英，趙先銀

（成都理工大學(xué),四川成都610059）

以新疆某鹽湖鹵水為研究對象，模擬當(dāng)?shù)貧夂驐l件進行30℃等溫蒸發(fā)試驗，通過對鹵水蒸發(fā)析鹽過程的物料衡算和化學(xué)分析，了解鹵水蒸發(fā)濃縮過程的析鹽規(guī)律為：石鹽→石鹽與硫酸鎂→鉀芒硝與水氯鎂石→水氯鎂石→老鹵。在失水率小于40%的范圍內(nèi)主要析出石鹽，失水率在40%～50%范圍內(nèi)主要析出石鹽與硫酸鎂的混合鹽，失水率在50%～75%范圍內(nèi)主要析出鉀芒硝與水氯鎂石，此階段鉀離子的析出率為81%，失水率在75%以上主要析出水氯鎂石，蒸發(fā)后續(xù)階段的老鹵中鎂得到濃縮。

鹵水；等溫蒸發(fā)；析鹽規(guī)律

1 資源利用現(xiàn)狀

中國的鹽湖數(shù)量在世界上居于前列。在我國，鹽湖主要集中在西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙這四個省區(qū)，內(nèi)蒙主要為碳酸型鹽湖，新疆主要為硫酸型鹽湖，青海主要為硫酸鎂型、氯化物型鹽湖，而西藏則主要為碳酸型、硫酸型鹽湖[1]。而青海、西藏、新疆的鹽湖是我國的資源寶庫,占我國幾乎全部鉀鹽儲備量，鎂也有一半以上，鋰達到6成以上，硼差不多占4成[2]。

鹵水蒸發(fā)實驗是鹽湖資源實際開發(fā)利用的研究基礎(chǔ)，對鹵水濃縮和析鹽規(guī)律的研究能直接用于鹽湖資源綜合利用。因為鹽湖所處地理位置的特殊，交通不方便，可用能源缺乏。如果合理利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件，采取多級鹽田日曬工藝把各種鹽類分步地提取出來，在鹽田中獲取高品位鹽類。這樣就可以降低成本，提高效益。鹽田日曬工藝是以鹽湖水為原料，太陽能為能源，利用湖邊灘地作為多級日曬鹽田，分階段來濃縮鹵水，獲得鹽類[3]。而每種鹽湖乃至每個鹽湖的離子含量及當(dāng)?shù)貤l件不一樣，所以我們有必要在實驗室模擬當(dāng)?shù)氐臍夂蜻M行等溫蒸發(fā)實驗。為鹽田建設(shè)的中小型試驗提供一定參數(shù)，為鹽田工藝及鹵水開發(fā)利用提供理論依據(jù)，在鹽湖資源利用中有著良好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益[4]。

本實驗采用新疆某地鹽湖鹵水為原料，原鹵水的密度為1.2586 kg/L（25℃），其主要組成見表1。

表1 新疆某鹽湖鹵水組成

2 實驗方法

選取蒸發(fā)試驗溫度為30℃，進行鹵水等溫蒸發(fā)實驗，實驗稱取原鹵10 L盛于方形塑料盆內(nèi)，于恒溫恒濕蒸發(fā)裝置內(nèi)蒸發(fā)，在蒸發(fā)濃縮過程中對不同階段的鹵水進行觀測分析，四苯硼鈉容量法測K+，AgNO3-K2CrO4容量法測定Cl-，EDTA測SO42-，測定鹵水相對比重、pH值、溫度，并判斷是否有新固相產(chǎn)生，當(dāng)鹵水蒸發(fā)至有新固相產(chǎn)生時，即進行固液分離、計量，并對固體進行化學(xué)分析。并使用四苯硼鈉容量法測K+，AgNO3-K2CrO4容量法測定Cl-，EDTA測SO42-，再使用離子守恒計算鈉離子濃度。對于不同結(jié)晶階段的鹵水定時分別取樣分析，同時對新析出固相分離和鑒定，用放大鏡對結(jié)晶固相進行晶形識別，確定析鹽礦物的種類。

3 實驗結(jié)果

3.1 理化性質(zhì)的變化規(guī)律

根據(jù)實驗得到數(shù)據(jù)，得到鹵水pH值與失水率之間的關(guān)系曲線和鹵水密度與失水率之間的關(guān)系曲線，具體見圖1、圖2。

圖1 鹵水pH隨失水率的變化

圖2 鹵水密度隨失水率變化

從圖1可以看出，pH隨失水率整體呈下降趨勢，pH從中性的7．2變化到顯弱酸性的4．2。從圖2可以看出，鹵水密度在整個過程中大概呈上升趨勢，主要原因是隨鹵水蒸發(fā)各個離子逐漸在老鹵中濃縮。

3.2 液相和固相K+含量變化

根據(jù)實驗得到數(shù)據(jù)，得到液相K+濃度與失水率之間的關(guān)系曲線及固相K+百分含量與失水率之間的關(guān)系曲線，具體見圖3、圖4。

圖3 液相K+含量隨失水率的變化

圖4 固相K+百分含量隨失水率的變化

從圖3可以看出，K+的濃度在失水率為50%以內(nèi)由13．6 g/L緩慢升至23．5 g/L，之后由于鉀離子的析出，其濃度呈急劇下降趨勢；由此可見失水率為50%左右的鉀離子富集到最高濃度，分離鉀鹽可以考慮從此處開始。

火爆的旅游業(yè)還激活了龍泉村的特色產(chǎn)業(yè)。近兩年，村集體按照“支部+合作社+農(nóng)戶”模式，先后發(fā)展藍莓種植、王鴿養(yǎng)殖、高山茶等三大產(chǎn)業(yè)，50多戶村民參股入社。

從圖4可以看出，K+的百分含量在失水率為50%之前只是被夾帶析出，而失水率在50%～75%區(qū)間內(nèi)富集大量析出，此階段K+的析出率為81%。

3.3 液相和固相Mg2+含量變化

根據(jù)實驗得到數(shù)據(jù)，得到液相Mg2+濃度與失水率之間的關(guān)系曲線及固相Mg2+百分含量與失水率之間的關(guān)系曲線，具體見圖5、圖6。

圖5 液相鎂離子含量隨失水率的變化

圖6 固相Mg2+含量隨失水率的變化

從圖5可以看出，Mg2+的濃度在失水率為12.6%～70%區(qū)間由38.3 g/L逐漸升至77 g/L，之后呈下降趨勢；由此可見失水率為70%左右的Mg2+富集到最高濃度。

從圖6可以看出，Mg2+的百分含量整體成上升趨勢，并大概可分為兩個階段上升，由此可見在失水率達到70%以上Mg2+富集到最高濃度大量析出，同時也是分離的最佳時期。

3.4 液相和固相Na+含量變化

根據(jù)實驗得到數(shù)據(jù)，得到液相Na+濃度與失水率之間的關(guān)系曲線及固相Na+百分含量與失水率之間的關(guān)系曲線，具體見圖7和圖8。

從圖7可以看出，Na+的濃度隨蒸發(fā)進行一直成下降趨勢；由此可見Na+隨著實驗的進行逐漸從液相中析出。

從圖8可以看出，Na+在失水率為50%之前都大量析出，而Na+的濃度在失水率為40%～50%區(qū)間由32.1 g/L急劇下降至2.59 g/L，最后趨于穩(wěn)定，幾乎不再析出。

圖7 液相鈉離子含量隨失水率的變化

圖8 固樣Na+含量隨失水率的變化

3.5 液相和固相SO42-和Cl-含量變化

從圖9可以看出，Cl-自實驗開始一直富集直到失水率為71.9%，濃度達到340 g/L。而SO在一開始有富集的趨勢，大概在失水率為40%富集到最高濃度。

從圖10可以看出，Cl-隨實驗進行一開始大量析出直到失水率到40%，而SO42-開始只是少量析出，在失水率達到40%左右大量析出。

通過對離子液相濃度和固相離子含量的分析，經(jīng)計算、配鹽可知，該鹵水自然蒸發(fā)析鹽規(guī)律為：石鹽→石鹽與硫酸鎂→鉀芒硝與水氯鎂石→水氯鎂石→老鹵。

圖10 固相SO和Cl-含量隨失水率的變化

4 結(jié)論

在查閱相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，通過模擬當(dāng)?shù)貧夂驐l件進行鹵水等溫蒸發(fā)得到以下結(jié)論：

（1）通過鹵水等溫蒸發(fā)得到析鹽規(guī)律：石鹽→石鹽與硫酸鎂→鉀芒硝與水氯鎂石→水氯鎂石→老鹵。

（2）在失水率小于40%的范圍內(nèi)主要析出石鹽，失水率在40%～50%范圍內(nèi)主要析出石鹽與硫酸鎂的混合鹽，失水率在50%～75%范圍內(nèi)主要析出鉀芒硝與水氯鎂石，失水率在75%以上主要析出水氯鎂石，蒸發(fā)后續(xù)階段的老鹵中鎂得到了濃縮。

（3）鹵水在蒸發(fā)過程中，鉀在液相和固相中均有一定程度的富集，鉀在失水率在50%～75%范圍內(nèi)為析出高峰期，此階段鉀離子的析出率為81%，在鹽田中可將這段作為分離鉀鹽的參考。

（4）老鹵中K+、Mg2+、Na+的含量分別為1．55 g/L、75．95g/L、21．80g/L，而原鹵中的含量分別為11．05g/L、40．1 g/L、41．45 g/L，鹵水中的Mg2+得到了濃縮，在鹽田再進一步濃縮后可作為后續(xù)制取金屬鎂的原料。

[1]宋彭生，李武，孫柏，等．鹽湖資源開發(fā)利用進展[J]．無機化學(xué)學(xué)報，2011，21（5）:801-815．

[2]王玉萍，趙曉霞．鹽湖鹵水直接生產(chǎn)硫酸鎂的研究[J]．無機鹽工業(yè)，2003，32（2）:29-31．

[3]宋彭生．鹽湖及相關(guān)資源開發(fā)利用進展[J]．鹽湖研究，2008，42（5）:61-65．

[4]李浩，唐中凡，劉傳福，等．新疆羅布泊鹽湖鹵水資源綜合開發(fā)研究[J]．地球?qū)W報，2008，29（4）:517-52．

Study on Isothermal Evaporation of One Salt Lake Brine in Xinjiang

YE Shi-zhou,AN Lian-ying,ZHAO Xian-yin
（Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059,China）

We have a salt lake brine Xinjiang as experimental study object．We simulated the local weather conditions and made 30℃isothermal evaporation experiment brine．Through the material balance and chemical analysis of brine evaporation process,understand the salt out of brine evaporation concentration process crystallization law of salts:salt,salt and magnesium sulfate,potassium sulfate and magnesium chloride,magnesium chloride,the old brine．The main precipitation in the range of halite water loss rate of less than 40%,mixed salt water loss rate is in the range of 40%～50%main precipitation of halite and magnesium sulfate,water loss rate is in the range of 50%～75%main precipitation of potassium sulfate and magnesium chloride,potassium ion precipitation in this stage was 81%,the rate of water loss in more than 75%main condensate water chloride magnesia,bittern evaporation and subsequent stages of magnesium are concentrated in．

brine；isothermal evaporation；salting

1006-4184（2015）5-0036-04

2015-04-08

葉拾舟（1989-），男，四川人，成都理工大學(xué)在讀碩士，E-mail:yeshizhou@126.com。