柴達(dá)木盆地紅南凹地鉀礦床鹵水礦夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)的研究

劉 氘，石 華，李文波，武麗平，袁紅戰(zhàn)，祝云軍

（1.青海省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用中心，青海 西寧 810008；

2.青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院測試中心，青海 格爾木 816000）

1 鹵水樣品的化學(xué)性質(zhì)

紅南凹地位于柴達(dá)木盆地之東北緣，屬于現(xiàn)代鹽湖小型蒸發(fā)成因的鉀鎂鹽礦床，鹵水樣品化學(xué)組成見表1，根據(jù)庫爾納科夫特征系數(shù)的計(jì)算，R值為0.153，鹵水樣品水化學(xué)性質(zhì)屬于硫酸鹽型鹵水中的硫酸鎂亞型鹵水，其在Na+、K+、Mg2+/Cl-，SO42--H2O(25℃)五元水鹽體系相圖上的位置標(biāo)示見圖1。樣品與同一個礦區(qū)的樣品化學(xué)組成相近，具有代表性，在相圖上的位置位于鉀石鹽區(qū)內(nèi)。

2 鹵水樣品夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)過程

硫酸鹽型鹵水(14SY2566-1)在相圖中的位置及其夏季自然蒸發(fā)過程的結(jié)晶路線(25℃介穩(wěn)相圖)

鹵水樣品(14SY2566-1)屬于硫酸鹽型鹵水中的硫酸鎂亞型鹵水，根據(jù)前人多年來對柴達(dá)木盆地鹵水礦利用研究的結(jié)果和該鹵水樣在相圖上所處的位置，該鹵水樣品可采用Na+、K+、Mg2+/Cl-，SO42--H2O五元水鹽體系25℃介穩(wěn)相圖理論和觀察新相產(chǎn)生為分離點(diǎn)，進(jìn)行分離取樣分析固、液化學(xué)組成。但該鹵水樣品中含有少量的鈣，隨著樣品的蒸發(fā)會有硫酸鈣生成，硫酸根離子相對鎂離子會減少，庫爾納科夫特征系數(shù)R值會由剛開始的0.153逐步的降低而＜0.075(硫酸鎂亞型鹵水和氯化物型鹵水的分界值)，當(dāng)R值＜0.075時鹵水樣品為氯化物型鹵水，此時可采用Na+、K+、Mg2+/Cl--H2O四元水鹽體系25℃等溫相圖理論和觀察新相產(chǎn)生為分離點(diǎn)，進(jìn)行分離取樣分析固、液化學(xué)組成。有些區(qū)間適當(dāng)增加(分離)取樣點(diǎn)，從而了解該鹵水樣品在夏季自然蒸發(fā)過程中各類鹽類礦物的析出種類、順序，各組分的富集區(qū)間、富集規(guī)律和固液分離點(diǎn)的合理選擇。每天定時觀測，觀測內(nèi)容包括蒸失水量、母液密度、新礦物的析出情況等，并根據(jù)試驗(yàn)需要及時取樣進(jìn)行化學(xué)分析。對樣品14SY2566-1進(jìn)行夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)，共進(jìn)行了九次固液分離，固液組分含量及其相圖指數(shù)載于表1，此時樣品進(jìn)入老鹵階段，故對樣品停止蒸發(fā)。

表1 鹵水樣品(14SY2566-1)夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)各階段組分含量及液相的相圖指數(shù)

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

樣品前五次分離出的固體(14SY2566-5、14SY2566-9、14SY2566-12、14SY2566-14、14SY2566-16)都是以石鹽(NaCl)為主，鉀、鎂沒有結(jié)晶析出，硫酸根因?yàn)橛辛蛩徕}生成有少量析出，石鹽階段第五次分離出的石鹽有少量鉀石鹽析出。石鹽固體采用堆空空干，母液密度愈大固體夾帶的母液愈多。石鹽階段共產(chǎn)出石鹽16.427kg，產(chǎn)率為2 6.4 1%，鈉的析出率為9 8.1 8%，鉀飽和液(14SY2566-16)5.490kg，產(chǎn)率為8.83%，共失水(包括損失)40.283kg，石鹽階段比蒸發(fā)系數(shù)為0.743 7。

樣品在10月6日分離出的固體(14SY2566-20)以鉀石鹽、石鹽為主，共計(jì)0.360kg，產(chǎn)率為0.58%，此階段產(chǎn)出鉀飽和液(14SY2566-19)4.350kg，產(chǎn)率為6.99%，共失水(包括損失)0.780kg，鉀石鹽階段比蒸發(fā)系數(shù)為0.597 0。

樣品在10月9日、10月13日和10月17日三次分離出的固體(14SY2566-22、14SY2566-24、14SY2566-26)以光鹵石為主，含少量氯化鈉，共計(jì)0.865kg，產(chǎn)率1.39%，此階段產(chǎn)出老鹵(14SY2566-25)2.370kg，產(chǎn)率3.81%，共失水1.115kg，光鹵石階段比蒸發(fā)系數(shù)為0.372 2。

各階段組分含量、組分中鉀鈉鎂硫酸根的分布率、組分產(chǎn)率、比蒸發(fā)系數(shù)等見表2，各階段鹽類礦物質(zhì)組成見表3。

表2 鹵水樣品(14SY2566-1)夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果

2.3 試驗(yàn)流程

鹵水樣品夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)流程見圖2。

圖2 鹵水樣品夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)流程

3 討論

(1) 紅南凹地鹵水礦的鹵水為硫酸鎂亞型鹵水，夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)時其相圖點(diǎn)位于鉀石鹽區(qū)內(nèi)，但鉀含量(KCl為0.566%)較低，鈉含量(NaCl為23.62%)較高，故石鹽階段很長，為減少母液夾帶量要考慮兩次以上分離NaCl。

(2) 紅南凹地鹵水樣品中含有少量的鈣，隨著樣品的蒸發(fā)會有硫酸鈣生成，硫酸根相對鎂離子會減少，庫爾納科夫特征系數(shù)R值會由剛開始的0.153逐步的降低而＜0.075(硫酸鎂亞型鹵水和氯化物型鹵水的分界值)，當(dāng)R值＜0.075時鹵水樣品為氯化物型鹵水，此時應(yīng)采用Na+、K+、Mg2+/Cl--H2O四元水鹽體系25℃等溫相圖理論。試驗(yàn)樣品轉(zhuǎn)為氯化物型鹵水后的整個結(jié)晶路線與Na+、K+、Mg2+/Cl--H2O四元水鹽體系25℃等溫相圖基本符合。

(3) 由表2可知氯化鈉的析出區(qū)間主要集中在14SY2566-1至14SY2566-16。在此區(qū)間內(nèi)鈉的析出率為98.18%，產(chǎn)率為8.83%，而鉀、鎂沒有結(jié)晶析出，硫酸根因?yàn)橛辛蛩徕}生成有少量析出，石鹽階段第五次分離出的石鹽有少量鉀石鹽析出。此時鉀、鎂的損失為母液夾帶損失。如果再繼續(xù)蒸發(fā)將有大量鉀鹽析出，故14SY2566-16點(diǎn)為鈉的分離點(diǎn)，此時鉀的含量為2.57%。

(4) 鉀的析出區(qū)間為14SY2566-19至14SY2566-26，鉀的析出率占鹵水總鉀的76.68%。此區(qū)間前半段產(chǎn)出的鉀石鹽(14SY2566-20)重0.360kg，產(chǎn)率為0.58%，平均品位KCl 33.29%、NaCl 43.60%、MgCl25.74%，是提取氯化鉀的優(yōu)質(zhì)原料(一般鉀石鹽礦采用先磨礦再浮選生產(chǎn)氯化鉀)，該段鉀的析出率只占鹵水中總鉀的34.50%，14SY2566-19點(diǎn)為鉀石鹽的分離點(diǎn)(此時已有鎂鹽晶體析出)；區(qū)間后半段14SY2566-22至14SY2566-26獲得的光鹵石平均品位KCl 16.95%、NaCl 10.80%、MgCl230.07%，其也是提取氯化鉀的優(yōu)質(zhì)原料(一般光鹵石礦直接采用浮選法生產(chǎn)氯化鉀)，該段鉀的析出率占鹵水中總鉀的42.18%，重0.865kg，產(chǎn)率1.39%。

表3 鹵水樣品(14SY2566-1)夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)各階段鹽類礦物質(zhì)組成

(5) 鹵水樣品在夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)中，硫酸根以硫酸鈣形式析出一部分，析出率占鹵水中總硫酸根的76.83%，其余23.17%沒有結(jié)晶析出，在老鹵中為2.04%，得到了富集。鹵水樣品中的硼、鋰在整個夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)過程中沒有結(jié)晶析出，在老鹵中三氧化二硼為0.211%，鋰為0.018%，硼、鋰得到了富集。

(6) 通過對鹵水樣品進(jìn)行夏季自然蒸發(fā)試驗(yàn)，了解了蒸發(fā)過程中鹵水的化學(xué)組成變化，水分的蒸失量，鹽類礦物的析出順序、種類和數(shù)量及物理化學(xué)性質(zhì)的特導(dǎo)變化，獲得了鹽類礦物的分離控制條件，取得了試驗(yàn)所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果，達(dá)到了試驗(yàn)的目的。

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