鹽湖尾礦高效綜合利用產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究

吳朝香

（青海省化工設(shè)計(jì)研究院有限公司，青海 西寧 810008）

青海省海西州柴達(dá)木盆地內(nèi)廣泛分布著鉀、鈉、鎂、鋰、石油、天然氣、寶玉石等50 余種礦產(chǎn)資源，有30 多種儲(chǔ)量位居中國前10 位，其中鉀、鈉、鎂、鋰總儲(chǔ)量居中國首位［1］。 近年來，隨著黨中央、國務(wù)院和青海省委、省政府對(duì)鹽湖產(chǎn)業(yè)的重視程度提高，海西地區(qū)鹽湖產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展， 已形成了較大規(guī)模的鹽湖化工特色產(chǎn)業(yè)群， 為當(dāng)?shù)氐膰窠?jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要的支撐作用。但由于受技術(shù)條件的制約，對(duì)資源的綜合利用水平不高，多數(shù)共（伴）生資源尚未進(jìn)行高效綜合開發(fā)利用， 大多數(shù)企業(yè)主要以主要資源的提取為主，對(duì)共（伴）生及含量低的資源沒能有效利用，嚴(yán)重影響了礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)進(jìn)程［2］。為了進(jìn)一步使資源利用最大化， 將廢棄的鹽湖尾礦變“廢”為“寶”，筆者針對(duì)鹽湖資源高效綜合利用產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)做了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原輔料

鹽湖尾礦來自于柴達(dá)木盆地團(tuán)結(jié)湖， 其主要化學(xué)組成見表1。

表1 鹽湖尾礦的主要化學(xué)組成 %

循環(huán)液來自實(shí)驗(yàn)過程，表2 為中間循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液的化學(xué)組成。

表2 老鹵、分解液、澄清液的主要組成

1.2 主要設(shè)備

溶解釜、蒸發(fā)罐、保溫沉降槽、結(jié)晶器、砂濾器、沉降器、 反應(yīng)罐、SS1000 型離心機(jī)、NDXQ-20 型旋轉(zhuǎn)閃蒸機(jī)、TDP-8T 型造片機(jī)等。

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝

首先，將來自鹽田的混合鹽計(jì)量后用螺旋輸送器輸送到混合攪拌槽、 老鹵計(jì)量后打入攪拌槽，分解液、高低溫鹽回收液打入混合攪拌槽，攪拌均勻后用鹽漿泵送到帶攪拌的混合液儲(chǔ)槽內(nèi)備用。 用泵將混合液打入循環(huán)加熱器內(nèi)加熱至120 ℃左右，使混合鹽中的氯化鉀和氯化鎂溶解在濃厚鹵中，而混合鹽中的氯化鈉、硫酸鎂不溶解。 再將加熱后的料液排到保溫沉降器內(nèi)，在100 ℃左右下保溫。保溫沉降器溢流的澄清液進(jìn)入一段真空（-0.08 MPa）結(jié)晶器冷卻結(jié)晶，再將物料轉(zhuǎn)入二段真空（-0.095 MPa）結(jié)晶器。 將冷卻后的物料用泵輸送到光鹵石沉降器內(nèi)，繼續(xù)冷卻沉降控制溫度至40 ℃以下。 光鹵石沉降器溢流的老鹵大部分去溶化混合鹽，其余的與消石灰反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鎂產(chǎn)品，反應(yīng)后的母液用來生產(chǎn)工業(yè)氯化鈣產(chǎn)品， 實(shí)現(xiàn)對(duì)原料混合鹽的綜合利用。 沉降器底部排出的光鹵石漿泵入脫水機(jī)脫鹵，脫鹵后的光鹵石加入溢流循環(huán)液，在攪拌的情況下打入控速結(jié)晶器進(jìn)行循環(huán)增大氯化鉀顆粒、分離氯化鈉。 在循環(huán)液槽內(nèi)加入清水控制循環(huán)液密度為1.26 g/cm3。 控速結(jié)晶器錐底排出的粗鉀漿泵入離心機(jī)脫鹵，脫鹵后粗鉀加循環(huán)液、加水洗滌，控制密度為1.23 g/cm3， 攪拌后鹽漿脫鹵得到大顆粒氯化鉀。保溫沉降器底部排出的高溫鹽漿脫鹵后，加入一水鎂板框壓濾產(chǎn)出的母液進(jìn)行攪拌分散，分散鹽漿泵入硫酸鎂車間。 高溫鹽脫鹵后產(chǎn)出的回收液去溶混合鹽， 高溫鹽進(jìn)入另一車間生產(chǎn)硫酸鎂和氯化鈉。粗氯化鉀用冷凝水溶解得到飽和氯化鉀溶液，經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入二效氯化鉀真空蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶，氯化鉀結(jié)晶的漿料進(jìn)入洗滌器， 而后進(jìn)入離心機(jī)脫水， 濕氯化鉀進(jìn)入干燥床干燥得到食品級(jí)氯化鉀。制鉀母液返回到保溫沉降系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)利用， 以提高氯化鉀回收率。 其工藝流程示意圖見圖1。

1.4 分析方法

食用氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量測定執(zhí)行GB 25585—2010《食品添加劑氯化鉀》標(biāo)準(zhǔn)。氫氧化鎂脫硫劑產(chǎn)品質(zhì)量測定執(zhí)行HG/T 3607—2007《工業(yè)氫氧化鎂》。 工業(yè)氯化鈣產(chǎn)品質(zhì)量測定執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2327—2004《工業(yè)氯化鈣》中二水氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 產(chǎn)業(yè)化工藝流程示意圖

2 結(jié)果與分析

2.1 原料技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

為進(jìn)一步提高產(chǎn)品收率， 在小試和中試確定的溫度、輔料配比條件下，投入不同量原料進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)品收率見表3。 從表3 可見，在循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液不變的條件下，隨著鹽湖尾礦量的增加，氯化鉀、鎂及氯化鈉收率均有不同程度的提升，當(dāng)鹽湖尾礦量為10.0 t 左右時(shí)，收率變化不大，尤其10.0 t 以上時(shí)變化量較小。所以通過優(yōu)化，將原小試和中試確定的原料量技術(shù)參數(shù)由9.5～9.8 t 調(diào)整為10.0 t 更合理，有利于產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的綜合效益。

表3 原料優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.2 循環(huán)液配比技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

在2.1 節(jié)確定的原料（10.0 t）和中試確定的溫度（120 ℃）等的條件下，投入不同量的原料循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的產(chǎn)品收率情況見表4。 從表4 可見，鹽湖尾礦不變的情況下，隨著循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液的變化，其氯化鉀、鎂及氯化鈉的收率均有不同程度的變化， 當(dāng)循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液的總量為35 m3左右時(shí)，收率變化不大，尤其在35 m3以上時(shí)變化量較小。 所以通過優(yōu)化，將原小試和中試確定的循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液的總量由32 m3調(diào)整為35 m3。

表4 循環(huán)液配比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.3 溫度技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

在2.1、2.2 節(jié)確定的原料（10 t）和循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液（35 m3）的條件下，對(duì)反應(yīng)溫度做進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后的產(chǎn)品收率情況見表5。 從表5 可見，鹽湖尾礦和循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液總量確定的條件下，隨著溫度的變化，其氯化鉀、鎂及氯化鈉收率均有不同程度的變化，當(dāng)反應(yīng)溫度控制為120 ℃時(shí)，收率與大于120 ℃時(shí)的收率基本接近。 所以通過優(yōu)化， 將原小試和中試確定的溫度與產(chǎn)業(yè)化優(yōu)化溫度保持一致，不需調(diào)整。

表5 循環(huán)液配比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

3 結(jié)論

1）通過以上實(shí)驗(yàn)，確定本工藝的最佳技術(shù)參數(shù)：反應(yīng)溫度為120 ℃，1 t 食用氯化鉀需原料鹽湖尾礦10.0 t，循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液總量為35 m3。 在此條件下進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)， 依據(jù)原料鹽湖尾礦和中間循環(huán)液老鹵、分解液、澄清液的組成及產(chǎn)出結(jié)果，計(jì)算得到氯化鉀收率達(dá)80%以上，鎂收率達(dá)90%以上，氯化鈉收率達(dá)95%以上，并且生產(chǎn)出的產(chǎn)品經(jīng)相關(guān)部門抽樣檢測，均達(dá)到了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。2）本方法實(shí)現(xiàn)了用物理法分離混合鹽的技術(shù)， 使資源得到充分利用。 且工藝簡單，能耗低，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的濃厚鹵、分解液和回收液循環(huán)利用，不僅大大減少了工藝用水量，而且無廢渣、廢液排放，節(jié)能環(huán)保。并且運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。