柴達木盆地大浪灘低品位鉀鹽礦物相分析

李欣萌，尹詩惠，張旭冉，趙相鑫，馬 軍

(臨沂大學 化學化工學院，山東 臨沂 276005)

1 引言

鉀元素是植物正常生長所必需的營養(yǎng)元素之一，目前世界上所生產(chǎn)的鉀鹽大約有95%都作為肥料消費。 我國是一個相對缺鉀的國家。我國鉀鹽資源的儲量約為21億噸，僅占世界總儲量的2.21%，賦存狀態(tài)以含鉀鹵水礦為主，固體鉀鹽礦較少，含鉀鹵水礦占鉀礦資源總量的98%以上，固體鉀鹽礦僅占鉀鹽資源總量的2%左右[1-2]。隨著對鉀礦資源的長期且無序開采，大部分可開采品位鉀礦所剩無幾，而許多礦區(qū)被“架空”在新的潛水位置上，喪失了在原始狀態(tài)下固液相互轉(zhuǎn)化的能力，成為脫離地下潛水而擱置于包氣帶中的大量固體貧鉀礦。浮選等鉀肥工藝之后的尾礦資源也大量堆存，如此形成了大量的低品位鉀礦[3]。大量的固體貧鉀礦和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的低品位鉀鹽尾礦開采的成本過高使得這部分鉀礦資源成為無人問津的“呆礦”，長期無法利用，造成了國內(nèi)鉀礦資源的巨大浪費，而且大大的減少了礦山的服務年限，因此從合理綜合利用自然資源和保護生態(tài)環(huán)境、緩解中國鉀肥對外依存度高以及保證國家糧食安全的角度出發(fā)，對這部分低品位固體鉀礦的開發(fā)利用進行研究則變得非常重要。

大浪灘礦床位于青海省柴達木盆地西部，是一個以鉀為主的大型礦床[4-5]，該地區(qū)高品位鉀礦資源大規(guī)模開發(fā)利用，造成了高品位鉀礦資源儲量的下降，對鉀肥正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響。相對高品位鉀礦資源的持續(xù)開發(fā)，低品位鉀礦資源的儲量以及利用的價值被日益關注。但由于綜合開發(fā)利用技術和成本的限制，大浪灘低品位鉀鹽礦未能得到有效的利用，長期堆存不僅造成了資源的大量浪費，同時給鹽湖資源生態(tài)平衡帶來巨大壓力。為了大浪灘地區(qū)低品位鉀鹽礦更好的綜合開發(fā)利用，本文做了大量前期工作，對低品位鉀鹽礦的組成、物相進行了分析，獲得的研究數(shù)據(jù)可以為大浪灘低品位鉀鹽礦的綜合開發(fā)利用提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

2 實驗

2.1 低品位鉀鹽礦篩分及組分分析

2.1.1 低品位鉀鹽礦篩分

將來自于大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦進行破碎和篩分，分別收集不同粒徑的礦樣進行化學分析。本文選取了≤20目、目，(40～60〗目，>60目的低品位鉀鹽礦進行分析。

2.1.2 低品位鉀鹽礦化學分析

采用如下化學分析法[6]分析各級顆粒低品位鉀鹽礦的主要成分。

2.2 低品位鉀鹽礦物相表征

2.2.1 掃描電子顯微鏡分析及能譜分析

將低品位鉀鹽尾礦經(jīng)處理后進行SEM分析，并結合能譜儀對含鉀顆粒物進行定量和定性分析。

2.2.2 X射線衍射分析

采用X射線衍射儀對來自于大柴旦地區(qū)的低品位鉀鹽礦樣品進行分析，依據(jù)XRD圖譜，通過比對衍射峰和顏色強度，分析確定低品位固體鉀鹽礦的物相組成。

3 結果與討論

3.1 低品位鉀鹽礦的物相組成

低品位鉀鹽礦來自柴達木盆地大浪灘地區(qū)，采用化學分析方法和XRD表征，對低品位鉀鹽礦的組分進行了分析，結果如表1和圖1所示。

表1 大浪灘地區(qū)低品位鉀鹽礦組成及其含量Table1 The composition and its content of the low-grade tailings in Dalangtan area

圖1 大浪灘地區(qū)低品位鉀鹽礦XRD圖Fig.1 The X ray diffraction diagram

of low-grade potassium tailings

3.2 低品位鉀鹽礦粒徑對鉀含量的影響

將柴達木盆地大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦混合后，使用圓錐四分法進行取樣，用標準篩(200×50，GB/T003.1-1997)將低品位鉀鹽礦進行篩分處理，分別收集目數(shù)為≤20目、目，(40～60〗目，>60目的固礦。將上述不同目數(shù)的低品位鉀鹽礦溶解，采用化學分析方法對其物相組成進行分析，結果如表2所示。

表2 不同粒徑的低品位鉀鹽礦中各離子的百分含量Table2 The percentage of each ion in different size mine

分析結果表明，低品位鉀鹽礦的粒徑對鉀在低品位礦中的賦存產(chǎn)生影響。低品位鉀鹽礦中鉀的含量隨著粒徑的減小呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。當?shù)推肺烩淃}礦的粒徑≤20目時，低品位鉀鹽礦中鉀的質(zhì)量百分含量達到5.34%，與全礦鉀含量3.12%相比，鉀的含量得到了明顯的提升。粒徑>60目時，鉀的含量為低品位鉀含量為1.65%，礦樣分布率為14.42%。因此為了提高對低品位鉀鹽礦的開發(fā)利用效率，建議選取粒徑≤60目的礦樣。

3.3 低品位鉀鹽礦不溶物分析

將來自于大浪灘某礦區(qū)的低品位鉀鹽礦進行溶解實驗，完全溶解后過濾，將得到的不溶物進行充分洗滌后，放入烘箱中進行干燥，設定干燥溫度為90℃。不溶物干燥后，充分研磨，進行XRD表征，表征結果如圖2所示。分析結果表明：大浪灘低品位鉀鹽礦不溶物中含有砂石(SiO2)，白云石(CaMg(CO3)2)，白云母(K(Al,Fe)2AlSi3O10(OH)2)等。

4 結論

采用化學分析法和儀器表征法對柴達木盆地大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦的物相和組成進行了分析，結果表明：

(1)大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦中鉀的平均含量為3.12%，礦物的主要成分為KCl、NaCl、MgSO4·6H2O以及少量砂石、白云石、白云母等不溶物。

(2)大浪灘低品位固體鉀鹽礦的粒徑對鉀的含量產(chǎn)生影響。隨著鉀鹽礦粒徑的逐漸降低，鉀鹽礦中鉀的含量呈現(xiàn)降低的趨勢。結合分析檢測的結果，大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦綜合開發(fā)利用建議采用顆粒大小≤60目的礦樣。