察爾汗鹽田工藝走水路線及影響因素研究

徐向陽(yáng)(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

察爾汗鹽田系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)鹽田曬礦工藝的精準(zhǔn)控制，達(dá)到最大程度利用鹽田灘曬面積，以實(shí)現(xiàn)鹵水均衡曬礦、無(wú)死角曬礦，減小橫向及縱向鹵水濃度差值，推行實(shí)施“對(duì)標(biāo)管理、精準(zhǔn)調(diào)控、大S走水、快速曬礦”工藝控制措施。為實(shí)現(xiàn)鹽田光鹵石礦單位面積產(chǎn)量最大化進(jìn)行研究。

1 理論依據(jù)

察爾汗鹽湖鹵水主要屬于Na+、K+、Mg＋＋/Cl--H2O四元水鹽體系，鹵水在鹽田經(jīng)灘曬蒸發(fā)，其析鹽NaCl→NaCl+KCl→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O+MgCl2·6H2O,即石鹽-鉀石鹽-光鹵石-水氯鎂石。光鹵石石鹽田將E點(diǎn)鹵水進(jìn)入光鹵石池中進(jìn)行蒸發(fā)，盡可能最大析出光鹵石礦，然后老鹵從光鹵石池中排出。鹵水濃度的變化、鹵水溫度的變化、鹵水各種組份的變化以及相關(guān)因素的變化(如風(fēng)，干濕度，池中水深等的變化)都直接影響鹽田光鹵石礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2 鹽田工藝走水路線影響因素

2.1 鹽田工藝走水面積布局

2.1.1 鹽田布局

鹽田位置布局取決于當(dāng)?shù)卣舭l(fā)量、降雨量、鹵原、地形地貌、鹽田地基等綜合條件是否滿足，才能進(jìn)行較好的鹽類生產(chǎn)。確定好參數(shù)后，選擇工藝走水方式，工藝走水路線決定鹽田布局，鹽田工藝走水應(yīng)遵循當(dāng)?shù)氐匦蔚貏?shì)布局，充分當(dāng)?shù)乩玫匦?、地貌設(shè)計(jì)，鹽田池系之間要有一定的落差，才能獲得自流所需的流量，如：察爾汗鹽湖，布置鹽田的自然地形的基本特點(diǎn)是西高東低，南高北低，這為實(shí)現(xiàn)鹽田的長(zhǎng)串聯(lián)走水提供了較為便利的條件。

2.1.2 鹽田地基

鹽田應(yīng)選在較為密實(shí)的地基上以避免滲漏造成的過(guò)大的氯化鉀損失率，如果地基疏松高、圖層空隙大，應(yīng)采取措施防止?jié)B漏。地基應(yīng)平整、平坦。過(guò)大的地基落差需要更多的堤壩及更小的鹽池。曬制池板之前，要對(duì)凹凸不平的地基進(jìn)行平整便于采收作業(yè)。另外，鹽田周圍需要進(jìn)行清鹽作業(yè)的區(qū)域應(yīng)平整堅(jiān)實(shí)以便機(jī)械設(shè)備清鹽，一個(gè)鹽田是否合適，取決于鹵水濃縮比、鹽份類型、采收方式，如水采船要求池板的堅(jiān)實(shí)程度比旱采高。另外濃縮比要求的話，對(duì)池板要求就沒(méi)有高比值濃縮那么嚴(yán)格。當(dāng)調(diào)節(jié)池改為光鹵石池后，由于鹽層沒(méi)有清理加上未曬制池板，當(dāng)?shù)V層厚度小于20cm后，導(dǎo)致采船作業(yè)時(shí)將光鹵石礦與鹽混合后一并打入加工車間，造成加工車間整體工藝紊亂，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量及數(shù)量，并造成生產(chǎn)成本的上升。因此，鹽田設(shè)計(jì)時(shí)一定要曬制20cm厚高鈉池板，如加入一定的錳元素，可提高池板硬度和強(qiáng)度。

2.1.3 鹽田適當(dāng)細(xì)分

研究表明，鹽田系統(tǒng)常被分成若干小池后，可以提高鹽田產(chǎn)量，但不是鹽田細(xì)分越多越好，細(xì)分若干后，蒸發(fā)量增量越來(lái)越小。當(dāng)蒸發(fā)量因素確定后，鹽田面積的大小決定鹽田的實(shí)際產(chǎn)能，而鹽田實(shí)際產(chǎn)能也要滿足采船計(jì)劃作業(yè)時(shí)間內(nèi)的打礦量。細(xì)分鹽田不僅避免了不同濃度鹵水混合后損失的鹽田蒸發(fā)率，又降低了鹵水濃度，提高了鹽田蒸發(fā)量，蒸發(fā)量增大，鹽田光鹵石產(chǎn)量也相應(yīng)增大，鹽田的劃分實(shí)質(zhì)也是分段結(jié)晶，可以獲得不同質(zhì)量的光鹵石礦，更便于鹽田精細(xì)化生產(chǎn)管理。

2.2 鹽田工藝走水路線方式

2.2.1 串聯(lián)工藝走水路線

由高位加鹵池向第一步結(jié)晶池持續(xù)加入新飽和鹵水，在串聯(lián)流動(dòng)中蒸發(fā)、析鹽；隨著串流步數(shù)的順序，濃度逐步提高，至最末端結(jié)晶池，鹵水到達(dá)終止?jié)舛群笈欧拧?/p>

優(yōu)點(diǎn)：第一、串聯(lián)走水可提高鹽田產(chǎn)量，在一定條件下，鹵水的蒸發(fā)量與鹵水密度成反比，而串聯(lián)走水實(shí)質(zhì)就是避免了不同鹵水的摻兌，提高了鹵水蒸發(fā)率；第二、實(shí)現(xiàn)光鹵石鹽田走水的連續(xù)性，鹵水從進(jìn)入至最終排出過(guò)程能夠連續(xù)進(jìn)行，便于鹽田水位的控制。第三、老鹵排放連續(xù)，不會(huì)形成大量集中排放，有利于整個(gè)鹽田設(shè)施老鹵的均衡排放。

缺點(diǎn)：前段光鹵石鹽田成礦率高、成礦量較大，中末端鹽田成礦率低、成礦量小，由于走水路線較長(zhǎng)，需要增加鹽田走水所需的過(guò)水溜槽，增加基建投資，鹽田生產(chǎn)中由于過(guò)水溜槽的增加，導(dǎo)致后期維護(hù)費(fèi)用較高，溜槽清鹽工作量加大。

2.2.2 并聯(lián)工藝走水路線

由于走水路線較短，即第一池鹵水達(dá)到某一組成點(diǎn)時(shí)才能排往第二池，第二池達(dá)到老鹵點(diǎn)時(shí)，從鹽田排出。

優(yōu)點(diǎn)：鹽田走水所需的過(guò)水溜槽較少，投資相對(duì)較省。

缺點(diǎn)：鹽田走水難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)性，這種走水方式易形成老鹵的集中大量排放，對(duì)整個(gè)老鹵排放系統(tǒng)造成不利影響，不能形成光鹵石池礦量的高產(chǎn)。

2.2.3 單元格工藝走水路線

鹽田工藝走水一直遵循“大串聯(lián)走水為主、短調(diào)為輔”的工藝走水路線，從初始進(jìn)鹵至最終排鹵，鹵水濃度逐漸增大，鹵水中KCl%(wt)逐步衰減且最后難以析出，光鹵石礦主要結(jié)晶于工藝走水的前幾池，是比較科學(xué)的走水方式。這種走水方式優(yōu)點(diǎn)為能夠保證將鹵水中的k+“吃干榨凈”，其成礦結(jié)晶分布特點(diǎn)為比重在1.275～1.285結(jié)晶60%光鹵石礦，后段逐步減產(chǎn)，特別是前段光鹵石池鹵水質(zhì)量好、鹵水蒸發(fā)量高、成礦率高、成礦量大、光鹵石厚度厚等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)為鹽田成礦不均勻，中末端鹽田鹵水質(zhì)量差、鹵水蒸發(fā)量小、成礦率低、成礦量小、光鹵石厚度薄等特點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)卧窆に囎咚ㄟ^(guò)“單元格模塊化”鹽田管理，將各個(gè)光鹵石池劃分為幾個(gè)單元格模塊，單元之內(nèi)既自成體系，單元之間又相互聯(lián)系，單元之內(nèi)按三級(jí)礦量，單元之間保均衡曬礦，各單元進(jìn)鹵到中間自流控制，再到排鹵的整個(gè)過(guò)程都自成體系，以達(dá)到精準(zhǔn)分布礦厚、精準(zhǔn)鹵水控制，均衡分布礦量、多長(zhǎng)礦、長(zhǎng)好礦為總體目標(biāo)。

缺點(diǎn)：由于注重過(guò)程控制，需要增加基礎(chǔ)設(shè)施和泵站，增加基建投資，導(dǎo)致后期鹽田設(shè)施和泵站運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

2.2.4 單池曬礦

單池是最為簡(jiǎn)單的鹽田生產(chǎn)系統(tǒng)，是一種間斷的生產(chǎn)過(guò)程，即一定量的鹵水灌入光鹵石池后，蒸發(fā)至老鹵點(diǎn)時(shí)一次性排出，之后進(jìn)行采礦，一般應(yīng)用于旱采鹽田。

優(yōu)點(diǎn)：為了縮短旱采鹽田出礦周期，旱采鹽田面積一般較水采面積小，其工藝最為簡(jiǎn)單，操作更為靈活，不影響其它鹽田生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：最為簡(jiǎn)單的一種曬礦方式，其工藝流程為：灌鹵→曬礦→排鹵→出礦，而出礦又由排水、挑魚(yú)刺、造面、裝運(yùn)、上礦五部分組成，需要大量的人力、物力配合，以及高昂費(fèi)用的機(jī)械臺(tái)班，生產(chǎn)成本最高，由于出礦周期長(zhǎng)，導(dǎo)致鹽田曬鹵周期減少，年生產(chǎn)光鹵石礦減少，由于出礦大型機(jī)械對(duì)道路破壞較大，造成道路后期道路維修成本高。

2.3 深鹵結(jié)晶

(1)提高質(zhì)量。鹵水深，熱容量大，當(dāng)氣溫高、蒸發(fā)量大時(shí)，鹵水深的結(jié)晶池鹵溫較低，過(guò)飽和度小，不致使新晶核大量和晶體過(guò)快成長(zhǎng)；氣溫低、蒸發(fā)量小時(shí)，深鹵鹽田鹵溫較淺鹵鹽田鹵溫又高，鹵水能繼續(xù)蒸發(fā)，使晶體徐徐成長(zhǎng)，因此，鹵深能克服結(jié)晶速度忽快忽慢和晶核與小晶體小數(shù)目較多，懸浮的時(shí)間長(zhǎng)，從而擴(kuò)大了鹵水的接觸面，使晶體的成長(zhǎng)速度由于表面積的增大而相應(yīng)減慢。再次，鹵溫的日變幅度小，可減少因冷卻產(chǎn)生的析鹽現(xiàn)象，減少鹽沫子，所以適當(dāng)增加鹵深，可獲得較為均勻的光鹵石晶體。

(2)提高產(chǎn)量。結(jié)晶池鹵水深，陽(yáng)光入射、反射通過(guò)鹵水的光路長(zhǎng)，鹵水吸收熱量多，日平均溫度高，蒸發(fā)量大，同時(shí)，在相同風(fēng)力作用下，鹵深波浪大，蒸發(fā)液面擴(kuò)大，有利于水分子溢出，蒸發(fā)效率提高。

2.4 新、老鹵摻兌

新老鹵摻兌并不比新鹵結(jié)晶少蒸水，所兌入的老鹵只是在過(guò)程中空轉(zhuǎn)，兌鹵液濃度較新鹵高，且整體鹵量加大，導(dǎo)致比蒸發(fā)系數(shù)降低，蒸發(fā)水量減小，旱采鹽田減少摻兌有利于提高蒸發(fā)，水采鹽田采用串聯(lián)走水實(shí)際也是減少摻兌，根據(jù)相圖理論的直線規(guī)則和杠桿原理，兩種飽和鹵水(入達(dá)布遜湖水與晶間鹵水)混合后的新體系之間，析出了少量氯化鈉，但中體系濃縮到光鹵石點(diǎn)需蒸發(fā)的水量并沒(méi)有減少、平均蒸發(fā)系數(shù)減小，蒸發(fā)效率降低了。

2.5 夏季儲(chǔ)鹵、冬季排鹵

成礦鹵水溶液中，氯化鉀受溫度影響較大，由于鹵溫驟然降低，導(dǎo)致部分光鹵石礦析出在光鹵石池，因此可提高鹽田水位，最大量增加低溫鹵水光鹵石產(chǎn)量，反之，而到了升溫季節(jié)，由于鹵水的逐步升溫，可大量排出光鹵石鹽田的老鹵水，一定程度上避免鹵水升溫引起的溶礦。

蒸發(fā)量低的季節(jié)，由于處于風(fēng)季，可適當(dāng)降低光鹵石鹽田水位，減少風(fēng)對(duì)壩體侵蝕，造成壩體的安全隱患較大，產(chǎn)生人力、物力維護(hù)費(fèi)。

2.6 鹵水流動(dòng)中的機(jī)械能

由高位池向低位池走水過(guò)程中，晶體或溶液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使晶體各部分不斷與新鮮過(guò)飽和溶液接觸，并逐漸成長(zhǎng)，溶液的運(yùn)動(dòng)，叫晶體動(dòng)力學(xué)，溶液相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有兩方面好處：

(1)提高質(zhì)量。晶體或溶液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可消除晶面上溶液過(guò)飽和差別。使晶體不易產(chǎn)生包裹體；可以減小晶面附近擴(kuò)散層的厚度，使雜質(zhì)不易進(jìn)入晶體，因此在過(guò)飽和大的情況下，要長(zhǎng)出均勻優(yōu)質(zhì)的晶體，必須加強(qiáng)晶體對(duì)溶液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使晶體在運(yùn)動(dòng)中“健康成長(zhǎng)”。

(2)提高產(chǎn)量。鹵水由高位池流入低位池，鹵水運(yùn)動(dòng)中具備了一定的機(jī)械能，導(dǎo)致晶體或溶液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，提高了晶體的生長(zhǎng)速度，因而增加了晶體的數(shù)量，在蒸發(fā)晶體中溶液運(yùn)動(dòng)有利于水分子溢出，加快晶體析出，提高了鹽田光鹵石產(chǎn)量。

2.7 異常情況下鹽田操作原則

所供鹵水比重偏高或偏低，質(zhì)量難以達(dá)到要求；不能按需供鹵，供鹵不連續(xù)，質(zhì)量達(dá)不到要求。每一次鹵水供給質(zhì)和量的變化都會(huì)影響鹽田走水路線的改變，影響曬礦的質(zhì)量和長(zhǎng)礦的速度。當(dāng)鹵水供給發(fā)生異常時(shí)，鹽田工作者應(yīng)及時(shí)采取對(duì)策，因時(shí)、因地，適時(shí)的對(duì)鹵水走水路線進(jìn)行改造和優(yōu)化，保證在鹵水質(zhì)量和數(shù)量供給出現(xiàn)異常情況下鹽田工藝運(yùn)行正常[1]。

(1)鹵水供給質(zhì)量達(dá)不到工藝要求時(shí)的工藝控制。鹵水供給質(zhì)量達(dá)不到要求，有兩種情況：一是鹵水比重偏低，采取的措施是“延長(zhǎng)走水路線、擴(kuò)大灘曬面積；縮短析鹽時(shí)間，加速E點(diǎn)形成”。二是鹵水比重偏高，采取的措施是“縮短走水路線、減少灘曬面積；渠道快速走水，避免鉀的損失”，當(dāng)鹵水供給比重偏低，這時(shí)一要增加灘曬面積，二要延長(zhǎng)走水路線，二者結(jié)合使用，在流動(dòng)中促進(jìn)蒸發(fā)，以達(dá)到快速轉(zhuǎn)換成合格鹵水的目的。

(2)鹵水供應(yīng)數(shù)量不連續(xù)、不穩(wěn)定時(shí)的工藝控制。鹵水供應(yīng)不連續(xù)穩(wěn)定，供給量時(shí)多時(shí)少，均會(huì)造成光鹵石池進(jìn)、出水不平衡。一是E點(diǎn)水富裕，光鹵石池水位高，又達(dá)不到老鹵點(diǎn)，為保證堤壩的安全和采船正常作業(yè)水位，無(wú)法排鹵；二是當(dāng)E點(diǎn)水短缺，光鹵石池水位低，又已到老鹵排放點(diǎn)(F點(diǎn))，為保證采船正常作業(yè)水位，無(wú)法排放。這時(shí)，為保證生產(chǎn)所急需，采用的原則是“非常態(tài)、短時(shí)間緊急放行；因勢(shì)利導(dǎo)，適時(shí)、靈活調(diào)控走水路線”。最終的目的是要“常態(tài)化，連續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)排水”，即“進(jìn)、出水：質(zhì)量要到點(diǎn)，鹵量要平衡，灘曬時(shí)間要短”。

3 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)鹽田工藝控制 ，提高鉀資源回收率，滿足鉀肥生產(chǎn)的需求。充分發(fā)揮鹽湖鹵水鉀礦資源的優(yōu)勢(shì)，以資源開(kāi)發(fā)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使察爾汗鹽田系統(tǒng)走可持續(xù)發(fā)展之路。