玻利維亞科伊帕薩鹽湖鹵水吸附提鋰后尾液自然蒸發(fā)實驗研究

權彩兄,余明祥,陳元軍,任元成

(青海中信國安鋰業(yè)發(fā)展有限公司 青海省硫酸鹽型鹽湖資源綜合利用重點實驗室,青海 格爾木 816099)

1 前言

玻利維亞科伊帕薩鹽湖位于安第斯山中部奧魯羅省,烏尤尼鹽湖的北方,湖區(qū)面積約為2 218 km2,平均海拔約為3 650 m。該鹽湖地區(qū)日照強烈,氣候干旱少雨,年平均蒸發(fā)量為1 200～2 200 mm,年降雨量為100～500 mm。該鹽湖中鈉、 鉀、鋰、鎂、硼、硫等礦物資源儲量巨大,根據研究資料顯示,預估科伊帕薩鹽湖碳酸鋰資源量約1 500萬t,氯化鉀資源量約2億t。根據實地現(xiàn)場取樣分析結果,其鹵水性質為高鎂鋰比、硫酸鎂亞型,跟中國青海東、西臺吉乃爾鹽湖一致,具有極高的開發(fā)價值。

表1 科伊帕薩鹵水吸附提鋰后尾液組成Tab.1 Composition of tail liquid after lithium extraction by adsorption of brine from Coipasa Salt Lake

2 實驗部分

2.1 實驗原料

原料鹵水由玻利維亞國家鋰公司(YLB)提供,取自科伊帕薩鹽湖區(qū)域的原鹵經吸附提鋰后用于蒸發(fā)實驗,用量1 050 L,密度為1.216 0 kg/L(25 ℃),具體成分見表1。

2.2 蒸發(fā)裝置

尾液放置于容積為500 L的3個塑料框中,放于室外進行自然蒸發(fā)。蒸發(fā)時間為5～8月,地點位于青海省格爾木市青海中信國安鋰業(yè)發(fā)展有限公司西臺礦區(qū)內,鹵溫平均為27 ℃。

2.3 實驗方法

2.4 測試方法

2.5 相圖分析

圖1 玻利維亞科伊帕薩鹽湖鹵水吸附提鋰后尾液在25 ℃水鹽體系相圖中系統(tǒng)點位置Fig.1 Location of system points in the phase diagram of the water salt system after lithium extraction by adsorption of the brine from Coipasa Salt Lake in Bolivia at 25 ℃

3 實驗結果與討論

3.1 自然蒸發(fā)結晶路線與結晶順序

玻利維亞科伊帕薩鹽湖鹵水經吸附提鋰操作后的尾液在自然蒸發(fā)過程中液相、固相各組分含量變化見表2、表3,表3中固相樣品均為濕基。

表2 科伊帕薩鹵水吸附提鋰后尾液自然蒸發(fā)過程液相各組分含量變化表Tab.2 Content changes table of various components in the liquid phase during the natural evaporation process of the tail liquor after lithium extraction by adsorption of the brine from Coipasa Salt Lake

表3 科伊帕薩鹵水吸附提鋰后尾液自然蒸發(fā)過程固相各組分含量變化表Tab.3 Content changes table of solid phase components during the natural evaporation process of the tail liquid after lithium extraction by adsorption of brine from Coipasa Salt Lake

圖2 玻利維亞科伊帕薩鹽湖鹵水吸附提鋰尾液自然蒸發(fā)過程中液相在25 ℃水鹽體系相圖中的結晶路線Fig.2 Crystallization route of the liquid phase in the water salt system phase diagram at 25 ℃ during the natural evaporation process of tail liquid after lithium extraction by adsorption of brine from Coipasa Salt Lake in Bolivia

3.2 鹵水蒸發(fā)過程分析

從表2、表3數(shù)據中分析,第一階段:2022-05-30將重1 050 L鹵水放進3個塑料框內,放于室外進行自然蒸發(fā)。液相在L00～L6階段,由實驗過程中的取樣檢測發(fā)現(xiàn),液相中氯化鈉含量逐漸降低,鉀、硫酸根等含量逐漸升高,取固體樣發(fā)現(xiàn)NaCl不斷析出。在K+達到35 g/L時分離出的固相礦物總重167.83 kg,NaCl析出率占尾液的73.23%、KCl損失率為18%,蒸失水率56.94%。

由于缺少鑒定資料,將化學分析結果進行配鹽計算后表明,主要是NaCl固體,無法確定其他礦物。應夾雜少許氯化鉀、氯化鎂和七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O),母液381.94 kg繼續(xù)進行自然蒸發(fā)。

第二階段:液相在L7～L12階段,K+在35.328～29.952 g/L時進行1次固液分離,分離出的固相礦物總重83.012 kg,蒸失水率66.4%;可明顯看出K+≥ 35 g/L時,K2SO4·MgSO4·6H2O達到飽和開始析出, 母液178.162 kg繼續(xù)進行自然蒸發(fā)。從相圖分析可以看出,此時分離出的礦物主要為軟鉀鎂礬和瀉利鹽,此次分離應在L10點分離時較為合適,分離點稍微靠后。

第三階段:2022-08-03～08-08液相在L13～L14階段,K+為24.346～19.546 g/L, K+降至29 g/L時從相圖可看出,體系已進入瀉利鹽和鉀石鹽共飽線上,此時開始有瀉利鹽和鉀石鹽析出。此階段進行1次固液分離,分離出的固相礦物總重16.44 kg,蒸失水率70.04%。母液115.231 kg繼續(xù)進行自然蒸發(fā)。

第四階段:液相在L15～L19階段,當K+降至在19.546 g/L時,體系進入光鹵石相區(qū),此階段采取了一曬到底的方式,進行1次固液分離,分離出的固相礦物總重15.96 kg,蒸失水率70.75%,剩余母液90.176 kg,液相中鉀離子含量3.648 g/L。

圖3 自然蒸發(fā)過程中含量變化圖Fig.3 Content changes diagram of K+ and during natural evaporation process

4 實驗結論

2)通過樣品的等溫蒸發(fā)實驗得出在實際生產中的一般原理流程,見圖5。

圖5 原理流程圖Fig.5 Principle flowchart

在實際生產中,第一階段蒸發(fā)可放在鈉鹽田中進行,第二階段蒸發(fā)可放在軟鉀鹽田中進行,第三階段蒸發(fā)可放在鉀混鹽田中進行,第四階段蒸發(fā)可放在光鹵石鹽田中進行。

3)根據市場情況及鉀肥生產的效益,可以考慮鉀肥產品為硫酸鉀鎂肥(Pic)和氯化鉀,也可以用硫酸鉀鎂肥(Pic)和氯化鉀進行轉化生產硫酸鉀。

由光鹵石田中排出的老鹵中B2O3、Li+的含量分別為32.460、0.484 g/L,而尾液中的含量分別為1.594、0.023 2 g/L,鹵水中的B2O3、Li+得到了極大的濃縮,老鹵中的硼可直接至后續(xù)車間制取硼酸。鋰在鹽田進行進一步的濃縮后可作為二次生產碳酸鋰的原料,進而進一步回收利用。