中国盐湖卤水蒸发实验研究进展

姜旭，周保华，乜贞

（1.济南大学，山东 济南 250022；2.中国地质科学院矿产资源研究所）

综述与专论

中国盐湖卤水蒸发实验研究进展

姜旭1，2，周保华1，乜贞2

（1.济南大学，山东 济南 250022；2.中国地质科学院矿产资源研究所）

中国盐湖众多，盐湖中矿产资源丰富，受盐湖所处地理位置和自然气候条件限制，盐湖开发采取了不同的工艺路线。根据盐湖卤水的水化学类型不同可将盐湖分为3类，即碳酸盐型、硫酸盐型和氯化物型，每种盐湖类型盐湖卤水相图各异，盐类矿物组成也不相同。针对3种类型盐湖，中国盐湖研究人员做了大量的盐湖卤水蒸发实验研究工作，取得了不少科研成果。汇总了前人针对3种类型盐湖卤水所进行的蒸发实验研究成果，分析了各类型卤水蒸发浓缩规律和盐类矿物特征，为相似盐湖卤水蒸发实验研究提供参考。

盐湖；卤水；蒸发实验；水化学类型；盐类矿物

中国是世界上盐湖分布最多的国家之一。中国盐湖主要分布在西北部的干旱半干旱气候区内，且分布不均，其边界大致与500 mm等降水线相符［1］，基本以大兴安岭-太行山-秦岭-岷山-横断山一线为界。此区域内盐湖众多，年日照时间长，降雨量稀少，蒸发量大。中国盐湖的特点是类型齐全，并且固液共存，以液相为主，蕴藏着相当丰富的无机盐资源，石盐、钾、锂、硼、镁、芒硝、天然碱等矿产开发利用价值十分巨大。钾盐和锂盐的开发在盐湖资源开发利用中有着十分重要的地位［2-3］。卤水蒸发实验是盐湖无机盐矿产资源开发利用的研究基础，对卤水蒸发浓缩和析盐规律的研究能直接用于指导盐湖资源综合利用。笔者旨在总结前人针对3种类型盐湖卤水（碳酸盐型、硫酸盐型和氯化物型）的蒸发实验研究成果，研究各类型卤水蒸发浓缩规律和盐类矿物特征，为相似盐湖卤水蒸发实验研究提供参考。

1 碳酸盐型盐湖

中国碳酸盐型盐湖较少，主要分布在中国盐湖区的最南缘，从藏北高原向内蒙古方向延伸，构成了一个狭窄的碳酸盐型盐湖带。中国碳酸盐型盐湖有西藏当雄错盐湖、扎布耶盐湖、班戈湖以及内蒙古查干诺尔、察汗淖、盐海子等。其中扎布耶盐湖最具代表性，卤水化学组成（质量分数）：Na，10.010%；K，3.160%；Li，0.081%；Rb，0.004 8%；Cs，0.001 2%；Br，0.030 9%；Cl-，12.060%；SO42-，2.980%；B2O3，0.840%；CO32-，3.410%。扎布耶盐湖是中国乃至世界著名的盐湖，该湖是一个超大型锂硼钾盐矿床，特点是高锂低镁，其晶间卤水Li+质量浓度可达1.5 g/L，而Mg含量几乎为零。单就品位而言，锂资源品位居世界第二，且锂、硼、钾资源储量大，具有巨大的潜在经济价值。除扎布耶盐湖外，还有不少盐湖锂含量达到开发利用标准，但由于卤水镁锂比高，制约锂资源的开发利用，从而彰显扎布耶盐湖在锂资源开发中的地位。

杨建元等［4］进行了西藏扎布耶盐湖冬季卤水25℃等温蒸发实验，发现卤水等温蒸发行为与Na+、K+∥Cl-、SO42-、CO32--H2O五元体系（25℃）介稳体系相图基本吻合，析盐顺序为NaCl、NaK3（SO4）2、KCl、Na2CO3·7H2O，并发现锂盐析出更为集中，从而便于锂盐提取，在整个蒸发过程中，硼得到了过饱和富集，非常有利于硼的开发利用。张永生等［5］为更好地了解盐湖卤水在自然条件下的蒸发结晶规律，在15℃对扎布耶盐湖卤水进行了室内等温蒸发实验研究，发现在该温度蒸发过程中，碳酸锂分散沉淀，难以集中析出较高品位的富锂混盐，硼以硼砂析出，钾以钾芒硝和氯化钾两种矿物形式析出。郑绵平等［6］对西藏扎布耶盐湖秋季卤水进行了25℃等温蒸发实验，发现钾和硼砂主要在蒸发的后期析出，锂的析出较分散，虽有2个析出高峰但含量不高。乜贞等［7］对比研究了前人的扎布耶盐湖卤水15℃和25℃等温蒸发实验数据，提出了这2个温度下扎布耶盐湖卤水中元素富集和矿物析出规律的异同，指出了扎布耶盐湖卤水中钾盐、硼砂和碳酸锂资源开发利用的有利区间，并指出2个蒸发实验中，钾盐矿物的品位都较高，可以从扎布耶盐湖卤水中开采钾盐产品。

黄维农等［8］进行了扎布耶盐湖卤水冬季日晒蒸发实验，旨在掌握冬季蒸发条件下盐田卤水组成变化规律，结论为可在冬季低温条件下制取高Li+浓度卤水。衣丽霞等［9］用扎布耶盐湖卤水进行了冷冻后常温蒸发实验，卤水在-5、-10、-15、-20℃等多个温度下冷冻，再置于20℃等温蒸发，结论为蒸发阶段析出的盐主要为石盐和钾石盐，卤水冷冻温度越低其体积浓缩率越小、蒸发率越高。桑世华等［10］进行了扎布耶卤水冷冻后等温蒸发实验，结论：在蒸发过程中，钾盐在液相和固相均有富集，硼的富集为提硼创造了良好条件，但碳酸锂的结晶析出行为较分散。

值得指出的是,中国碳酸盐型盐湖卤水蒸发实验数据较少,该类型卤水在蒸发过程中介稳现象严重，宜用五元体系Na+、K+∥/Cl-、CO32-、SO42--H2O介稳相图。碳酸盐型卤水在不同的自然条件下析出的矿物不同，但在蒸发过程中析出的矿物主要有石盐、钾石盐、钾芒硝、碳酸锂、天然碱、水碱、泡碱、硼砂等。

2 硫酸盐型盐湖

中国硫酸盐型盐湖在3种盐湖类型中分布范围最广，在藏北北部、柴达木、新疆及内蒙古西北部的盐湖都属于这种类型。中国硫酸盐型盐湖主要以硫酸镁亚型盐湖为主，但在青藏高原、内蒙古等地分布着多个硫酸钠亚型盐湖。中国有名的硫酸盐型盐湖有东台吉乃尔、西台吉乃尔、罗布泊、茶卡、大柴旦、扎仓茶卡、昆特依、吉兰泰等，其中代表性的盐湖是西台吉乃尔盐湖和罗布泊盐湖。中国主要硫酸盐型盐湖化学组成见表1。

表1 硫酸盐型盐湖卤水主要化学组成%

东台吉乃尔盐湖与西台吉乃尔盐湖处于同一盐盆，位于柴达木盆地中部。东台吉乃尔盐湖为一固液共存的盐类矿产资源，其卤水资源包括湖表卤水和晶间卤水，水化学类型为硫酸盐型硫酸镁亚型，主要沉积矿物有石盐、芒硝、白钠镁矾等。西台吉乃尔盐湖水化学类型也为硫酸镁亚型，是一个主要由液体锂矿、钾镁硫酸盐矿组成的固液共存的盐湖资源。其液体矿床主要由4部分组成：地表卤水矿层、晶间卤水矿层、孔隙潜卤水矿层和晶间承压卤水矿层，富含锂、钾、硼等资源。西台吉乃尔盐湖具有巨大的开采价值，中国从2003年开始进入大规模开采阶段。

针对台吉乃尔盐湖，科研人员进行了大量的蒸发实验基础研究工作。张宝全等［11］进行了东台吉乃尔盐湖卤水25℃等温蒸发实验研究，得出其夏季析盐顺序为石盐、软钾镁矾、泻利盐、钾石盐、六水泻盐、钾盐镁矾、光卤石、一水硫酸锂、水氯镁石，认为锂盐在卤水中以一水硫酸锂的形式析出，不会以硫酸锂钾的形式析出，硼在蒸发过程中浓缩富集，但不以固态硼酸盐的形式结晶析出。张宝全还进行了冬季卤水蒸发实验，认为冬季卤水蒸发析盐顺序为芒硝、石盐、钾石盐、泻利盐、六水泻盐、光卤石。夏季自然蒸发实验与25℃等温蒸发实验结晶路线基本相同，只是首先析出的盐有所不同。陈敬清等［12］完成了东台吉乃尔盐湖晶间卤水25℃等温蒸发实验和自然蒸发实验，认为在自然蒸发过程中固相析出顺序为石盐、钾石盐、泻利盐、六水泻盐、光卤石、水氯镁石，实验过程中卤水相对密度阶段性降低，发现固相发生反应生成次生钾盐镁矾并放出结晶水；在等温蒸发实验中出现矿物MgSO4·H2O。郭爱武等［13］通过西台吉乃尔盐湖卤水进行了自然蒸发试验研究，发现西台卤水析盐过程为氯化钠、七水硫酸镁、六水硫酸镁、氯化钾、光卤石和老卤，锂盐随卤水蒸发不以固体形式析出，对蒸发结晶路线影响甚微，钾混盐矿可直接在车间热溶加工生产硫酸钾镁肥，亦可直接用反浮选法生产硫酸钾镁肥。

罗布泊盐湖位于塔里木盆地东部，以钾盐资源而著名，其钾盐成矿区由罗北凹地超大型钾盐矿床和外围几个中型矿床构成，是一以液相矿为主、固液并存的钾盐矿产资源［14］。李浩等［15］对罗布泊盐湖卤水进行了等温蒸发实验，研究了卤水蒸发过程离子组成变化规律，发现卤水等温蒸发析盐过程与K+、Na+、Mg2+∥Cl-、SO42--H2O五元体系介稳相图相符，其矿物析出顺序为石盐、白钠镁矾、钾盐镁矾、泻利盐、软钾镁矾，钾盐析出几乎伴随整个卤水蒸发过程。

扎仓茶卡盐湖富含硼和锂盐，属于硫酸钠亚型硼酸盐盐湖。李刚等［16］进行了扎仓茶卡盐湖卤水25℃等温蒸发实验，发现硼在蒸发过程中不断浓缩富集，但不以硼酸盐形式析出，认为利用相分离技术，采用夏季日晒蒸发和冬季天然蒸发处理，不仅可以分离芒硝、石盐和钾盐，还可进一步浓缩富集锂盐，制取一水硫酸锂。

其次，李海民、高世扬、王丽娜等进行了茶卡盐湖、昆特依盐湖、大柴旦盐湖、尕斯库勒盐湖等卤水蒸发实验研究，得到了卤水蒸发过程中的结晶规律以及相变点液相化学组成、固相析出率、卤水浓缩率等参数，以指导盐湖资源生产。卜令忠等［17］还运用Pitzer理论模型，利用计算机模拟方法进行卤水蒸发模拟研究，计算卤水蒸发析盐顺序、盐饱和点的卤水组成，为实际工艺流程提供参考。

此外，山西运城盐湖也是中国古老的盐湖之一。运城盐湖属现代沉积、固液并存并以芒硝为主的盐类矿床，其卤水类型属于硫酸盐型硫酸钠亚型。运城盐湖十分有利于生产元明粉和提取成本较低的农用硫酸镁以及生产高纯度的工业硫酸镁等产品。

中国硫酸盐型盐湖众多，其中硫酸镁亚型卤水化学组成与海水相近，硫酸盐型卤水在蒸发过程中复杂多变，介稳现象严重，相区变化明显，所以在蒸发过程中宜用金作美等完成的五元体系Na+、K+、Mg2+∥Cl-、SO42--H2O介稳相图，但在蒸发后期当锂盐高度浓缩时宜用Li+、Mg2+∥Cl-、SO42--H2O介稳相图。蒸发过程中析出矿物主要为石盐、钾石盐、泻利盐、白钠镁矾、无水芒硝、软钾镁矾、钾镁矾、钾盐镁矾、芒硝、硫酸钾、卤石、硫酸锂、钾芒硝等。

3 氯化物型盐湖

就盐湖分布而言，氯化物类型盐湖分布范围最小，大致从罗布泊向南东延伸到柴达木盆地的昆特依盐湖至察尔汗盐湖。中国有名的氯化物型盐湖有察尔汗盐湖、别勒滩盐湖、雅布赖盐湖、额吉诺尔盐湖等，最具代表性为察尔汗盐湖。察尔汗盐湖卤水化学组成（质量分数）：Na，5.903%；K，1.000%；Li，0.001 3%；Mg，2.372%；Ca，0.084%；Cl-，16.640%；SO42-，0.531%。别勒滩盐湖卤水化学组成（质量分数）：Na，1.882%；K，1.869%；Li，0.010%；Mg，5.172%；Ca，0.035%；Cl-，19.390%；SO42-，0.540%。察尔汗盐湖位于柴达木盆地中东部，是中国最大的盐湖。察尔汗盐湖矿床固液资源并存，是一以钾、钠资源为主，并伴生有硼、锂、镁、溴等元素的综合型矿产。察尔汗盐湖已有三千多年的盐类开采历史，是现今中国开采规模最大的盐湖。其中钾盐的开发始于20世纪50年代，最初采用沟槽盐田土法生产钾盐，后来用盐田相分离技术，并不断优化钾盐加工工艺，逐步采用先进工艺，如热溶法、冷分解浮选法、反浮选冷结晶法等。

张颖慧［18］进行了察尔汗盐湖晶间卤水等温蒸发试验，研究了25℃和30℃卤水蒸发结晶路线，认为钾离子浓度在刚有光卤石析出时达到最大，当降至一定浓度时开始析出水氯镁石，提出在实际生产中可以用测定钾离子浓度和pH的方法来控制光卤石的生产过程。并发现卤水蒸发过程中不经过钾石盐结晶区，而是由氯化钠结晶区直接进入光卤石结晶区，认为察尔汗盐湖只能通过光卤石生产氯化钾。

张兆广等［19］对察尔汗盐湖低品位卤水进行了自然蒸发试验研究，发现卤水结晶析盐顺序为石盐、光卤石、水氯镁石，并通过计算得到光卤石矿物最佳分离点和光卤石产率，认为当卤水中KCl质量分数降至0.5%时用来生产KCl仍具有较好的经济效益。

氯化物型盐湖处于盐湖演化第三阶段，相化学趋于稳定，卤水介稳现象不明显，蒸发析盐规律分析宜用Na+、K+、Mg2+∥Cl--H2O四元相图，卤水蒸发过程析出矿物主要是石盐、钾石盐、光卤石、水氯镁石等。

4 结语

针对3种类型盐湖卤水，科研人员进行了大量蒸发实验研究，奠定了盐湖资源开发利用的基础。以此为支撑，中国有多个盐湖逐步走上资源开发利用之路，应该看到盐湖卤水蒸发实验研究是盐湖资源综合利用的基础。但是，中国盐湖开发技术与国外相比还存在一定差距，中国盐湖气象、水文、工程地质及矿产资源储量资料短缺，现阶段普遍以粗犷的单一产品加工为主，资源浪费和环境污染严重，盐湖资源综合利用程度低，产业链短，经济效益较低，新技术的研发力度不够。因此，科研人员应加强盐湖资源基础研究和综合利用技术的研究，结合盐湖当地的自然条件，因地制宜，不断创新，逐步提高中国盐湖资源开发利用的水平。

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Experimental research progress in evaporation of salt lake brine

Jiang Xu1，2，Zhou Baohua1，Nie Zhen2
（1.University of Jinan，Jinan 250022，China；2.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences）

There are numerous salt lakes that rich in mineral resources in China.Different techniques have been chosen for utilizing these mineral rich salt lakes on the basis of their locations and local climates.These salt lakes are primarily classified into three types based on their hydrochemistry characteristics，i.e.carbonate-type，sulfate-type，and chloride-type.The brine from each type of salt lakes has its unique phase diagram，and thus unique mineral assemblages.Much work has been done on the brine evaporation experiments for every type of salt lakes in China，and a lot of progress has been achieved.The previous studies on the evaporation of brines from all three types of salt lakes were summarized，and their evaporation law and subsequent mineral characteristics were analyzed，so as to provide reference for those who engaged in the brine evaporation experiments.

salt lake；brine；evaporation experiment；hydrochemistry types；salt mineral

TQ028

A

1006-4990（2013）06-0001-03

2013-01-19

姜旭（1987—），男，硕士研究生。

乜贞，周保华

国土资源部公益性行业科研专项经费项目（201011001）；中国地质科学院矿产资源研究所基金项目（K1016）。

联系方式：nieezhen518@163.com