柴达木盆地红南凹地钾矿床卤水矿夏季自然蒸发试验的研究

刘 氘，石 华，李文波，武丽平，袁红战，祝云军

（1.青海省地质矿产测试应用中心，青海 西宁 810008；

2.青海省柴达木综合地质矿产勘查院测试中心，青海 格尔木 816000）

1 卤水样品的化学性质

红南凹地位于柴达木盆地之东北缘，属于现代盐湖小型蒸发成因的钾镁盐矿床，卤水样品化学组成见表1，根据库尔纳科夫特征系数的计算，R值为0.153，卤水样品水化学性质属于硫酸盐型卤水中的硫酸镁亚型卤水，其在Na+、K+、Mg2+/Cl-，SO42--H2O(25℃)五元水盐体系相图上的位置标示见图1。样品与同一个矿区的样品化学组成相近，具有代表性，在相图上的位置位于钾石盐区内。

2 卤水样品夏季自然蒸发试验

2.1 试验过程

硫酸盐型卤水(14SY2566-1)在相图中的位置及其夏季自然蒸发过程的结晶路线(25℃介稳相图)

卤水样品(14SY2566-1)属于硫酸盐型卤水中的硫酸镁亚型卤水，根据前人多年来对柴达木盆地卤水矿利用研究的结果和该卤水样在相图上所处的位置，该卤水样品可采用Na+、K+、Mg2+/Cl-，SO42--H2O五元水盐体系25℃介稳相图理论和观察新相产生为分离点，进行分离取样分析固、液化学组成。但该卤水样品中含有少量的钙，随着样品的蒸发会有硫酸钙生成，硫酸根离子相对镁离子会减少，库尔纳科夫特征系数R值会由刚开始的0.153逐步的降低而＜0.075(硫酸镁亚型卤水和氯化物型卤水的分界值)，当R值＜0.075时卤水样品为氯化物型卤水，此时可采用Na+、K+、Mg2+/Cl--H2O四元水盐体系25℃等温相图理论和观察新相产生为分离点，进行分离取样分析固、液化学组成。有些区间适当增加(分离)取样点，从而了解该卤水样品在夏季自然蒸发过程中各类盐类矿物的析出种类、顺序，各组分的富集区间、富集规律和固液分离点的合理选择。每天定时观测，观测内容包括蒸失水量、母液密度、新矿物的析出情况等，并根据试验需要及时取样进行化学分析。对样品14SY2566-1进行夏季自然蒸发试验，共进行了九次固液分离，固液组分含量及其相图指数载于表1，此时样品进入老卤阶段，故对样品停止蒸发。

表1 卤水样品(14SY2566-1)夏季自然蒸发试验各阶段组分含量及液相的相图指数

2.2 试验结果

样品前五次分离出的固体(14SY2566-5、14SY2566-9、14SY2566-12、14SY2566-14、14SY2566-16)都是以石盐(NaCl)为主，钾、镁没有结晶析出，硫酸根因为有硫酸钙生成有少量析出，石盐阶段第五次分离出的石盐有少量钾石盐析出。石盐固体采用堆空空干，母液密度愈大固体夹带的母液愈多。石盐阶段共产出石盐16.427kg，产率为2 6.4 1%，钠的析出率为9 8.1 8%，钾饱和液(14SY2566-16)5.490kg，产率为8.83%，共失水(包括损失)40.283kg，石盐阶段比蒸发系数为0.743 7。

样品在10月6日分离出的固体(14SY2566-20)以钾石盐、石盐为主，共计0.360kg，产率为0.58%，此阶段产出钾饱和液(14SY2566-19)4.350kg，产率为6.99%，共失水(包括损失)0.780kg，钾石盐阶段比蒸发系数为0.597 0。

样品在10月9日、10月13日和10月17日三次分离出的固体(14SY2566-22、14SY2566-24、14SY2566-26)以光卤石为主，含少量氯化钠，共计0.865kg，产率1.39%，此阶段产出老卤(14SY2566-25)2.370kg，产率3.81%，共失水1.115kg，光卤石阶段比蒸发系数为0.372 2。

各阶段组分含量、组分中钾钠镁硫酸根的分布率、组分产率、比蒸发系数等见表2，各阶段盐类矿物质组成见表3。

表2 卤水样品(14SY2566-1)夏季自然蒸发试验结果

2.3 试验流程

卤水样品夏季自然蒸发试验流程见图2。

图2 卤水样品夏季自然蒸发试验流程

3 讨论

(1) 红南凹地卤水矿的卤水为硫酸镁亚型卤水，夏季自然蒸发试验时其相图点位于钾石盐区内，但钾含量(KCl为0.566%)较低，钠含量(NaCl为23.62%)较高，故石盐阶段很长，为减少母液夹带量要考虑两次以上分离NaCl。

(2) 红南凹地卤水样品中含有少量的钙，随着样品的蒸发会有硫酸钙生成，硫酸根相对镁离子会减少，库尔纳科夫特征系数R值会由刚开始的0.153逐步的降低而＜0.075(硫酸镁亚型卤水和氯化物型卤水的分界值)，当R值＜0.075时卤水样品为氯化物型卤水，此时应采用Na+、K+、Mg2+/Cl--H2O四元水盐体系25℃等温相图理论。试验样品转为氯化物型卤水后的整个结晶路线与Na+、K+、Mg2+/Cl--H2O四元水盐体系25℃等温相图基本符合。

(3) 由表2可知氯化钠的析出区间主要集中在14SY2566-1至14SY2566-16。在此区间内钠的析出率为98.18%，产率为8.83%，而钾、镁没有结晶析出，硫酸根因为有硫酸钙生成有少量析出，石盐阶段第五次分离出的石盐有少量钾石盐析出。此时钾、镁的损失为母液夹带损失。如果再继续蒸发将有大量钾盐析出，故14SY2566-16点为钠的分离点，此时钾的含量为2.57%。

(4) 钾的析出区间为14SY2566-19至14SY2566-26，钾的析出率占卤水总钾的76.68%。此区间前半段产出的钾石盐(14SY2566-20)重0.360kg，产率为0.58%，平均品位KCl 33.29%、NaCl 43.60%、MgCl25.74%，是提取氯化钾的优质原料(一般钾石盐矿采用先磨矿再浮选生产氯化钾)，该段钾的析出率只占卤水中总钾的34.50%，14SY2566-19点为钾石盐的分离点(此时已有镁盐晶体析出)；区间后半段14SY2566-22至14SY2566-26获得的光卤石平均品位KCl 16.95%、NaCl 10.80%、MgCl230.07%，其也是提取氯化钾的优质原料(一般光卤石矿直接采用浮选法生产氯化钾)，该段钾的析出率占卤水中总钾的42.18%，重0.865kg，产率1.39%。

表3 卤水样品(14SY2566-1)夏季自然蒸发试验各阶段盐类矿物质组成

(5) 卤水样品在夏季自然蒸发试验中，硫酸根以硫酸钙形式析出一部分，析出率占卤水中总硫酸根的76.83%，其余23.17%没有结晶析出，在老卤中为2.04%，得到了富集。卤水样品中的硼、锂在整个夏季自然蒸发试验过程中没有结晶析出，在老卤中三氧化二硼为0.211%，锂为0.018%，硼、锂得到了富集。

(6) 通过对卤水样品进行夏季自然蒸发试验，了解了蒸发过程中卤水的化学组成变化，水分的蒸失量，盐类矿物的析出顺序、种类和数量及物理化学性质的特导变化，获得了盐类矿物的分离控制条件，取得了试验所需的各项数据结果，达到了试验的目的。

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