察尔汗盐湖卤水分段蒸发过程相图分析

景海德

(青海盐湖佛照蓝科锂业股份有限公司，青海格尔木 816000)

我国西北地区盐湖资源非常丰富。盐湖分类的原则主要有三种：一是按盐湖卤水赋存状态分类。二是按盐湖的主要盐类沉积物分类；三是按卤水的化学成分分类。按盐湖的主要盐类沉积矿物分类，盐湖可分为石盐湖、芒硝湖、碱湖、硼酸盐盐湖和钾镁盐盐湖，察尔汗盐湖属于钾镁盐盐湖。如果按盐湖卤水赋存状态分类，盐湖可分为卤水湖、干盐湖和沙下湖，察尔汗盐湖就属于沙下湖。

1 察尔汗盐湖资源情况

察尔汗盐湖是一个集镁、钠、钾、锂、硼、碘等多种矿产的大型内陆综合性盐湖。在察尔汗盐湖可以看到一种奇特的地貌——盐喀斯特地貌，平时所说的盐钟乳和盐花就是此类地貌的体现。察尔汗盐湖是中国最大的钾、镁盐矿床，它有着极为丰富的钾镁盐资源，其盐类总储量达600亿t，其中，氯化钠550多亿t，氯化镁40亿t，氯化钾5.4亿t，氯化锂1 200万t，是中国钾镁盐的主要产地。察尔汗盐湖作为中国钾肥主要生产基地，每年氯化钾产量在700万t左右，生产氯化钾的企业也有十多家，为我国钾肥资源开采和粮食安全提供了有力保障。

察尔汗盐湖属氯化物型盐湖，主要矿藏为氯化钠、氯化镁、氯化钾和氯化锂。氯化钾资源主要是以卤水为主，原卤经过开采后，进入盐田不同阶段晒制，卤水析出不同组分的盐类，从而实现矿物提取。

2 察尔汗盐湖卤水资源的开发过程

察尔汗盐湖晶间卤水资源的开采过程，实质上是蒸发浓缩的一个过程，通过日晒，使卤水中水分不断蒸发，其中的盐浓度不断提高，当其中一种盐浓度达到饱和后，开始结晶析出。卤水中不同盐分的浓度和溶解度都不相同，利用此特点，在提取盐分矿物时，让不同盐分结晶析出时流经不同的人工盐田，使不同盐分析出在不同的人工盐田中，从而简单实现结晶析出的盐得以分离。察尔汗盐湖卤水矿物的开采过程为：晶间卤水→输卤渠→钠盐田→光卤石盐田→老卤。

一般情况下，察尔汗盐湖晶间卤水在浓缩过程中，析盐顺序为：氯化钠→氯化钠+光卤石→氯化钠+水氯镁石；如果晶间卤水中镁、钾比较低，会有一段钾石盐析出，其析盐顺序为：氯化钠→氯化钠+氯化钾→氯化钠+光卤石→氯化钠+光卤石+六水氯化镁。

3 卤水蒸发过程相图分析

文章以察尔汗晶间原卤为原料(组成见表1)，相较其他卤水，该卤水在蒸发过程中会有一段钾石盐析出段。通过分段蒸发析盐来进行相图分析，如图1。

表1 原料含钠光卤石的组成(20 ℃)Tab.1 Composition of Sodium-containing Carnallite(20 ℃) %

图1 察尔汗晶间卤水分段蒸发过程相图分析Fig.1 Phase diagram analysis of evaporation process of Chaerhan intergranular brine

3.1 原卤的浓缩

结合图1分析，察尔汗原始卤水系统点在M点，此时系统处在氯化钠相区，也就是说如果卤水析盐时，最先析出氯化钠。此时系统点在水图中对应点为M1点向M2点移动，即卤水为不饱和卤水，没有固相。在干基图上系统点、液相点、固相点三点重合。此卤水从矿区采出后，在采卤渠道输送过程中，受太阳光的照射，通过蒸发，卤水浓度得到不断提高，当在水图中系统点达到M2点时，氯化钠刚刚饱和(A′点的确定方法：A′是氯化钠在相应温度下的溶解度对应在水图上的表示点，利用A′和N1连线，与系统蒸发竖直线交点即为M2点)[1]，氯化钠开始饱和并开始析出，此时卤水进入钠盐池，并在钠盐池中集中结晶析出氯化钠。

3.2 卤水析钠过程

当卤水进入钠盐池后开始析出氯化钠，在干基图系统点为M点，固相点从M点向A点移动，液相点从M点向N点移动，当液相点到达N点，固相点到达A点时，固相量析出最大，系统固液相总量为线段AN长度，液相量为线段AM长度，固相量为NM线段长度，在水图中系统点M2向M3点移动，对应固相为A′点，液相对应点为N1点，期间蒸发水量为线段M2M3长度，此时因为只有一种盐析出，所以析出的氯化钠纯度比较高。

当液相点到达N点时，氯化钾也达到饱和，此时为了减少氯化钾损失，卤水进入钾石盐池，集中析出钾石盐(如果卤水析盐时，没有钾石盐析出段，实际生产时可以不需要钾石盐池，可以与光卤石析出段放在同一个盐田中，如果系统连续变化，当光卤石饱时，析出的氯化钾会回溶，并以光卤石的形式析出来，只是其中氯化钠的量较高，具体生产时，可以根据工艺条件进行调节)。

3.3 钾石盐析出段

此时要完成第一次固液分离，即析出的氯化钠固体和液相进行了分离，当卤水进入钾石盐池后，在钾石盐池中，系统点由M点变至N点(因为此时固液分离，N点为新的系统点)，此时卤水对钾石盐过饱和。依据过程向量法则，干基图中此时固相点为P点，并向Q点移动；液相点从N点向E点移动。当液相点到达E点，固相点到达Q点时，固相析出量最大，析出量为线段NE长度，液相量为NQ长度。在水图中，对应系统点从N1点移动到N2点，固相点从P1向Q1点移动，液相点由N1向E1点移动，期间蒸发水量为线段N1N2长度。干基图中当液相点到达E点时，此时有新固相饱和，即E点为氯化钠、氯化钾和光卤石三盐共饱，此时可以进行第二次固液分离，即析出的光卤石、氯化钠与液相分离，卤水进入光卤石盐田。

3.4 卤水析光卤石过程

当卤水进入光卤石池后，在光卤石池中，系统点由N点变成E点，此时卤水对氯化钾、氯化钠和光卤石三盐饱和。依据过程向量法则，干基图中固相点为D点，并向G点移动；液相点从E点向F点移动。当液相点到达F点，固相点到达G点时，固相析出量最大，析出量为线段EF长度，液相量为EG长度。在水图中，对应系统点从E1点移动到E2点，固相点从D1向G1点移动，液相点由E1向F1点移动，期间蒸发水量为线段N1N2长度[2]。当液相点到达F点时，此时有新固相饱和，即F点为氯化钠、光卤石和六水氯化镁三盐共饱，此时卤水已成为老卤，可以排至老卤渠，至此盐田晒卤工作告一段落(值得一提的是，在此过程中，不仅有光卤石析出，而且氯化钠也在一直析出)。

3.5 盐田晒卤蒸发过程总结(表2)

表2 盐田晒卤蒸发过程Tab.2 Summary of evaporation process of salt field drying brine

4 结语

1)由分析过程可知，盐田卤水分段晒盐过程，因为有若干次固液分离，所以,在相图中固液相及系统点的变化并非连续的，这与等温连续蒸发过程有所不同，但三点的变化规律、相图基本分析原理是一致的。

2)通过相图分析，在第四阶段可以看出，固相点从D点逐渐向G点移动的过程中，固相中氯化钠含量在不断升高。由相图分析可知，图中DG长度为含钠光卤石中氯化钠的含量，根据相图计算，DG/DA为含钠光卤石中氯化钠的含量，根据长度计算，含钠光卤石中氯化钠量高含量可以达到22%(仅以光卤石析出段计)。在实际生产中，为了保证光卤石品质，降低生产消耗，此段卤水晒制一定要做好系统分析和统筹安排。

3)结合蒸发过程分析和相图分析法则，只要量取相图中固相、液相对应的线段长度，就可以把相应阶段理论的固相量、液相量及系统总量计算出来，从而可以确定理论最佳工艺控制点。

4)结合卤水组分的变化和相图分析，可以对实际生产中盐田卤水的导输卤时间把握、导输卤量和析盐量计算、析盐指标的控制等，提供理论指导，当然，因为盐田晒盐影响因素较多，理论分析能提供大致的处理方向和较为准确的分析数据，具体指标还应结合实际生产情况综合分析。