察尔汗盐田工艺走水路线及影响因素研究

徐向阳(青海盐湖工业股份有限公司钾肥分公司，青海 格尔木 816000)

0 引言

察尔汗盐田系统为实现对盐田晒矿工艺的精准控制，达到最大程度利用盐田滩晒面积，以实现卤水均衡晒矿、无死角晒矿，减小横向及纵向卤水浓度差值，推行实施“对标管理、精准调控、大S走水、快速晒矿”工艺控制措施。为实现盐田光卤石矿单位面积产量最大化进行研究。

1 理论依据

察尔汗盐湖卤水主要属于Na+、K+、Mg＋＋/Cl--H2O四元水盐体系，卤水在盐田经滩晒蒸发，其析盐NaCl→NaCl+KCl→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O+MgCl2·6H2O,即石盐-钾石盐-光卤石-水氯镁石。光卤石石盐田将E点卤水进入光卤石池中进行蒸发，尽可能最大析出光卤石矿，然后老卤从光卤石池中排出。卤水浓度的变化、卤水温度的变化、卤水各种组份的变化以及相关因素的变化(如风，干湿度，池中水深等的变化)都直接影响盐田光卤石矿的产量和质量。

2 盐田工艺走水路线影响因素

2.1 盐田工艺走水面积布局

2.1.1 盐田布局

盐田位置布局取决于当地蒸发量、降雨量、卤原、地形地貌、盐田地基等综合条件是否满足，才能进行较好的盐类生产。确定好参数后，选择工艺走水方式，工艺走水路线决定盐田布局，盐田工艺走水应遵循当地地形地势布局，充分当地利用地形、地貌设计，盐田池系之间要有一定的落差，才能获得自流所需的流量，如：察尔汗盐湖，布置盐田的自然地形的基本特点是西高东低，南高北低，这为实现盐田的长串联走水提供了较为便利的条件。

2.1.2 盐田地基

盐田应选在较为密实的地基上以避免渗漏造成的过大的氯化钾损失率，如果地基疏松高、图层空隙大，应采取措施防止渗漏。地基应平整、平坦。过大的地基落差需要更多的堤坝及更小的盐池。晒制池板之前，要对凹凸不平的地基进行平整便于采收作业。另外，盐田周围需要进行清盐作业的区域应平整坚实以便机械设备清盐，一个盐田是否合适，取决于卤水浓缩比、盐份类型、采收方式，如水采船要求池板的坚实程度比旱采高。另外浓缩比要求的话，对池板要求就没有高比值浓缩那么严格。当调节池改为光卤石池后，由于盐层没有清理加上未晒制池板，当矿层厚度小于20cm后，导致采船作业时将光卤石矿与盐混合后一并打入加工车间，造成加工车间整体工艺紊乱，严重影响产品质量及数量，并造成生产成本的上升。因此，盐田设计时一定要晒制20cm厚高钠池板，如加入一定的锰元素，可提高池板硬度和强度。

2.1.3 盐田适当细分

研究表明，盐田系统常被分成若干小池后，可以提高盐田产量，但不是盐田细分越多越好，细分若干后，蒸发量增量越来越小。当蒸发量因素确定后，盐田面积的大小决定盐田的实际产能，而盐田实际产能也要满足采船计划作业时间内的打矿量。细分盐田不仅避免了不同浓度卤水混合后损失的盐田蒸发率，又降低了卤水浓度，提高了盐田蒸发量，蒸发量增大，盐田光卤石产量也相应增大，盐田的划分实质也是分段结晶，可以获得不同质量的光卤石矿，更便于盐田精细化生产管理。

2.2 盐田工艺走水路线方式

2.2.1 串联工艺走水路线

由高位加卤池向第一步结晶池持续加入新饱和卤水，在串联流动中蒸发、析盐；随着串流步数的顺序，浓度逐步提高，至最末端结晶池，卤水到达终止浓度后排放。

优点：第一、串联走水可提高盐田产量，在一定条件下，卤水的蒸发量与卤水密度成反比，而串联走水实质就是避免了不同卤水的掺兑，提高了卤水蒸发率；第二、实现光卤石盐田走水的连续性，卤水从进入至最终排出过程能够连续进行，便于盐田水位的控制。第三、老卤排放连续，不会形成大量集中排放，有利于整个盐田设施老卤的均衡排放。

缺点：前段光卤石盐田成矿率高、成矿量较大，中末端盐田成矿率低、成矿量小，由于走水路线较长，需要增加盐田走水所需的过水溜槽，增加基建投资，盐田生产中由于过水溜槽的增加，导致后期维护费用较高，溜槽清盐工作量加大。

2.2.2 并联工艺走水路线

由于走水路线较短，即第一池卤水达到某一组成点时才能排往第二池，第二池达到老卤点时，从盐田排出。

优点：盐田走水所需的过水溜槽较少，投资相对较省。

缺点：盐田走水难以实现连续性，这种走水方式易形成老卤的集中大量排放，对整个老卤排放系统造成不利影响，不能形成光卤石池矿量的高产。

2.2.3 单元格工艺走水路线

盐田工艺走水一直遵循“大串联走水为主、短调为辅”的工艺走水路线，从初始进卤至最终排卤，卤水浓度逐渐增大，卤水中KCl%(wt)逐步衰减且最后难以析出，光卤石矿主要结晶于工艺走水的前几池，是比较科学的走水方式。这种走水方式优点为能够保证将卤水中的k+“吃干榨净”，其成矿结晶分布特点为比重在1.275～1.285结晶60%光卤石矿，后段逐步减产，特别是前段光卤石池卤水质量好、卤水蒸发量高、成矿率高、成矿量大、光卤石厚度厚等特点。其缺点为盐田成矿不均匀，中末端盐田卤水质量差、卤水蒸发量小、成矿率低、成矿量小、光卤石厚度薄等特点。

优点：单元格工艺走水通过“单元格模块化”盐田管理，将各个光卤石池划分为几个单元格模块，单元之内既自成体系，单元之间又相互联系，单元之内按三级矿量，单元之间保均衡晒矿，各单元进卤到中间自流控制，再到排卤的整个过程都自成体系，以达到精准分布矿厚、精准卤水控制，均衡分布矿量、多长矿、长好矿为总体目标。

缺点：由于注重过程控制，需要增加基础设施和泵站，增加基建投资，导致后期盐田设施和泵站运行维护费用较高。

2.2.4 单池晒矿

单池是最为简单的盐田生产系统，是一种间断的生产过程，即一定量的卤水灌入光卤石池后，蒸发至老卤点时一次性排出，之后进行采矿，一般应用于旱采盐田。

优点：为了缩短旱采盐田出矿周期，旱采盐田面积一般较水采面积小，其工艺最为简单，操作更为灵活，不影响其它盐田生产。

缺点：最为简单的一种晒矿方式，其工艺流程为：灌卤→晒矿→排卤→出矿，而出矿又由排水、挑鱼刺、造面、装运、上矿五部分组成，需要大量的人力、物力配合，以及高昂费用的机械台班，生产成本最高，由于出矿周期长，导致盐田晒卤周期减少，年生产光卤石矿减少，由于出矿大型机械对道路破坏较大，造成道路后期道路维修成本高。

2.3 深卤结晶

(1)提高质量。卤水深，热容量大，当气温高、蒸发量大时，卤水深的结晶池卤温较低，过饱和度小，不致使新晶核大量和晶体过快成长；气温低、蒸发量小时，深卤盐田卤温较浅卤盐田卤温又高，卤水能继续蒸发，使晶体徐徐成长，因此，卤深能克服结晶速度忽快忽慢和晶核与小晶体小数目较多，悬浮的时间长，从而扩大了卤水的接触面，使晶体的成长速度由于表面积的增大而相应减慢。再次，卤温的日变幅度小，可减少因冷却产生的析盐现象，减少盐沫子，所以适当增加卤深，可获得较为均匀的光卤石晶体。

(2)提高产量。结晶池卤水深，阳光入射、反射通过卤水的光路长，卤水吸收热量多，日平均温度高，蒸发量大，同时，在相同风力作用下，卤深波浪大，蒸发液面扩大，有利于水分子溢出，蒸发效率提高。

2.4 新、老卤掺兑

新老卤掺兑并不比新卤结晶少蒸水，所兑入的老卤只是在过程中空转，兑卤液浓度较新卤高，且整体卤量加大，导致比蒸发系数降低，蒸发水量减小，旱采盐田减少掺兑有利于提高蒸发，水采盐田采用串联走水实际也是减少掺兑，根据相图理论的直线规则和杠杆原理，两种饱和卤水(入达布逊湖水与晶间卤水)混合后的新体系之间，析出了少量氯化钠，但中体系浓缩到光卤石点需蒸发的水量并没有减少、平均蒸发系数减小，蒸发效率降低了。

2.5 夏季储卤、冬季排卤

成矿卤水溶液中，氯化钾受温度影响较大，由于卤温骤然降低，导致部分光卤石矿析出在光卤石池，因此可提高盐田水位，最大量增加低温卤水光卤石产量，反之，而到了升温季节，由于卤水的逐步升温，可大量排出光卤石盐田的老卤水，一定程度上避免卤水升温引起的溶矿。

蒸发量低的季节，由于处于风季，可适当降低光卤石盐田水位，减少风对坝体侵蚀，造成坝体的安全隐患较大，产生人力、物力维护费。

2.6 卤水流动中的机械能

由高位池向低位池走水过程中，晶体或溶液的相对运动，使晶体各部分不断与新鲜过饱和溶液接触，并逐渐成长，溶液的运动，叫晶体动力学，溶液相对运动，有两方面好处：

(1)提高质量。晶体或溶液的相对运动，可消除晶面上溶液过饱和差别。使晶体不易产生包裹体；可以减小晶面附近扩散层的厚度，使杂质不易进入晶体，因此在过饱和大的情况下，要长出均匀优质的晶体，必须加强晶体对溶液的相对运动，使晶体在运动中“健康成长”。

(2)提高产量。卤水由高位池流入低位池，卤水运动中具备了一定的机械能，导致晶体或溶液的相对运动，提高了晶体的生长速度，因而增加了晶体的数量，在蒸发晶体中溶液运动有利于水分子溢出，加快晶体析出，提高了盐田光卤石产量。

2.7 异常情况下盐田操作原则

所供卤水比重偏高或偏低，质量难以达到要求；不能按需供卤，供卤不连续，质量达不到要求。每一次卤水供给质和量的变化都会影响盐田走水路线的改变，影响晒矿的质量和长矿的速度。当卤水供给发生异常时，盐田工作者应及时采取对策，因时、因地，适时的对卤水走水路线进行改造和优化，保证在卤水质量和数量供给出现异常情况下盐田工艺运行正常[1]。

(1)卤水供给质量达不到工艺要求时的工艺控制。卤水供给质量达不到要求，有两种情况：一是卤水比重偏低，采取的措施是“延长走水路线、扩大滩晒面积；缩短析盐时间，加速E点形成”。二是卤水比重偏高，采取的措施是“缩短走水路线、减少滩晒面积；渠道快速走水，避免钾的损失”，当卤水供给比重偏低，这时一要增加滩晒面积，二要延长走水路线，二者结合使用，在流动中促进蒸发，以达到快速转换成合格卤水的目的。

(2)卤水供应数量不连续、不稳定时的工艺控制。卤水供应不连续稳定，供给量时多时少，均会造成光卤石池进、出水不平衡。一是E点水富裕，光卤石池水位高，又达不到老卤点，为保证堤坝的安全和采船正常作业水位，无法排卤；二是当E点水短缺，光卤石池水位低，又已到老卤排放点(F点)，为保证采船正常作业水位，无法排放。这时，为保证生产所急需，采用的原则是“非常态、短时间紧急放行；因势利导，适时、灵活调控走水路线”。最终的目的是要“常态化，连续、稳定进排水”，即“进、出水：质量要到点，卤量要平衡，滩晒时间要短”。

3 结语

加强盐田工艺控制 ，提高钾资源回收率，满足钾肥生产的需求。充分发挥盐湖卤水钾矿资源的优势，以资源开发促进经济发展，使察尔汗盐田系统走可持续发展之路。