盐田工艺控制管理系统的初探与研究

陈文祥

(青海盐湖工业集团股份有限公司， 青海 格尔木 816000)

1 前言

察尔汗盐湖蕴藏着极为丰富的盐类矿物资源，同时青海察尔汗盐湖是我国最大的钾肥生产基地，而盐田生产是利用卤水提取氯化钾[1-3]的关键环节，其产量、质量直接制约后续加工工艺控制的连续、稳定，决定钾肥产品的产量、质量、成本，如何科学合理有效地开发利用盐类矿物资源，已成为目前盐湖开发的重要课题。

而此系统可解决现有盐田工艺存在的技术问题，提高企业生产效率、资源利用率以及经济效益，同时也将对其它盐湖资源开发利用起到借鉴和示范作用。

2 工艺原理及流程

察尔汗盐湖卤水主要属于Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O四元水盐体系(其它微量元素可忽略)，不同比重的卤水蒸发量见图 1。

图1 卤水比蒸发值与密度关系图Fig.1 Relationship between specific evaporation value and density of brine

其化学分子式表示析盐顺序，盐田生产工艺流程见图2。

图2 盐田生产工艺流程图Fig.2 Process flow chart of salt field production

NaCl→NaCl+KCl→NaCl+KCl+KCl·MgCl2·6H2O→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O+MgCl2·6H2O

3 传统盐田生产系统问题分析

3.1 传统盐田生产系统缺点

青海盐湖钾肥公司盐田面积超过300 km2，卤水存量高达5亿m3，对于这么大的盐田及巨量的卤水，由于盐田工艺管理的落后，实际盐田生产中不可避免地产生诸多问题。

(1)盐田点多面广导致卤水取样时间长，导致监测数据严重滞后。

(2)泵体及管道结盐严重，影响盐田正常生产。

(3)盐田生产缺少理论指导数据(气象数据)。

(4)自动程度几乎为零，盐田工艺控制全靠人力。

(5)人力及设备维护费用高导致生产成本高。

由于存在以上5个问题，最终导致未能在E点及F点导卤及排卤，造成盐田生产出的原料光卤石矿质较差，致使加工厂钾收率降低、产品不合格率上升、尾盐排放量增大(提高了尾盐池的安全隐患)、钾肥生产成本上升。

3.2 传统盐田生产系统优点

(1)传统盐田生产系统工艺较为简单，工艺人员可操作较强；

(2)传统盐田生产系统设备较为单一、自动化程度低，所需专业设备维修人员技能水平较低。

4 相图分析及计算

根据Na+、K+、Mg2+/Cl-—H2O四元水盐体系相图，E点为光卤石析出点，F点水氯镁石析出点(表1)，如果在E点前提前导卤，将会导致本该在钠盐池中析出的部分NaCl%析出在光卤石池，造成光卤石矿品质降低；如果滞后导卤将会导致部分KCl%析出在钠盐池，造成一定的钾损失；同理，如果F点提前排卤，将会导致部分氯化钾提前排出，造成卤水中的钾损失，如果滞后排卤，将会导致一定的水氯镁石析出在光卤石池，造成光卤石矿品质降低，因此，盐田实际控制中最大程度应在E点及F点进行精准导卤与排卤。

表1 E点及F点15 ℃下卤水化学组成Tab.1 Chemical composition of brine of E point and F point at 15 ℃

4.1 提前导卤相图分析与计算(表2)

表2 2016年～2019年盐田导卤点与排卤点统计表Tab.2 Statistical table of brine diversion point and brine discharge point of salt field in 2016～2019

根据Na+、K+、Mg2+/Cl-—H2O 15 ℃相图分析(图3、图4)，冬季盐田生产过程中(表2)，系统点1#处在NaCL结晶区内，蒸发时首先析出NaCl，液相点从1#移至C点处于Car与NaCl结晶线上，说明Car与NaCl共析。1#点对比E点，根据杠杆规则分析，设单位体积卤水量100 kg，从相图中读出：NaCl与C点长度为90.363 9；C点与1#点长度为1.607 4，蒸发至C点时，共析出NaCl量为：1.607 4/90.363 9=x/100，x=1.78%。

图3 1#导卤点相图分析示意图Fig.3 Schematic diagram of phase diagram analysis of No.1 guide brine point

图4 1#导卤点相图局部示意图Fig.4 Partial diagram of phase diagram of No.1 brine leading point

可以看出，1#导卤点对比E点导卤点，由于提前导卤单位体积卤水量中光卤石矿多析出了1.78%的氯化钠。

4.2 滞后导卤相图分析及计算

根据Na+、K+、Mg2+/Cl-—H2O 15 ℃相图分析(图5、图6)，夏季盐田生产过程中(表3)，系统点2#处在Car与NaCl结晶线上，继续蒸发共同析出Car与NaCl，继续蒸发液相从2#移至F点Car、NaCl、Bis共析，固相点A处在固相Car与NaCl连线上。2#点与E点对比，根据杠杆规则分析，系统点2#点的固相点A与E点的固相点B相比，A点所对应的光卤石长度比B点所对应的光卤石长度较短，说明蒸发至F点，2#点析出的光卤石量少于E点析出的光卤石量。设单位体积卤水量100 kg,从相图中分别读的：NaCl与A点长度为65.52；NaCl与B点长度为68.76；Car与NaCl长度为86.82。

表3 2016年～2019年盐田导卤点与排卤点统计表Tab.3 Statistical table of brine diversion point and brine discharge point of salt field in 2016～2019

图5 2#导卤点相图分析示意Fig.5 Schematic diagram of phase diagram analysis of No.2 brine leading point

图6 2#导卤点相图局部示意图Fig.6 Partial diagram of phase diagram of No.2 brine leading point

65.52/86.82=x1/100,x1=75.47

68.7/86.82=x2/100,x2=79.20

x2-x1=3.73

可以看出：2#导卤点对比E点导卤，由于滞后导卤，单位体积卤水中损失了3.73%的氯化钾。

5 工艺改进措施

针对盐田工艺控制中存在的问题，提出了盐田控制管理系统(图7)，该系统最大程度可保障卤水在E点及F点精准导卤，实现光卤石矿的最优化，提高了盐湖钾资源的利用率，主要包含以下五个子系统：

图7 盐田生产管理控制系统示意图Fig.7 Schematic diagram of salt field production management and control system

5.1 气象监测系统

盐田系统的生产是以卤水蒸发为基础的，蒸发量多 ,结晶析出的光卤石矿也多 ,而蒸发与气象要素是等同的 ，只有通过气象要素的观测并结合卤水浓度才可推算出蒸发量与卤水比重 、温度 、化学组成的相互关系，以便提高盐田系统的生产效率并进行优化分析。因此，通过建立气象监测系统检测出风速、湿度、温度等气象因素变化与卤水蒸发速率的量化关系，并自动采集与蒸发、结晶相关参数，通过无线网络将数据传输至数据分析控制系统。

5.2 卤水浓度自动监测系统

卤水浓度自动监测系统每隔一段时间对关键控制点卤水自动检测一次，检测出卤水中的主要组成离子数，如K+、Na+、Mg2+、Cl-离子，检测出的数据通过无线传输至数据分析控制系统，而察尔汗盐湖卤水浓缩至光卤石点时 ,卤水中KCl含量最高KCl/NaCl比值最大 ,因此，重点建立起光卤石点卤水模型，ρ1=s1+r1T、m1=p1+q1T, 察尔汗区段卤水一组试验数据用回归分析方法推导出的管理模型为ρ=1.266 3+6×10-4T(y=0.996,s=1.225×10-3),KCl(%)=1.953+0.007T(y=0.98,s=0.03), 水氯镁点卤水受原卤组分的影响很小 ,因而建立，ρ2=s2+r2T,K2=p2+q2T,如表2数据建立的水氯镁石点模型为ρ=1.339 0+3.3×10-4T(y≈1),KCl(%)=0.03+0.002 7T(y≈1)[4]。

5.3 泵自动启停系统

通过对泵加装控制系统[5]，需要开启泵或关闭泵时，控制系统可自动发出命令开启或关闭泵，当泵发生故障后，泵控制系统会自动报警，并对泵故障部位实现自检，故障点以代号的形式显示在泵控制系统，并无线传输至数据分析控制系统，中控人员发现信号后及时联系维修人员进行故障排除与维护。

5.4 泵涂刷防结盐涂层及管道使用防结盐材料

成矿卤水及老卤由于是过饱和卤水，泵站在进行导卤时，泵体及管道会产生大量的结盐，导致导卤效率降低，计量不准确，同时需要大量的人力物力去物理撞击消除结盐，而对于泵体内部死角部位，实际生产中一般采用淡水浸泡的方式才能消除结盐，而当大量淡水通过管道进入盐田卤水中后，一是稀释了卤水浓度，延长了卤水成矿时间，二是打破了卤水过饱和度，将会造成盐田堤坝渗漏，因此，在泵体内涂刷防结等离子喷涂防粘不粘涂层及管道泵材质采用超高分子量聚乙烯可一定程度减缓结盐的速度。

5.5 数据分析控制系统

一是数据分析控制系统根据气象监测系统传输而来的数据进行分析，分析当前卤水状况与气象条件，随时建立和调整各种管理控制模型有关系数，计算每天的物料平衡 ，并指导盐田系统下阶段生产，当调节池中卤水保持在E点,然后从调节池把卤水泵入光卤石池 ,原卤按量泵入钠盐池 ,以保持调节池所需卤水浓度与卤水数量 ,从光卤石池排出的卤水量 、浓度根据调节池排入的卤水量而定，盐田统灌入的原卤和钠盐池的卤水浓度根据流入调节池的卤水量确定 。

二是当卤水浓度自动监测系统检测出卤水处于关键控制点E点及F点时，分析控制系统通过计算及分析，及时开启或关闭泵的数量，同时对泵发出指令开启和关闭，并自动计算出泵入量和泵出量。

6 结论

1)最大程度实现了卤水的精准导卤与排卤，保证了光卤石矿质的最优化，提高了加工厂的回收率和产品不合格率。

2)提高盐田生产效率，实现泵站的精准计量。

3)一定程度减少了加工厂浮选药剂的使用量，节约了一定的生产成本。

4)尾盐池减少尾盐排放量，从而减少尾盐池清理费用，同时降低了尾盐池的安全隐患。

5)泵的防结盐涂层及管道防结盐材质降低维护成本及人力成本，从而节省了大量的生产成本。

6)其它盐湖资源利用起到了一定的示范作用。