广东省机械设备成套局
李建国;关云山;戴杰;余明祥;程芳琴
【摘 要】依据K+,Na+,Mg2+∥Cl-,SO42--H2O体系15℃介稳相图,对青海马海盐湖低品位钾矿溶采卤水进行了等温蒸发过程相图分析,揭示了该盐湖卤水蒸发过程中盐类富集行为和析出规律.依据相图通过计算得出:该盐湖卤水在等温蒸发时应采取分段蒸发,且给出了各个蒸发结晶池终了时刻应控制的母液组成,为该盐湖卤水的综合开发利用提供了理论依据.
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2013(045)012西四胡同
【总页数】4页(P17-20)
【关键词】马海盐湖;溶采卤水;相图分析及计算
【作 者】李建国;关云山;戴杰;余明祥;程芳琴
【作者单位】青海大学化工学院,青海西宁810016;青海大学化工学院,青海西宁810016;青海盐湖工业集团股份有限公司;青海中信国安科技发展有限公司;山西大学资源与环境工程研究所 【正文语种】中 文
【中图分类】TQ131.13
马海盐湖位于柴达木盆地东北部，海拔高度为2700～2760 m，地形平坦，为四周山区与丘陵环绕的闭流盆地［1］。其矿床为固液形态并存、贫富矿石并存、矿层埋藏深浅并存的多种盐类组分的现代盐湖大中型矿床。矿区的开发始于1987年，早期的民营企业大多采用正浮选工艺和热溶法工艺开采地表固体矿石（主要是钾石盐矿和光卤石矿，品位在59%～82%），选矿比为 11～15，回收率较低［2］。 由于采矿时追逐富矿、放弃贫矿和选矿工艺粗略的实际状况，经过20 a无序和低水平开发后，矿床浅表部高品位的固体富钾矿石资源已经接近枯竭，剩下的地表固体贫矿石资源KCl平均品位在5%左右［3］。
为了延长矿山服务年限、合理开发利用矿产资源，在地方政府的支持下，2007年国有深圳
中航集团股份有限公司收购整合了原来的诸多民营小企业，矿区的发展迎来新的机遇，迄今氯化钾产量累计达到近百万吨。近年来，随着青海中航资源有限公司生产能力的不断提高，马海盐湖矿区的浅部富钾卤水资源迅速消耗、潜卤水水位大幅下降，从而使浅表部大量固体贫钾矿石被“架空”，置于潜水位之上，丧失了原有自然状态下固-液相互转化的良好条件，逐渐成为了难以开发利用的矿产资源。从合理利用和保护资源、缓解中国钾肥对外依存度高、保证国家粮食安全的角度出发，对这部分低品位固体钾矿的开发利用进行研究非常重要。
从高效利用的角度看，对低品位钾矿的开采，一个可行的方法就是对表层矿溶解开采［4］，经过固转液、盐田蒸发制取光卤石等工艺技术生产钾肥，才能实现其潜在价值。笔者以马海盐湖溶采卤水为原料，对其进行 15 ℃等温蒸发， 利用 K+，Na+，Mg2+∥Cl-，-H2O五元体系介稳相图进行分析及计算，了解卤水在蒸发过程中的化学组成变化，盐类的析出顺序、种类和数量，各种盐类的富集规律，为溶采卤水的合理开发、工业化利用提供重要的理论依据和数据参数。
1 相图分析麻醉药品五专
1.1 原料卤水
原料卤水由位于马海盐湖的青海中航资源有限公司提供。此卤水为溶采卤水，其成分见表1。由表1 可知，可以采用 K+，Na+，Mg2+∥Cl-，-H2O 五元体系介稳相图对该卤水的蒸发过程进行相图分析及计算。
表1 马海盐湖溶采卤水组成（以离子计） %卤水成分 K+ Na+ Mg2+ Cl- H2O 总和质量分数 0.664 7.794 1.403 1.195 15.83373.111100.000易信营销
将表1中的离子质量分数换算成盐类质量分数，结果见表2。
表2 马海盐湖溶采卤水组成（以盐类计） %卤水成分 K2Cl2 MgCl2 MgSO4 Na2Cl2 H2O 总和质量分数 1.266 4.310 1.498 19.817 73.109100.000
经过计算，100.000 g卤水的有关数据见表3。
表3 马海盐湖溶采卤水组成（以100.000 g卤水计）注：耶涅克指数J′表示各物质相对于100 mol总干基盐的物质的量分数，%。卤水成分 K22+ Mg2+ Na22+ H2O Σ三离子n/mol
0.008 0.058 0.012 0.170 4.057 0.079 J′/% 10.79773.382 15.821 215.558 5158.885 100.000
1.2 相图分析（主要从简化干基图中进行分析）
1.2.1 相图制作
以金作美等 15℃等温蒸发条件下 K+，Na+，Mg2+∥Cl-，-H2O五元体系介稳平衡溶解度数据分别作出简化干基图、水图及钠图［5-7］，见图1。为了使图面清晰明了且能满足讨论问题的需要，在水图及钠图中仅各自划出了一条Na2Cl2、K2Cl2及Eps共饱线［C′D′及 C″D″］。
1.2.2 相图分析
根据表3中的有关J′值，在图1中的简化干基图、水图及钠图中分别标出卤水初始系统点M（M′、M″）。将原始溶采卤水在一个蒸发结晶池中以15℃进行持续等温蒸发，至蒸干时各阶段蒸发过程分析如下（见图 1）。
新经济时代
图1 K+，Na+，Mg2+∥Cl-，-H2O体系15℃介稳相图（对Na2Cl2饱和）Gla—3K2SO4·Na2SO4；Pic—K2SO4·MgSO4·6H2O；Ast—MgSO4·Na2SO4·4H2O；Eps—MgSO4·7H2O；Car—KCl·MgCl2·6H2O；Bis—MgCl2·6H2O；Hex—MgSO4·6H2O
第一阶段。首先判断蒸发时哪种盐先析出。现系统点 M（M′、M″）落在了 K2Cl2结晶区，尽管整个干基图对Na2Cl2而言是饱和的，但也不能因此就说卤水蒸发时是Na2Cl2首先饱和析出，应结合图进行判断。从图可以得出Na2Cl2及K2Cl2两盐共饱时 =14.926% ，而刚开始时=215.558%，因为，所以在本阶段蒸发时应是Na2Cl2首先饱和析出，且为Na2Cl2单一析出最大量。在简化干基图中反应不出这一阶段。
第二阶段。从M点的位置判定第二个饱和的固相是K2Cl2，本阶段是Na2Cl2、K2Cl2共析，固相点为（K2Cl2），液相沿着过程向量的方向由M移至O。
房东蒋先生第三阶段。O是液相线上的一点，从CD线上的过程向量分析可知，本阶段是Na2Cl2、K2Cl2及Eps共析，液相沿液相线从O向D运动，总固相在（K2Cl2）、L连线上运动，当液相到达D点时，固相到Ⅰ点。
第四阶段。D是四固一液平衡零变点，在简化干基图上应有除Na2Cl2以外的3个过程向量，其和必为零。经判定零变点D是第二种不相称零变点，蒸发时必然是有的固相要溶解，有的固相要析出。运用过程向量法则判断可知：该过程向量和为零，是 Eps脱水变为 Hex，而 Na2Cl2、K2Cl2不参与，直至Eps消失为止。本阶段液、固相点不动，仍分别在D及Ⅰ点。
第五阶段。Eps溶完，从简化干基图中可知，系统少了一相，即获得了一个自由度，液相的组成可以沿共饱线变化了。由于Eps的消失，此时系统则相当于Na2Cl2、K2Cl2及Hex与它们的共饱溶液处于平衡状态，液相相当于在共饱线DE上，过程向量应有两个，说明继续蒸发时，Na2Cl2、K2Cl2及Hex共同继续析出，液相从 D到 E，总固相点仍应在 L、（K2Cl2）连线上，即随着液相由D到E，总固相点由Ⅰ到Ⅱ。Ⅱ点是 E、M 连线与 L、（K2Cl2）连线的交点。
第六阶段。E是四固一液平衡零变点，在简化干基图上，应有除Na2Cl2以外的3个过程向量，其和必为零。经判定零变点E是第一种不相称零变点，蒸发时必然是有的固相要溶解，有的固相要析出。运用过程向量法则判断可知：该阶段是K2Cl2溶解，Hex、Car析出，
过程向量和为零，液相在E不动，当然，在此过程中Na2Cl2依然是一直析出的。本阶段，液相在E点不动，固相点应在△L（K2Cl2）U上运动，同时要在E、M连线上，即从Ⅱ到Ⅲ点。固相点到达L、U连线上的Ⅲ点时，说明K2Cl2已溶完。
第七阶段。K2Cl2溶完，从简化干基图中可知，系统少了一相，获得了一个自由度，液相的组成可以沿共饱线变化了。由于K2Cl2的消失，此时系统则相当于Na2Cl2、Hex及Car与它们的共饱溶液处于平衡状态，液相相当于在共饱线EY上，过程向量应有两个，说明继续蒸发时Na2Cl2、Hex及Car共同继续析出，液相从E到Y，总固相点仍应在L、U连线上，即随着液相由E到Y，总固相点由Ⅲ到Ⅳ。Ⅳ点是Y、M连线与L、U连线的交点。
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