不同温度下察尔汗盐湖卤水元素富集规律研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0441

摘要/Abstract

摘要：

察尔汗盐湖资源丰富，其卤水组分复杂且资源综合利用率有待提升。为系统研究钾、锂、铷、铯等元素的富集规律，本研究基于察尔汗盐湖达布逊区段的气候特征，开展了0 ℃、15 ℃和25 ℃的等温蒸发实验。结果表明，在不同温度条件下卤水结晶过程中呈现相似的结晶序列，其析出顺序依次为石盐（NaCl）、光卤石（KMgCl₃·6H₂O）和水氯镁石（MgCl₂·6H₂O），结晶过程中偶伴有少量石膏（CaSO₄·2H₂O）析出。温度对元素富集行为具有显著调控作用，15 ℃和25 ℃条件下主微量元素析出特征较为接近，但在15 ℃时多数元素的结晶效率更优，且同主族元素间存在类质同象现象。卤水中的Cs⁺和Rb⁺在25 ℃蒸失率约为68%、Sr²⁺在15 ℃蒸失率约为65%可获得最佳富集效果；Li⁺、B₂O₃、Br^-和I^-则更适宜在老卤中提取。研究结果从温度调控角度为察尔汗盐湖资源的梯度开发与高值化利用提供了重要科学依据。

关键词: 察尔汗盐湖, 等温蒸发, 卤水, 析晶顺序, 微量元素

Abstract:

Qarhan Salt Lake has abundant resources，but its brine composition is complex and the comprehensive utilization rate of resources needs to be improved.To systematically study the enrichment patterns of elements such as potassium，lithium，rubidium，cesium，etc.，the isothermal evaporation experiments at 0 ℃，15 ℃，and 25 ℃ was conducted based on the climatic characteristics of the Dabson section of the Qarhan Salt Lake.The research results indicated that the crystallization process of brine under different temperature conditions presented a similar crystallization sequence，with the precipitation order being as follows：halite（NaCl），carnallite （KMgCl₃·6H₂O），and bischofite（MgCl₂·6H₂O），occasionally accompanied by a small amount of gypsum（CaSO₄·2H₂O） precipitation during the crystallization process.Temperature had a significant regulatory effect on the enrichment behavior of elements.The precipitation characteristics of major and trace elements were relatively similar at 15 ℃ and 25 ℃，but the crystallization efficiency of most elements was better at 15 ℃，and there was a phenomenon of homogeneity among elements in the same main group.The best enrichment effect could be achieved by evaporating Cs⁺ and Rb⁺ in brine at around 68% at 25 ℃ and Sr²⁺ at around 65% at 15 ℃.The Li⁺，B₂O₃，Br^-，and I^- were more suitable for extraction in brine.This study provided important scientific basis for the gradient development and high-value utilization of Qarhan Salt Lake resources from the perspective of temperature regulation.

Key words: Qarhan Salt Lake, isothermal evaporation, brine, crystallization sequence, trace element

中图分类号:

TS396

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图/表 25

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参考文献 18

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编号	蒸失率/ %	各物质的质量浓度/（g·L^-1）
编号	蒸失率/ %	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO₄^2-
Z0-1	0	10.84	39.77	0.98	50.20	215.03	4.56
Z0-2	8.70	11.54	33.74	1.08	55.75	219.11	5.15
Z0-3	18.21	12.90	27.75	1.16	61.05	227.54	5.49
Z0-4	25.70	14.38	21.99	1.20	65.82	235.82	6.30
Z0-5	34.76	16.22	14.67	0.88	73.96	253.22	5.24
Z0-6	43.16	11.25	9.43	0.65	82.91	261.80	5.61
Z0-7	52.92	2.18	3.73	0.33	98.71	293.85	5.79
Z0-8	88.75	0.43	0.01	0.14	123.30	342.03	7.76

编号	蒸失率/%	各物质的质量浓度/（mg·L^-1）							密度/（g·mL^-1）
编号	蒸失率/%	Li⁺	B₂O₃	Rb⁺	Sr²⁺	Cs⁺	Br^-	I^-	密度/（g·mL^-1）
Z0-1	0	90.54	367.62	2.81	29.76	0.03	17.04	0.13	1.224 0
Z0-2	8.70	96.95	354.70	2.81	32.67	0.03	1.03	0.07	1.250 0
Z0-3	18.21	103.10	388.39	3.03	34.43	0.04	24.17	0.20	1.238 6
Z0-4	25.70	113.32	485.46	3.57	36.24	0.03	23.70	0.18	1.250 0
Z0-5	34.76	123.24	561.05	2.94	33.15	0.02	21.10	0.15	1.255 8
Z0-6	43.16	141.07	661.86	1.48	34.65	0.02	28.48	0.20	1.268 1
Z0-7	52.92	174.50	958.77	0.08	27.58	0.01	33.06	0.28	1.290 0
Z0-8	88.75	305.11	1 221.64	0.01	13.53	0.00	49.16	0.44	1.331 0

编号	蒸失率/ %	各物质的质量分数/%
编号	蒸失率/ %	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO₄^2-
Z0-9	8.70	0.38	34.83	0.06	1.53	57.31	0.15
Z0-10	18.21	0.49	32.99	0.06	2.19	55.60	0.22
Z0-11	25.70	0.53	31.98	0.33	2.37	54.49	0.90
Z0-12	34.76	0.59	29.93	1.22	2.54	51.95	3.03
Z0-13	43.16	9.32	8.44	0.24	8.12	43.69	0.69
Z0-14	52.92	9.07	5.26	0.34	8.81	40.50	0.94
Z0-15	88.75	1.12	1.46	0.10	11.75	35.74	0.36

编号	蒸失率/ %	各物质的含量/（μg·g^-1）
编号	蒸失率/ %	Li⁺	B₂O₃	Rb⁺	Sr²⁺	Cs⁺	Br^-	I^-
Z0-9	8.70	24.10	139.00	1.29	8.29	0.03	7.02	0.20
Z0-10	18.21	24.19	103.47	1.03	11.37	0.02	8.07	0.44
Z0-11	25.70	31.25	138.05	1.19	36.17	0.02	9.12	0.49
Z0-12	34.76	34.86	156.16	1.29	148.51	0.02	10.18	0.51
Z0-13	43.16	40.54	157.91	42.54	48.76	0.25	17.28	0.16
Z0-14	52.92	48.21	182.98	15.49	102.74	0.22	19.74	0.17
Z0-15	88.75	45.15	199.50	0.43	55.80	0.03	23.72	0.11

编号	蒸失率/ %	各物质的质量浓度/（g·L^-1）
编号	蒸失率/ %	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO₄^2-
Z15-1	0	10.84	39.77	0.98	50.20	215.03	4.56
Z15-2	15.82	11.74	36.66	1.03	53.98	219.59	4.95
Z15-3	24.17	12.12	32.89	1.07	56.54	222.60	5.22
Z15-4	29.83	12.86	29.66	1.13	59.14	225.77	5.55
Z15-5	34.62	13.37	27.95	1.16	61.29	230.52	5.66
Z15-6	40.93	13.94	24.84	1.17	64.11	234.16	5.78
Z15-7	47.24	14.36	21.95	1.20	68.22	237.97	5.94
Z15-8	53.48	15.79	19.45	0.95	72.09	240.82	5.41
Z15-9	64.66	17.50	13.71	1.04	79.35	258.88	5.98
Z15-10	71.19	17.06	10.26	0.57	85.54	270.73	5.18
Z15-11	75.98	12.78	8.98	0.53	89.04	273.68	5.36
Z15-12	80.48	9.14	7.59	0.52	93.84	277.77	5.63
Z15-13	84.54	5.87	5.96	0.51	97.92	286.79	5.96
Z15-14	88.46	3.40	4.45	0.29	99.81	297.90	5.75
Z15-15	91.73	1.92	3.21	0.20	105.89	313.38	5.96
Z15-16	96.95	0.71	1.67	0.15	113.44	339.30	6.36
Z15-17	97.39	0.63	1.53	0.13	112.59	340.88	6.46
Z15-18	97.75	0.61	1.55	0.11	116.74	339.08	6.70
Z15-19	98.19	0.60	1.55	0.11	116.48	341.31	7.06
Z15-20	98.48	0.61	1.58	0.10	115.90	338.60	7.19
Z15-21	99.06	0.60	1.57	0.10	116.91	342.58	7.87
Z15-22	99.49	0.60	1.49	0.10	118.00	342.58	8.64

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