柴达木盆地马海地区深层卤水室内蒸发及元素行为研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0564

摘要/Abstract

摘要：

为开发马海深层卤水钾、锂等资源，首先通过统计并综合对比马海地区深层卤水与潜卤水的水化学特征参数，确定本实验深层卤水水化学性质介于潜卤水向深层卤水转变阶段，卤水类型为硫酸镁亚型，其水化学特征参数m（KCl）/m（MgCl₂）数值高达0.519，卤水组成点向KCl组成点靠近，钾石盐段的析出率延长。通过15~25 ℃室内蒸发实验、阶段液固相组成、固相物相XRD表征等研究，确定实验卤水蒸发路线、水化学特征参数、元素行为等规律。蒸发分为石盐、钾石盐和光卤石3个阶段，钾以钾石盐（KCl）和光卤石（Car）两种物相形式析出沉积，KCl物相的析出量占钾总析出量的61%，光卤石段并伴有泻利盐、水氯镁石的析出沉积。卤水锂、硼、溴等微量元素始终以离子形式赋存于卤水中富集浓缩，老卤中离子质量浓度已达到0.2 g/L以上。实验结果与25 ℃ Na⁺，K⁺，Mg²⁺//Cl^-，SO₄^2--H₂O五元体系介稳相图蒸发理论预测计算对比，两者吻合度较好，相图理论计算能够很好地指导实际马海深层卤水蒸发析盐。研究结果为马海地区深层卤水的综合开发利用提供了理论支持。

关键词: 深层卤水, 水化学特征, 相图计算, 钾盐沉积, 元素行为, 硫酸镁亚型

Abstract:

In order to develop potassium and lithium resources in the deep brine from Mahai region，through the statistics and comprehensively comparison of hydrochemical characteristics of the deep brine and subsurface brine from Mahai region firstly，it was determined that the deep brine of this experiment was in the transition stage from subsurface brine to deep brine.The type of experimental brine was still magnesium sulfate subtype，and its hydrochemical characteristic parameter m（KCl）/m（MgCl₂） was so high to 0.519 that it was nearer to the composition point of phase KCl，with prolonged precipitation rate of the sylvinite section.Then，through the indoor evaporation experiment at 15~25 ℃，chemical compositions of stage liquid and solid phase，and XRD patterns analysis，laws including the evaporation route of Mahai deep brine，hydrochemical characteristics，elemental behaviors were determined.The evaporation was divided into three stages：halite，sylvinite and carnallite，potassium was deposited in two phases，KCl and Car，with phase KCl accounting for 61% of total potassium precipitation，and the carnallite section was accompanied by deposition of phase epsomite and phase bischofite.Trace elements such as Li，B，and Br were always concentrated in the form of ions，and the ion concentration had reached more than 0.2 g/L in the bittern.Finally，there was a good match between experimental results and theoretical evaporation calculations，theoretical calculations of the metastable phase diagram 25 ℃ Na⁺，K⁺，Mg²⁺//Cl^-，SO₄^2--H₂O could be used to guide the actual Mahai deep brine evaporation better.The results provided theoretical support for the exploitation and comprehensive utilization of Mahai deep brine.

Key words: deep brine, hydrochemical characteristics, phase diagram calculations, potash deposit, elemental behaviors, magnesium sulfate subtype

中图分类号:

TS392

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图/表 8

表1

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表2

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图5

参考文献 33

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编号	质量浓度/（g·L^-1）
编号	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO₄^2-	B₂O₃	Li⁺	Br^-
L0	107.26	5.28	5.96	0.86	183.02	6.04	0.11	5.72×10^-3	9.12×10^-3

阶段	编号	计算工艺参数			液、固相质量分数/%
阶段	编号	成卤率/%	析盐率/%	蒸失率/%	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO₄^2-
石盐段	L_E-1	12.01	21.76	66.23	3.66	3.64	4.11	0.017	17.78	2.74
石盐段	S_E-1	12.01	21.76	66.23	38.78	0.00	0.00	0.330	59.81	0.78
钾石盐段	L_E-2	6.81	23.40	69.79	0.32	1.96	7.24	0.009	17.86	4.84
钾石盐段	S_E-2	6.81	23.40	69.79	25.44	18.53	0.00	—	56.03	—
钾混盐段	L_E-3	6.69	23.45	69.86	0.31	1.86	7.33	0.009	18.03	4.75
钾混盐段	S_E-3	6.69	23.45	69.86	2.83	17.88	5.79	—	20.58	22.88
光卤石段	L_E-4	4.10	24.83	71.07	0.06	0.03	9.00	0.012	20.58	3.42
光卤石段	S_E-4	4.10	24.83	71.07	1.31	8.94	8.82	—	26.35	12.91

编号	工艺参数					液相质量浓度/（g·L^-1），固相质量分数/%
编号	成卤率/%	析盐率/%	蒸失率/%	ρ/ （g·mL^-1）	pH	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO₄^2-	B₂O₃	Li⁺	Br^-
L0	100.00	0.00	0.00	1.208	6.97	107.26	5.28	5.96	0.86	183.02	6.04	0.11	5.72×10^-3	9.12×10^-3
L1	66.94	9.04	24.02	1.210	6.83	107.16	7.92	9.10	0.92	193.16	8.28	0.18	8.20	10.05
S1	66.94	9.04	24.02			37.55	0.09	0.10	0.26	58.50	0.71	2.80×10^-3	1.00×10^-4	3.30×10^-3
L2	30.43	21.24	48.33	1.220	6.78	89.88	17.04	19.57	0.56	200.00	14.28	0.38	18.00	30.16
S2	30.43	21.24	48.33			35.62	0.17	0.20	0.35	57.31	1.00	1.30×10^-2	3.00×10^-4	4.00×10^-3
L3	15.44	25.51	59.05	1.246	6.40	55.56	32.08	38.60	0.28	207.48	24.80	0.69	33.04	50.08
S3	15.44	25.51	59.05			36.82	0.30	0.36	0.27	56.99	0.90	8.30×10^-3	3.00×10^-4	4.20×10^-3
L4	10.76	26.80	62.44	1.266	5.96	34.56	37.40	54.64	0.23	222.60	33.28	0.98	46.84	80.24
S4	10.76	26.80	62.44			31.70	5.26	0.62	0.15	54.81	1.31	1.30×10^-2	5.00×10^-4	3.10×10^-3
L5	7.50	27.84	64.66	1.287	5.33	16.40	24.44	76.50	0.14	236.16	45.12	1.38	65.24	100.13
S5	7.50	27.84	64.66			20.17	17.00	1.34	0.12	50.28	1.43	2.40×10^-2	1.10×10^-3	5.90×10^-3
L6	4.33	29.28	66.39	1.312	4.05	6.56	10.00	95.00	7.20×10^-2	264.44	42.44	2.15	105.20	178.51
S6	4.33	29.28	66.39			5.71	8.12	8.53	4.70×10^-2	34.64	8.70	4.20×10^-2	1.50×10^-3	1.20×10^-2
L7	1.71	30.71	67.58	1.360	3.65	1.72	0.76	126.08	5.00×10^-2	338.32	43.40	4.44	216.68	312.72
S7	1.71	30.71	67.58			1.63	2.72	12.65	1.50×10^-2	36.40	7.04	0.12	5.70×10^-3	1.70×10^-2

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