氯化鉀生產(chǎn)工藝中的溶鎂技術(shù)研究

李小飛(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816099)

0 引言

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司在察爾汗擁有國內(nèi)最大的氯化鉀生產(chǎn)基地，2019年氯化鉀的年產(chǎn)量已達(dá)500萬噸，氯化鉀生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力位居世界前列，而對生產(chǎn)中伴生資源的開發(fā)利用還處于初期階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1 噸氯化鉀可排放老鹵(含氯化鎂33%左右)40 m3左右，迄今尚未有效利用。這不僅造成了鎂資源的浪費(fèi)，而且對鹽湖生態(tài)環(huán)境造成破壞并形成“鎂害”。

隨著氯化鉀產(chǎn)品的產(chǎn)出伴隨有大量的老鹵排出，將氯化鉀生產(chǎn)工藝副產(chǎn)的老鹵集中排入10.67 km2老鹵鹽田，一部分進(jìn)鹽田曬制成鋰鹵水供鋰業(yè)公司生產(chǎn)碳酸鋰，一部分經(jīng)溶劑兌制補(bǔ)給各采區(qū)用于固液轉(zhuǎn)換。而隨著鹽、鎂、鈉類結(jié)晶物的增多持續(xù)上升結(jié)晶嚴(yán)重，大量六水氯化鎂在10.67 km2鹽田析出，導(dǎo)致蓄鹵量不足，影響萬噸級碳酸鋰的原料供給。因此，迫切需要在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上增加鹽田面積，提高蓄鹵量，對提高萬噸碳酸鋰生產(chǎn)的提質(zhì)提量有著積極重大的意義。到目前為止，在鉀肥生產(chǎn)工藝?yán)消u水的循環(huán)利用方面，老鹵鹽田溶鎂工藝還是應(yīng)用空白，迫切有待解決。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析

液化開采鹽類礦床的方法國外已廣泛應(yīng)用，在鉀鹽方面，加拿大薩省鉀鹽礦床用液化開采方法使其可采鉀鹽儲量增加到686億噸；荷蘭成功利用液化開采方法回收埋深2 400 m的光鹵石礦；美國西爾斯湖用水溶法開采固體鉀芒硝。值得一提的是上述開采主要是鉀鹽類礦產(chǎn)。國內(nèi)外和鹽湖鎂資源開發(fā)利用相關(guān)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究報(bào)道較多，這為鹽湖鎂資源的深入開發(fā)利用提供了一定的基礎(chǔ)條件，但與此鮮明對比的是在鉀肥生產(chǎn)工藝?yán)消u水循環(huán)利用方面，老鹵鹽田固體鎂的液化開采，國內(nèi)還沒有相關(guān)報(bào)道。到目前為止，在鉀肥生產(chǎn)工藝?yán)消u水的循環(huán)利用方面，老鹵鹽田溶鎂該工藝還是應(yīng)用空白，迫切有待解決。綜上所述，為提高鹽湖資源綜合利用水平，鎂資源的開發(fā)利用研究將持續(xù)為關(guān)注重點(diǎn)，這既符合我國國情，又具中國特色。

國內(nèi)青海鹽湖工業(yè)股份有限公司通過承擔(dān)國家“十一五”科技支撐計(jì)劃“柴達(dá)木盆地鹽湖難開發(fā)鉀礦開采技術(shù)研究”項(xiàng)目，研發(fā)了“固體鉀礦的浸泡式溶解轉(zhuǎn)化方法”，并在別勒灘礦區(qū)及察爾汗礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。以“固體鉀礦的浸泡式溶解轉(zhuǎn)化方法”為基礎(chǔ)，現(xiàn)有溶劑制取泵站為依托，利用工程手段將微咸水與沉積的鹽層混合制成合格溶劑，以便礦區(qū)高鎂固體礦的溶解開采[1]。

2 工藝流程概述

察爾汗鹽湖是我國最大的氯化鉀生產(chǎn)基地，“反浮選—冷結(jié)晶”工藝生產(chǎn)的氯化鉀產(chǎn)品占總產(chǎn)量75%，該工藝是依靠從鹽田灘曬得到的含鈉光鹵石，利用反浮選、冷結(jié)晶工藝生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品。鹽田曬制光鹵石工藝是利用太陽能蒸發(fā)鹵水，通過鹵水濃縮，控制鹵水濃度，使其中的成分分段結(jié)晶析出。當(dāng)鹵水點(diǎn)達(dá)到MgCl2·6H2O結(jié)晶時，說明此時光鹵石結(jié)晶結(jié)束，應(yīng)將老鹵及時排出鹽田。老鹵是鹽田曬制光鹵石后所剩下的高鎂母液，其主要組分為含氯化鎂32.5%、氯化鉀0.3%、氯化鈉0.65%。目前，礦區(qū)鹽田老鹵均經(jīng)：“老鹵渠道+老鹵提升泵站”輸送至采區(qū)配置固體礦溶礦溶劑循環(huán)利用，中途有部分老鹵作為原料提鋰后再返排至老鹵渠道。由于鹽田排出的老鹵量大，根據(jù)鹽田工藝計(jì)算，年老鹵排放量約17 500萬噸，換算成體積即為12 868萬m3(密度取1.32g/cm3)。

現(xiàn)有10.67 km2老鹵鹽田，隨著鹽、鎂、鈉類結(jié)晶物的增多持續(xù)上升，結(jié)晶了平均0.71 m厚的鹽鎂鈉類結(jié)晶物，鹽田中間部分鎂層厚度約1 m，而且形成南高北低兩側(cè)走水的現(xiàn)狀，導(dǎo)致蓄鹵量不足，長此以往將制約萬噸碳酸鋰生產(chǎn)。在確保生產(chǎn)正常，淡水充足的情況下，本著技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的原則，依照淡水流動式浸泡溶鎂及其他結(jié)晶物的形式，現(xiàn)提出可行方案。

3 試驗(yàn)方法與研究

3.1 原樣分析

取老鹵池結(jié)晶物樣進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 結(jié)晶物組分分析 單位：%

從分析結(jié)果可以看出，該老鹵池結(jié)晶物中MgCl2含最較高，占全部組分的43%左右，由于鹽田中長時間不斷積累的六水氯化鎂，導(dǎo)致鹽田的儲蓄量嚴(yán)重不足，因此，為了擴(kuò)大老鹵池蓄鹵量就要將結(jié)晶物中的氯化鎂溶解。

3.2 進(jìn)淡水量及溶鎂量計(jì)算

根據(jù)理論計(jì)算進(jìn)入老鹵池淡水量：1臺泵一天的量為：4 200 m3×24 h×80%泵效=8.06萬m3；5臺泵29天進(jìn)淡水量：5×8.06×29=1169萬m3，由此可用于進(jìn)一步計(jì)算。

本次10.67 km2老鹵鹽田溶鎂項(xiàng)目時間共計(jì)47天，進(jìn)淡水總量為11 690 800 m3，將老鹵池分為三部分進(jìn)行溶解，淡水進(jìn)入第一部分(其余組份簡略未計(jì)算)見化學(xué)平衡值(1#池)結(jié)晶物。

列方程式求解A、B

即：1 t結(jié)晶物要用6.494 8 t淡水溶解，排出7.502 5 t淡鹵水，或者說：1 t淡水可溶解0.154 t結(jié)晶物。

(2)確保PCL控制系統(tǒng)運(yùn)用電源的穩(wěn)定性。如果應(yīng)用電源不穩(wěn)定，出現(xiàn)較大的電壓波動甚至是斷電，會導(dǎo)致PCL控制技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生問題，因此應(yīng)當(dāng)確保PCL控制系統(tǒng)應(yīng)用電源的穩(wěn)定性，從而確保金礦山企業(yè)的安全高效生產(chǎn)。

總水量：1 169萬m3經(jīng)過第一部分后變?yōu)? 350萬t淡鹵水。

1 169萬m3淡水能溶解掉180萬t/1.59=113萬t結(jié)晶物。

(2)1 350萬噸淡水進(jìn)入第二部分后：(見化驗(yàn)數(shù)值)

可溶解第二部分282萬噸/1.59=177萬m3結(jié)晶物。

(3)1627萬噸淡鹵水繼續(xù)進(jìn)入第三部分

合計(jì)溶解結(jié)晶物：113+177+164=454萬m3。

3.3 溶鎂試驗(yàn)

(1)為保證試驗(yàn)期間能夠提供足夠的成礦鋰水供碳酸鋰生產(chǎn)，對5 km2鹽田進(jìn)行備鹵，鹵量為500萬m3，同時將10.67 km2鹽田剩余鹵量全部輸送至碳酸鋰生產(chǎn)公司鹽田。

(2)老鹵池進(jìn)入淡水后合理規(guī)劃路線及溶解時間確定，盡可能地將老鹵池內(nèi)的結(jié)晶物全部溶解.將老鹵池內(nèi)導(dǎo)入淡水進(jìn)行溶鎂，溶鎂淡水由老鹵池溜槽修渠后排入廢鹵渠道至老鹵渠進(jìn)行溶劑兌制回收利用，完畢后切換老鹵水將剩余的淡水全部置換掉，封堵老鹵池溜槽，打圍堰，隨后進(jìn)老鹵水進(jìn)行攤曬。溶鎂期間為節(jié)約時間將使用2臺浮箱挖機(jī)老鹵池內(nèi)行走和攪拌，定期采集水樣進(jìn)行分析。溶鎂工藝化驗(yàn)如表2所示。

表2 溶鎂工藝化驗(yàn)表

根據(jù)老鹵池取樣數(shù)據(jù)分析及氯化鎂的溶解度實(shí)際溶解過程中化驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，鹽田淡水浸泡比重由1.340兌至1.170左右，經(jīng)溶鎂溜槽排出帶走，向采區(qū)輸送進(jìn)行溶劑兌制。溶解效果較好，最終排鹵點(diǎn)均基本接近飽和狀態(tài)，數(shù)據(jù)計(jì)算10.67 km2鹽田總進(jìn)水量溶解氯化鎂與實(shí)際標(biāo)尺計(jì)量溶鎂量基本吻合。

(3)后期備鹵情況說明：10.67 km2老鹵池日備鹵800萬m3，進(jìn)鹵質(zhì)量控制保持在280×10-6以上，鹽田按時補(bǔ)水，確保水位在0.8 m，鹵水質(zhì)量在300×10-6以供生產(chǎn)。

3.4 溶鎂試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)鹽田取樣數(shù)據(jù)分析及氯化鎂的溶解度實(shí)際溶解過程中化驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，溶解效果較好，基本都達(dá)到飽和狀態(tài)，最終排鹵點(diǎn)均基本接近飽和狀態(tài)。通過試驗(yàn)研究，將老鹵池淡水浸泡比重由1.340兌至1.170左右，增加老鹵池蓄鹵量500萬m3以上，兌鹵后的溶劑經(jīng)出水的溶鎂溜槽排出帶走向采區(qū)輸送，做到節(jié)約能源，降低能耗。此溶鎂項(xiàng)目加速鹽田成礦鋰水的形成，減少六水氯化鎂在老鹵池內(nèi)析出，降低系統(tǒng)運(yùn)行控制管理的難度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的科學(xué)、高效的運(yùn)行原則。

4 結(jié)語

依托現(xiàn)有的原鹵輸送系統(tǒng)、溶劑補(bǔ)給系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)，在滿足原鹵攤曬生產(chǎn)的情況下利用淡水分區(qū)域洗鹽、溶鎂，合理規(guī)劃進(jìn)出水行進(jìn)路線；使用淡水流動式浸泡溶鎂及其他結(jié)晶物的形式，增加鹽田蓄鹵量約500萬m3以上，進(jìn)一步提高鹽田溶鎂的效果。同時跟進(jìn)引水渠道、導(dǎo)水泵站的建設(shè)、同步跟進(jìn)化驗(yàn)數(shù)據(jù)和堤壩防護(hù)工作，按洗鹽、溶鎂水鹵質(zhì)不同進(jìn)入不同排鹵系統(tǒng)，減少鹽田中氯化鎂等結(jié)晶物的沉積量，對溶鎂后的混合水合理利用，輸送至采區(qū)進(jìn)行溶劑兌制，實(shí)現(xiàn)了鹽田結(jié)晶物的綜合利用率，增加了鹽田的蓄鹵能力，消除了鹽湖“鎂害”；進(jìn)一步提高鹽田蓄鹵能力，為萬噸碳酸鋰生產(chǎn)項(xiàng)目提供有力支撐，提高了鹽湖資源綜合利用水平。本項(xiàng)目的溶鹽工藝為合理利用鹽湖資源，發(fā)展我國的鹽湖化工事業(yè)提供了很好的技術(shù)與工程范例，對其他鹽湖企業(yè)有較大的推廣意義。