盐湖卤水的蒸发结晶过程

第2

卷第1

期盐湖研究

JORNALFOSALTLAKESIENEVl2N1

1

994年

19

94

盐湖

卤水的

蒸发结晶

过程`

陈

敬清刘

子琴房春

晖

(

中国科

学院青海盐湖

研究所

西宁81

008)

摘要本

文从实验

和理论

相结合的角度上总结了三十多年我

国数十个盐湖等

温蒸

发和天

然蒸

岌研

究结果

和研究经脸概括

了三

种类型

盐湖卤

水蒸发结晶的规律性推荐

了卤水蒸

发结晶的

相化学墓

拙数据对

氛化物型卤水由

于介

德程度

小可未

用2刁anovs

kii推荞

的四元体

来N

+aK+

Mg+2

/cl一HZo平衡

相图进行太阳池

工艺计算;对

于硫酸盐型卤水

宜用金作美

五元体系N

+a

K+

M

g卜

/cl一

s

例一

一H

0介稳

相图而不

是

valntH

off平衡

相图;对

于后期钗盐高度浓缩

宜用

我们的四元体

系iL+M

g卜

/cl一

so

与一H

刃介穗

相图;对

于碳酸盐型盐湖卤水可

用

我们的五元体

系N

+aK十

/cl一

co弓一

50芝

一Ho介德

相图作为相化学

基袖而

不是Tee

ple平衡

相图从

相平衡热

力

学角度上实现

了对卤

水蒸发结晶过程

的理论描述计葬

和预浏其中对一里坪达布进东台吉

乃尔西

台吉

乃尔等盐湖卤水

的研

究结果尚

属首次报道

关锐词盐湖卤

水蒸发介称相图

前言

世界上许多国

家都分布有盐湖特别是美国前苏联中

国澳大利亚和南美州一些国

家分

布更

广泛我国

东起大小兴安岭西经中条山

脉祁连山

脉昆

仑山

脉到冈

底

斯山

脉以

北地区

的

十

多个省自治区

均分布有许

多盐湖其中青藏高原盐湖面积最大储量最丰富分布最广尤

其是稀有元素含量高储量大具有开发应用

前景另

一方面由

于盐田日

晒工艺具有充分利用

自然能无污染

产品

成本低等优点,

近年来世界各国

都很重视

利用太阳

能开发盐湖资源卤水

的蒸发结晶研究是盐田工艺必不可少的应用基础研究盐湖

卤水依其化学组成可分为三类即

氯化物类型硫酸盐类型和

碳

酸盐类型从工业开发来说由于某些元素含量较高适应资源

开

发的需要又

有钾湖硼湖锉湖之分川在化学组成分类中硫酸盐类型数

量最多

为了解盐湖卤水的成盐演化成矿规律以

及为开发利用

提供科学依据

国内外学者对盐湖

卤水的燕发结晶

进行过许多研究如美国

大盐湖的卤水动态蒸发z[]日

晒池结

构及日

晒工艺

研究sj[旧晒池高质量钾盐镁矾的研

究4j[前苏联在本世纪二三十年代对卡拉博加兹湾英吉

尔湖萨

基湖库楚克湖等卤水进行蒸发结晶研究根据这些研

究工作基础1938

年前苏联科

学院院士库尔纳柯夫发表了“

太阳

相图”

闹以色列

在本世纪三十年代对死海海水进行日

晒蒸

发研究进行光卤石生产氯化钾从五十年代起我们开始青藏

高原盐湖调查研究对许

多盐湖

卤水进行等温蒸发天然蒸发和日

晒工艺的研

究其中察尔

汗盐湖氯化钾已经生产多年

本文的目

的是从实验

到理论计算

总结

三十

多年来数十

个盐湖

卤水的等温蒸发天

然蒸

.

中国

科学院自然科学基金

资助

项目

发的研究经验概括三种类型盐湖卤水蒸发结

晶的相化学研究的规律性完善我国

三种类型

盐

湖卤水的蒸发结

晶研

究

卤

水蒸发

结晶

的相化学基础

盐湖卤水的蒸发过程与水盐体

系相平衡

不同是在开放体

系中发生的自发的不可逆过

程不可避免地偏离平衡

态体

系不断地同环境发生能量交换和物质交换水

的蒸发速率不是

恒定的而是随着组成和

浓度的变化而变化蒸发过程在很大程度

上受到环境

的控制如太阳

能的辐射大气

的相对湿度空气的流动性

(风力)蒸发器的大

小等

因素

的影响根据多年从事

盐田工艺的实践经验我们认

为介稳相平衡比稳定相

平衡更能客观地反映卤水蒸发结

晶过程

的真实情况因

此我们推荐三种类

型卤水相化学数据以

作为盐田日

晒工艺设计

的基

础

1

抓化物类型

卤水

根据我国氯化物型盐湖资源的具体情况和长期应用实践我们认为前苏联AB

斯丹诺夫

斯

基63[推荐

的Na+

K+

gM,+

/cl

一从。

四元体系最可几数据可作为计算依据作者曾对达

布逊察尔汗一里坪别勒滩等盐湖卤水研究工作表明氯化物类型卤水介稳程度微

弱没有

相区

的差别偏差较小

2

硫酸盐类型

卤水

硫酸盐类型盐湖占天

然盐湖的大多数而硫酸镁亚型

卤水的化学组成类似于海水浓缩液

可用Na+K+,

MgZ

+

/cl一50圣

一H

刃五元体系来表示著名化学家范特霍夫已系统研究过该

体系的稳定相

图闭以

后又

有人补充或重复进行研究8[,幻

但

卤水在等温蒸发或天

然蒸发

过程

中均沿着介

稳相图所

预示的蒸发结晶

路线前进库尔纳柯

夫提出了“

太阳

相图”

阁来描述卤水

在蒸发过程中的行为1

98

0年金作美等10[〕

获得在N

acl

饱和

下N

+aK十

Mg,十

/0一S

川

一

H

Zo

五元体系25℃

介稳平衡相图但H+E+He

共饱线没有指出根据许多研究结果我们认

为硫酸盐类

型卤水蒸发结晶

路线可按金作美的介稳相图为基础辅以

库尔纳柯夫的H

+E+

He

共饱线数据构成完整的五元体

系介稳相图但

当Nacl

未饱和

直到

组成点在此五

元体系介

稳相图上不显示

变化前宜使用Na+

Mg

升/cl一s

讲-一HZ

o四

元体系介

稳平衡相

图的数

据[6

〕

3

碳酸盐类型卤水

含有c

例一

及H

co矛

的体

系数

据相对来说还是比

较少的只

有蒂普为开发美国西尔斯湖

卤水而系统地研

究了

20

3550751

0℃N“+

/lC一

so遥一

co王

一H2

0四

元体系和

Nac,饱

和

下N+aK+

/cl一,50

筑一c

例

一H

20

五元体系的稳定平衡相图同时测定了20℃

一个介稳

点l[〕

对于25℃N

+aK+

/cl一50李一co若

一H2

0

五元体系的稳定和

介稳相

图尚无报道为了

完善碳酸盐类型卤水的蒸发结晶作者曾进行

了Nacl饱和

下N

+aK+

/cl一s

例一,

co羞

一H2

0

五元体系25℃

介稳相图的实验研究l2[〕

当Na

cl

开始析出而K十

含量可忽略时宜使用N

+a/

el一50羞一eo

蚤一HZo

或Na+

/cl一Heo矛eo

苦

一HZ

o四

元体

系相图

各个类

型卤水的蒸发

结晶研

究

1氮化物类型卤水

对于

氯化物类

型卤水(

MgSO;/M

gC12一

。一

01

)可应用N+aK+

gM+2/c1

一H

刃四元体

系来表示

我们曾对察尔

汗卤水和

达布逊湖水吴景泉等对别勒滩晶

间卤水进行

了研究此外

硫酸盐类型

卤水经冬季冷冻析

出芒硝后分离母液在夏季继续蒸发前阶段蒸发结晶

路线也可

44