东台吉乃尔盐湖卤水低温成盐规律及锂钾硼镁低温分布规律研究

The East Taijinaier Salt Lake is a comprehensive mineral resource with great economical value. In the process of its comprehensive development of lithium, potassium and boron, salt field process is employed using natural energy to vapor the brine and enrich the lithium in the liquid. The concentrated brines would be frozen during the long and cold winter. Freezing process would influence on the crystallization of salts from the brine and following evaporation. It is maybe one of ways at low cost to extract high value components such as lithium to utilize the rich cold energy of the resource area for the purpose of concentrating the lithium ion in the liquid further and crystallizing the magnesium ion and sulfate as certain salts. This project is a systemic investigation on crystallization law and distribution of lithium, potassium, boron and magnesium under frigid conditions of the concentrated brine according to the brine and the seasons. By the investigation, we try to find the law and distribution under low temperature area, preliminary set up a theoretical model of salt formation of the brine system under the low temperature conditions, obtain the new understanding of salt formation law. This project will provide theoretical basis for utilizing technology of cold energy, and further provide scientific basis for innovation of salts separation methods in the process of resource development of Qaidam Basin.

东台吉乃尔盐湖是具有极大经济价值的综合性卤水资源。在其综合开发锂、钾和硼等资源的过程中，利用自然能采用盐田工艺蒸发浓缩卤水并使钾、钠、镁等元素以盐类析出，锂在液相得到富集。浓缩卤水在冬季要经历漫长的低温冷冻过程，低温冷冻对于卤水中盐类的结晶及后续蒸发会产生影响。利用资源地丰富的冷能资源使卤水中的镁和硫酸根以相应矿物结晶析出、锂在液相中的浓度进一步升高从而达到预富集的目的，是低成本提取锂等高价值元素的可能途径之一。本申请即是针对该卤水蒸发浓缩到不同阶段后要经历低温冷冻过程的特点，系统地开展不同浓缩阶段卤水冷冻结晶析盐规律及锂钾硼镁等元素的低温分布规律研究，试图找到该卤水中锂、钾、硼和镁元素在低温区的分布规律，并初步建立该卤水体系低温成盐理论模型，以获得对该卤水体系低温条件下成盐规律的新认识，为冷能技术的利用提供理论依据，并为柴达木盆地盐湖资源开发盐类分离方法的创新提供科学依据。

东台吉乃尔盐湖是富含锂、钾、硼等资源的综合性超大型卤水矿床，水化学类型属于硫酸镁亚型卤水。资源地冬季寒冷而漫长，最低气温-25℃左右。盐湖卤水在冬季和夏季的化学组成有所不同，低温冷冻对于卤水中盐类结晶的影响与夏季蒸发会有所不同，从而对锂、钾、镁和硼等在液、固相中的分布规律产生影响。本项目以东台吉乃尔盐湖光卤石阶段、钾镁矿阶段、钾石盐阶段和石盐阶段卤水为研究对象，在0 ~ -25℃范围内通过定温冷冻、变温冷冻和冬季室外冷冻等实验，研究了卤水低温条件下的结晶规律和锂、钾、镁和硼等元素的分布规律，并初步研究了东台吉乃尔盐湖卤水为代表的Na+, K+, Mg2+ // Cl-, SO42-----H2O五元水盐体系低温成盐理论模型。研究结果表明：在实验条件下卤水中的锂和硼在液相中进一步浓缩而不析出，钾离子主要与氯离子结合形成氯化钾及光卤石矿等析出，有的条件下钾离子也与硫酸根离子结合以软钾镁矾析出；镁离子主要与氯离子和硫酸根离子分别结合形成光卤石、水合硫酸镁盐、软钾镁矾等矿物析出。同一卤水在不同温度条件下析出的矿物有所差异，相同温度条件下同一卤水在搅拌和静置条件下析出的矿物种类也不会完全相同；卤水冬季室外冷冻实验结果表明同一卤水在自然条件下析出的矿物种类变化不大。通过对光卤石阶段和钾镁矿阶段卤水0℃和-10℃条件下理论成盐模型计算表明：光卤石阶段卤水析出的矿物为氯化钠、泻利盐和光卤石，与实验结果基本相符；钾镁矿阶段卤水在0℃析出矿物为氯化钠、软钾镁矾和泻利盐，-10℃析出矿物为氯化钠、氯化钾、软钾镁矾和泻利盐，计算结果与实验结果有一定偏差。本项目的实施为充分利用资源地冬天的冷能资源实现有益元素的分离和富集作为低成本开发其中高价值元素的补充途径提供依据；同时也可以为冷能的利用提供理论指导；另外通过实验与理论模型计算的结合，发现对计算结果影响较大的参数并为参数优化提供依据。