新疆含钾及含硝酸盐卤水体系低温相关系及热力学研究

本项目拟研究新疆罗布泊含钾的水盐体系K+,Na+,Mg2+//Cl-,SO42-,H2O、含硝酸盐的水盐体系Na+//Cl-,SO42-,NO3-,H2O和K+,Na+//Cl-,SO42-,NO3-,H2O在低温下的相平衡关系及动态转化。研究在不同卤水组成特点情况下，冰点的变化规律、降温过程中共晶点、盐结晶路线、盐结晶形态的变化规律以及与卤水组成的关系；建立以卤水组成和温度为变量、适用于低温下复杂卤水体系的热力学模型，通过实验数据和数学方法获得模型参数，并证实所建立的模型对描述和预测复杂卤水体系低温相变规律的适用性；在此基础上，指导盐湖低温工艺技术开发研究,探索利用新疆冬季低温能源进行盐湖资源开发利用的途径和方法。为充分利用新疆的自然资源和冬季天然冷能，开发新的高效、节能节水的盐湖化工技术，进而实现新疆盐湖化工开发和环境保护相协调的目标打下坚实的理论基础。

本项目为充分利用新疆的自然资源和冬季天然冷能，开发新的高效、节能节水的盐湖化工技术，重点研究新疆含钾和含硝酸盐水盐体系低温下的相平衡关系；研究不同水盐体系冰点、共晶点、盐结晶路线的变化规律以及与卤水组成的关系；建立以卤水组成和温度为变量、计算溶液冰点和共晶点的热力学模型。研究结果表明：.本工作所涉及的体系中，低温下无复盐形成，相图均有很大简化。.-15℃下，K+, Na+, Mg2+//Cl-, SO42-, H2O五元体系平衡相图中有3个零变量点，7条单变量溶解度曲线及5个两盐结晶区，其中Na2SO4•10H2O结晶区最大。 .5、0、-5、-15℃下的Na+//Cl-, SO42-, NO3-, H2O体系平衡相图构型基本一致，有三个单盐结晶区，三条单变量溶解度曲线，一个零变量点，随着温度降低，Na2SO4·10H2O 结晶区略有扩大， NaCl（NaCl·2H2O）与NaNO3结晶区缩小。.-10、-15℃下，K+, Na+//Cl-, SO42-, NO3-, H2O体系存在四个两盐结晶区，五条单变量溶解度曲线和两个零变量点。绝大部分区域为Na2SO4•10H2O结晶区。.目前所研究的三元、四元、五元体系，在共晶点或冰点下均为简单体系，复盐不再存在。.三元体系的共晶点温度与组成关系用三棱柱表达，图中存在两条单盐与冰的共晶线、一个两盐与冰的共晶点以及一个冰点面。.四元同离子体系K＋//Cl－,NO3－,SO42－－H2O等的共晶点温度与组成关系用三棱柱表达，存在三个单盐与冰的共晶面、三条两盐与冰的共晶线以及一个三盐与冰的共晶点。.四元交互体系Na＋,K＋//NO3－,SO42－－H2O等共晶点温度与组成关系用四棱柱表达，图中存在四个单盐与冰的共晶面、五条两盐与冰的共晶线以及两个三盐与冰的共晶点。.五元体系Na+,K+//Cl-,SO42-,NO3--H2O共晶点温度与组成关系用结合投影图的三棱柱表达。图中存在四个两盐与冰的共晶面、五条三盐与冰的共晶线以及两个四盐与冰的共晶点。.应用Extended UNIQUAC模型，通过计算吉布斯自由能，包括组合项、剩余项和长程项，来计算溶液的冰点和共晶点；对低浓度下或低元体系的冰点和共晶点计算结果较好。但对于高浓度和高元及含镁体系有一定的偏差。