察尔汗盐湖钾肥生产过程中稀贵金属离子迁移规律及赋存状态

Occurrence states and migration rules of rare and precious elements during salt lake brine evaporation process are of fundamental importance for chemical engineering and industrial chemistry. The present project is oriented towards the key theoretical issues of comprehensive utilization rare metal resources in salt lake, focusing mainly on Qarhan Salt Lake brine natural evaporation and "reverse flotation -cold crystallization" potash production process as a model for salt lakes in general. Field investigations and laboratory experiments, combined together with advanced modern quantitative and qualitative analytical technologies (ICP-MS and MCT) will address the gaps of knowledge in lithium, rubidium and cesium concentration changes in both liquid and solid phases during brine evaporation process in relation to environmental fluctuations such as evaporation temperature, ambient temperature and K+/Mg2+ ratio, reveal the phase balance relationship of rare and precious elements between liquid and solid phase; aiming to explore the occurrence states and migration rules of lithium, rubidium and cesium resources in "reverse flotation and cold crystallization" potash production process. The work planned in the present project will provide theoretical basis for comprehensive development and utilization of rare and precious elements resources in Qarhan Salt Lake.

盐湖卤水蒸发过程中稀贵元素的赋存状态及迁移规律是化学工程与工业化学关注的基础问题之一。本项目针对盐湖稀贵金属资源综合利用的关键理论问题，重点研究察尔汗盐湖“反浮选、冷结晶”钾肥生产过程中锂、铷、铯等稀贵元素的分布与迁移，采取实地调研与室内模拟相结合的模式，应用ICP-MS及MCT等先进检测手段，确定锂、铷、铯等稀贵金属元素相对含量及对应相态，考察不同温度、不同K+/Mg2+比值对锂、铷、铯等离子在液、固两相分配系数的影响，获得察尔汗盐湖钾肥生产过程中锂、铷、铯赋存状态及含量的基础信息，揭示“反浮选冷结晶”法钾肥生产过程中锂、铷、铯等离子的迁移规律，为察尔汗盐湖卤水中的稀贵元素高效分离及综合开发利用提供理论依据。

盐湖卤水中元素的赋存状态及迁移规律决定了该元素的开采及利用方式。本项目以察尔汗盐湖反浮选-冷结晶钾肥生产工艺流程为研究对象，探索盐湖卤水自然蒸发过程和以光卤石为原料的钾肥车间生产过程中以锂、铷、铯为代表的稀贵元素在液固两相中的迁移及相平衡关系，研究了各元素在不同相态中的赋存状态，揭示“反浮选冷结晶”法钾肥生产过程中锂、铷、铯和钙及部分微量元素在钾肥生产过程中的分布规律，获取了察尔汗盐湖钾肥生产过程中稀贵元素赋存状态及含量的基础数据，为察尔汗盐湖卤水中的稀贵元素高效提取及盐湖资源循环开发利用提供理论依据。在钾肥生产过程中，蒸发卤水生产盐田光卤石直至老卤排放时锂元素绝大多数被富集至老卤液相。液相中99.9%以上的锂离子在液相中以自由离子的形式赋存。固相中的锂来源于其它盐类晶体析出过程时的卤水夹带；察尔汗原始卤水镁锂比大约为520。随着卤水蒸发，当卤水密度值大于1.285 g/cm3时，卤水的镁锂比开始显著下降。当六水氯化镁开始析出时，卤水的镁锂比急剧下降。蒸发末期，察尔汗盐湖老卤中的镁锂比率下降至300左右约为初始卤水镁锂比值的一半；卤水盐田摊晒过程中，在光卤石未析出时，液相中铷、铯离子逐渐被富集在液相中。在后续的光卤石析出阶段，液相中的铷、铯离子浓度急剧下降，在老卤中Rb+ 、Cs+离子的浓度仅为0.21 mg/L及0.01mg/L；低温操作有利于铷离子的释放。分解液中的Mg2+离子将抑制光卤石中铷离子的释放。随着卤水的蒸发，液相中钙离子含量逐渐降低，卤水中的钙离子主要以硫酸钙（CaSO4·2H2O）的形式析出。且CaSO4·2H2O并未被包裹进入光卤石晶体，而是相对独立地粘附于光卤石表层。在卤水摊晒过程中，V、Ba元素未出现明显富集。液相中的Sr在光卤石未析出之前浓度变化不大，但在光卤石析出后期其浓度出现明显下降，说明部分锶随着光卤石析出迁移至了固相。Ni在卤水中的浓度变化与卤水蒸发程度无明显相关；说明车间生产单元中的微量元素均来源于光卤石矿浆携带的卤水。