察尔汗盐湖卤水生产低钠盐水盐体系相图研究.pdf

收稿日期：2023-07-20作者简介：蒲治文（1982），青海格尔木人，本科，工程师，主要从事盐湖化工生产技术、化工设备管理及环境保护等工作。联系方式：17709794636察尔汗盐湖卤水生产低钠盐水盐体系相图研究蒲治文1，应忠燕2，史忠录3（1.格尔木工业园（昆仑经济技术开发区）管理委员会，青海 格尔木，816000；2.青海盐湖镁业有限公司，青海格尔木，816000；3.青海盐湖工业股份有限公司，青海省盐湖资源综合利用重点实验室，青海 格尔木，816000）摘要：察尔汗盐湖存在氯化钾少、氯化钠多的资源特点，目前的资源开发一般主要是生产氯化钾为主的钾肥，副产物氯化钠通常堆弃在尾矿场。低钠盐作为一种含有少量氯化钾的食用盐，因其具有较强的心血管保健作用而越来越受大众的欢迎。文章以15 条件下K+、Na+、Mg2+/Cl-H2O四元水盐体系相图作为理论分析工具，系统阐述察尔汗盐田卤水精制低钠盐的原理，并利用相图计算整个精制过程的物料平衡。关键词：察尔汗盐湖；低钠盐；相图中图分类号：TS311文献标识码：A文章编号：2096-3408（2024）05-0015-03Study on Phase Diagram of Water-salt System forProducing Low Sodium Salt from Brine in ChaerhanSalt LakePU Zhiwen1，YING Zhongyan2，SHI Zhonglu3（1.Management Committee of Golmud Industrial Park（Kunlun Economic andTechnological Development Zone），Golmud 816000，China；2.Qinghai Salt LakeMagnesium Industry Co.，Ltd.，Golmud 816000，China；3 Qinghai Salt Lake Industry Co.，Ltd，Qinghai Province Salt Lake Resources Comprehensive Utilization Primary Laboratory，Golmud 816000，China）Abstract：Chaerhan Salt Lake has the resource characteristics of less KCl and more NaCl.At present，the main resource development is to produce potassium chloride-based potash fertilizer，and the by-product NaCl is usually dumped in the tailings yard.Low sodium salt，as an edible salt containing a small amount of KCl，is increasingly welcomed by the public because of itsstrong cardiovascular health care function.In this article，the phase diagram of K+，Na+，Mg2+/Cl-H2O quaternary water-salt system at 15 is used as a theoretical analysis tool，and the principleof refining low sodium salt with brine in Chaerhan Salt Field is systematically expounded，and thematerial balance of the whole refining process is calculated by using the phase diagram.Key words：Chaerhan Salt Lake；Low sodium salt；Phase diagram1前言低钠盐主要是指氯化钾含量为20%35%的食用盐。钾离子具有降血压、降低心脑血管疾病发病率的功效。随着人们生活水平的提高，基于健康饮食的考虑，各地积极倡导全民少吃盐，多选用低钠盐，各地几乎都有低钠盐产品，低钠盐越来越普遍地被大众消费认可。目前，现行低钠盐的产品质量标准主要有盐科学与化工Journal of Salt Science and Chemical Industry第53卷第5期2024年5月15盐科学与化工第53卷第5期2024年5月QB/T20192020 和 NY/T 10402021，产品的主要组分指标为氯化钠（以干基计）/（g/100 g）6580，氯化钾（以干基计）/（g/100g）2035，水分/（g/100g）0.8，水不溶物/（g/100 g）0.1。其中氯化钠与氯化钾的组分比值为1.864。察尔汗盐湖氯化钾储量 5.4 亿 t，氯化镁储量40.6亿t，氯化锂储量1 204.2万t，均居全国首位；氯化钠储量 555.4亿 t，可供全世界人口食用 2 000 a，盐湖开发和综合利用具有广阔前景，在国民经济中占有十分重要的地位。目前察尔汗盐湖资源主要是生产氯化钾为主的钾肥，副产物氯化钠一般堆弃在尾矿场或生产廉价的工业盐以作为氯碱化工原料。如何解决钾肥生产过程中的氯化钠一直都是盐湖资源开发亟待解决的瓶颈问题。低钠盐的开发生产可以在源头上充分利用氯化钾少、氯化钠多的盐湖资源特性，而且凭借低钠盐的产品溢价可以大幅提高氯化钠的产品附加值。文章以15 条件下K+、Na+、Mg2+/Cl-H2O四元水盐体系相图作为理论分析工具，系统阐述察尔汗盐田卤水精制低钠盐的原理，并利用相图计算整个精制过程的物料平衡。尽早开展低钠盐工艺生产的相关研究对于柴达木循环经济的发展将具有重要意义。2精制低钠盐相图分析2.1卤水组成察尔汗盐湖卤水主要成分：KCl 含量为 1%2%，NaCl含量为3%10%，MgCl2含量为15%25%，其余为水和微量的不溶物。文章以表1的原卤水、E点和老卤点作为基本条件进行制取低钠盐的相图分析。原卤水组分分析结果见表1。氯化钾和氯化钠的组分比值为 3，符合低钠盐中两组分比值要求。根据盐湖生产特点可采用如下的工艺路线生产低钠盐。原卤水采集至低钠盐田，利用太阳能盐田蒸发生产氯化钠和光卤石混合矿，混合矿采收到加工厂进行加水分解、洗涤、过滤，得到粗低钠盐湿产品，精制干燥包装即可得到产品低钠盐。工艺流程简图见图1。2.2水盐体系相图分析选择15 条件下K+、Na+、Mg2+/Cl-H2O四元水盐体系相图作为理论分析工具，将低钠盐的生产分为盐田混合矿的生产和加工厂混合矿的加水分解两个阶段。2.2.1盐田混合矿的生产将原卤水组成点 M 称为系统点，标注在相图上。老卤点在水盐体系相图中的位置为F点。在低钠盐田卤水点自M点蒸发至饱和后开始析出氯化钠，随着氯化钠的析出，液相点自M点向N点移动，固相点位于b点；液相点达到N点后，氯化钾相对饱和后以光卤石的形式和氯化钠共同析出，随着卤水中混合矿的不断析出，液相点自N点到达老卤点F点，固相点自b点移动到F1点，见图2。F1点为盐田生产的混合矿固相点，伴随老卤水以矿浆形式通过管道送至加工厂生产低钠盐。2.2.2加工厂混合矿的加水分解来自盐田的混合矿浆在加工厂首先进行固液低钠盐田表1卤水分析Tab.1Analysis of brine%项目原卤水质量老卤点质量E点质量KCl1.500.312.83NaCl4.500.601.85MgCl215.0032.4025.55H2O79.0066.6969.77原卤水采集混合矿过滤分解结晶粗产品过滤粗制干燥包装原卤水混合矿混合矿浆粗低钠盐矿浆粗低钠盐产品低钠盐图1工艺流程简图Fig.1Process flow diagram图2盐田混合矿生产的水盐体系相图Fig.2Phase diagram of water salt system in the production of mixedsalt mine in salt field氯化钾C光卤石g氯化镁aFEN23.36M43.150.04F136.78b氯化钠d1516蒲治文，等：察尔汗盐湖卤水生产低钠盐水盐体系相图研究分离，固液分离后系统点位于M点，加水分解后液相点位于E点，固相点位于P点。从相图可以看到P点即为低钠盐点，见图3。3低钠盐生产物料衡算以1万m原卤水为初始计算标准，卤水比重按1.20计算，原卤水总质量为12 000 t，其中：干盐含量=12 000（0.015+0.045+0.15）=2 520 t3.1盐田混合矿的生产图2中代表干基混合矿产量多少的线段MF=23.36，代表干基老卤水产量多少的线段MF1=43.1，因此：干基混合矿产量=2 52023.36/（23.36+43.1）=885.75 t干基老卤水产量=2 52043.1/（23.36+43.1）=1 634.25 t对于干基混合矿，代表干基光卤石矿产量多少的线段 F1b=36.78，代表氯化钠矿产量多少的线段F1g=50.04，因此：干 基 光 卤 石 矿 产 量=885.7536.78/（36.78+50.04）=375.23 t氯化钠矿产量=885.7550.04/（36.78+50.04）=510.52 t通过干基和湿基转换可得：光卤石矿产量=375.24/0.610 9=614.24 t混合矿产量=614.24+510.52=1 124.76 t老卤水产量=1 634.25/0.333 1=4 906.18 t盐田蒸发水量=12 000-1 124.76-4 906.18=5 969.06 t综上，盐田混合矿的生产过程中，12 000 t原卤水蒸发水量为5 969.06 t，生产混合矿1 124.746 t，副产老卤水4 906.18 t。其中混合矿的组分含量见表2。3.2加工厂混合矿的加水分解盐田采收的混合矿浆固液分离后混合矿母液夹带按12%考虑，母液夹带量=1 124.76/0.880.12=153.38 t，含夹带母液的混合矿=1 124.76+153.38=1 278.14 t，加工厂混合矿组分含量见表3。其中干基矿含量=1 278.140.733 0=936.88 t混合矿分解后母液点为E点时，氯化钾能够达到最大收率。在图3中代表干基粗低钠盐产量多少的线段ME=53.1，代表干基E点水产量多少的线段MP=25.98，因此：干基 E 点水产量=936.8825.98/（53.1+25.98）=307.79 t干基粗低钠盐产量=936.8853.1/（53.1+25.98）=629.09 t干基粗低钠盐中代表氯化钠产量的线段 PC=78.31，代表氯化钾产量的线段Pb=21.69，因此：干基氯化钾产量=629.0921.69/（21.69+78.31）=136.45 t干基氯化钠产量=629.0978.31/（21.69+78.31）=492.64 t通过干基和湿基转换可得：E点水产量=307.79/0.302 3=1 018.16 t分解水量=1 018.160.697 7-1 278.140.267 0=369.11 t综上，加工厂混合矿的加水分解过程中，分解水量为369.11 t，生产粗低钠盐629.09 t，副产E点卤水1 018.16 t。过滤后的粗低钠盐母液夹带按10%考虑，湿低钠盐产量=629.09/0.9=698.99 t，该低钠盐粗产品的组分见表4。图3加工厂混合矿加水分解的水盐体系相图Fig.3Phase diagram of the water salt system for the decomposition ofmixed mine by adding water in processing plant氯化镁FE53.1a光卤石g氯化钾C78.31M1525.98氯化钠21.69dPb表2盐田混合矿的组分分析Tab.2Composition analysis of salt field mixed mine%组分混合矿质量KCl14.65NaCl45.39MgCl218.71H2O21.25表3加工厂混合矿组分分析Tab.3Composition analysis of mixed mine in processing plant%组分混合矿质量KCl12.93NaCl40.02MgCl220.35H2O26.70（下转第20页）17盐科学与化工第53卷第5期2024年5月4建议1）加强管理，根据卤水的浓缩规律，按制盐生产的蒸发区用水量合理确定贮水池的供水量，做好计划统筹。为保证制盐生产及吹溴生产的连续性，发挥好卤库缓存卤及调度室的实时调度作用。2）为实现“盐养”双赢的目的。现有条件下，可根据盐田技术标准，养殖合同期限，合理调整布局，优化产业结构，合理划定“盐、养”面积，并规划好排水沟渠，内外排淡更加顺畅，并且最大限度做好用卤衔接，制盐多利用养殖尾水。3）做好贮水池埝的维护，卤水浓度增加后，修订新的修滩标准，增加安全埝，保证埝功能完好；增加闸门控制水量，尤其是养殖淡季过后，做到每步卡放走水。由企管、纪检监察室、综合部、生产技术部、制卤养殖分公司制定各制盐队对应贮水池实际落水浓度，纳水口和落水口水位高、低进行标定，并制定出合理的考核激励方案，整体数据能在调度室屏幕和主控室屏幕显示并留存记录，数据有追溯性，便于考核。承包区域在养殖淡季（9月中旬次年3月底），贮水减薄提度，深度低于贮水纳水口、落水口标定最低水位；由企管、生产技术部制定出贮水提升浓度及所需达到的目标。4）积极推进制盐技术和养殖技术的创新，探索对于制盐来说弊端少的养殖新模式。利于产盐的区域，养殖品种应以藻类等天然饵料为主、人工饵料为辅，最大限度减少人工投饵和海产品排泄物等因素，进而使得卤水中有机质和营养盐减少，从而降低卤水黏度，提高蒸发量，减少原盐中杂质含量。利于制卤的工段可考虑多品种立体精养模式，适当投入改造部分盐田，争取综合效益最大化。综上，制盐企业利用已有的“水”资源，充分开展“养殖”经营，应在充分认识其矛盾的基础上，统筹考虑，做好制盐、养殖技术的创新，使二者相得益彰，最终达到综合效益最大化。参考文献1 苏伟，马海永，曹英贵，等.浅谈“制盐、养殖、吹溴”综合生产 J.盐科学与化工，2019，48（3）：33-34.（编辑：李海燕）该低钠盐中氯化钠和氯化钾的质量比为3.57，符合产品质量要求。以氯化钾为基准的收率=698.960.198/（12 0000.015）=76.89%，以氯化钠为基准的收率=698.960.706 6/（12 0000.045）=91.46%。该低钠盐粗产品通过洗涤置换夹带母液等精制工艺可得到精制低钠盐，干燥除去其中的水分即可得到符合要求的低钠盐产品。3.3原卤水生成粗低钠盐物料平衡根据文章3.1和3.2的计算数据，经过整理绘制原卤水生产粗低钠盐物料平衡见图4。4结论通过原卤水的盐田晒制获得含有氯化钠和光卤石的混合矿，在加工厂对混合矿加水分解可得到粗低钠盐，氯化钠和氯化钾的质量比为3.57，符合产品质量要求。以氯化钾为基准的收率为76.89%，以氯化钠为基准的收率高达91.46%。利用察尔汗盐湖的原卤水直接生成低钠盐产品在工艺上是切实可行的，不仅可以大幅提高氯化钠产品的附加值，而且更有益于盐湖资源的持续开发。参考文献1 马西忠，孙鹏，许建岭.绿色低钠盐生产技术研究 J.中国井矿盐，2015，1（46）：1-2.2 王石军.冷分解浮选洗涤法氯化钾工艺中加水量的控制 J.化工矿物与加工，1999（5）：11-14.3 牛自得，程芳琴，李宝存，等.水盐体系相图及其应用 M.天津：天津大学出版社，2002.4 张英智，陈建军，李建国.盐化工工艺学 M.西宁：青海人民出版社，2004.5 景海德.察尔汗盐湖卤水分段蒸发过程相图分析 J.盐科学与化工，2019，48（10）：33-35.（编辑：丁捷）组分粗低钠盐质量KCl19.80NaCl70.66MgCl22.56H2O6.98表4粗低钠盐组分分析Tab.4Composition analysis of crude low sodium salt%低钠盐田蒸发水原卤水12 000 t5 969.06 t老卤水4 906.18 t混合矿中光卤石矿614.24 t 氯化钠矿510.52 t夹带母液153.38 t加工厂加水分解加水369.07 tE点水1 018.16 t粗低钠盐中氯化钾136.45 t氯化钠:92.64 t夹带母液69.90 t图4原卤水生产粗低钠盐物料平衡图Fig.4Material balance diagram for crude and low sodium saltproduction from raw brine（上接第17页）20