鹽湖尾礦高效綜合利用產業化關鍵技術研究

吳朝香

（青海省化工設計研究院有限公司，青海 西寧 810008）

青海省海西州柴達木盆地內廣泛分布著鉀、鈉、鎂、鋰、石油、天然氣、寶玉石等50 余種礦產資源，有30 多種儲量位居中國前10 位，其中鉀、鈉、鎂、鋰總儲量居中國首位［1］。 近年來，隨著黨中央、國務院和青海省委、省政府對鹽湖產業的重視程度提高，海西地區鹽湖產業得到了迅速發展， 已形成了較大規模的鹽湖化工特色產業群， 為當地的國民經濟發展起到了重要的支撐作用。但由于受技術條件的制約，對資源的綜合利用水平不高，多數共（伴）生資源尚未進行高效綜合開發利用， 大多數企業主要以主要資源的提取為主，對共（伴）生及含量低的資源沒能有效利用，嚴重影響了礦產資源的綜合開發進程［2］。為了進一步使資源利用最大化， 將廢棄的鹽湖尾礦變“廢”為“寶”，筆者針對鹽湖資源高效綜合利用產業化的關鍵技術做了研究。

1 實驗部分

1.1 主要原輔料

鹽湖尾礦來自于柴達木盆地團結湖， 其主要化學組成見表1。

表1 鹽湖尾礦的主要化學組成 %

循環液來自實驗過程，表2 為中間循環液老鹵、分解液、澄清液的化學組成。

表2 老鹵、分解液、澄清液的主要組成

1.2 主要設備

溶解釜、蒸發罐、保溫沉降槽、結晶器、砂濾器、沉降器、 反應罐、SS1000 型離心機、NDXQ-20 型旋轉閃蒸機、TDP-8T 型造片機等。

1.3 實驗工藝

首先，將來自鹽田的混合鹽計量后用螺旋輸送器輸送到混合攪拌槽、 老鹵計量后打入攪拌槽，分解液、高低溫鹽回收液打入混合攪拌槽，攪拌均勻后用鹽漿泵送到帶攪拌的混合液儲槽內備用。 用泵將混合液打入循環加熱器內加熱至120 ℃左右，使混合鹽中的氯化鉀和氯化鎂溶解在濃厚鹵中，而混合鹽中的氯化鈉、硫酸鎂不溶解。 再將加熱后的料液排到保溫沉降器內，在100 ℃左右下保溫。保溫沉降器溢流的澄清液進入一段真空（-0.08 MPa）結晶器冷卻結晶，再將物料轉入二段真空（-0.095 MPa）結晶器。 將冷卻后的物料用泵輸送到光鹵石沉降器內，繼續冷卻沉降控制溫度至40 ℃以下。 光鹵石沉降器溢流的老鹵大部分去溶化混合鹽，其余的與消石灰反應生產氫氧化鎂產品，反應后的母液用來生產工業氯化鈣產品， 實現對原料混合鹽的綜合利用。 沉降器底部排出的光鹵石漿泵入脫水機脫鹵，脫鹵后的光鹵石加入溢流循環液，在攪拌的情況下打入控速結晶器進行循環增大氯化鉀顆粒、分離氯化鈉。 在循環液槽內加入清水控制循環液密度為1.26 g/cm3。 控速結晶器錐底排出的粗鉀漿泵入離心機脫鹵，脫鹵后粗鉀加循環液、加水洗滌，控制密度為1.23 g/cm3， 攪拌后鹽漿脫鹵得到大顆粒氯化鉀。保溫沉降器底部排出的高溫鹽漿脫鹵后，加入一水鎂板框壓濾產出的母液進行攪拌分散，分散鹽漿泵入硫酸鎂車間。 高溫鹽脫鹵后產出的回收液去溶混合鹽， 高溫鹽進入另一車間生產硫酸鎂和氯化鈉。粗氯化鉀用冷凝水溶解得到飽和氯化鉀溶液，經過預熱后進入二效氯化鉀真空蒸發系統蒸發結晶，氯化鉀結晶的漿料進入洗滌器， 而后進入離心機脫水， 濕氯化鉀進入干燥床干燥得到食品級氯化鉀。制鉀母液返回到保溫沉降系統內循環利用， 以提高氯化鉀回收率。 其工藝流程示意圖見圖1。

1.4 分析方法

食用氯化鉀產品質量測定執行GB 25585—2010《食品添加劑氯化鉀》標準。氫氧化鎂脫硫劑產品質量測定執行HG/T 3607—2007《工業氫氧化鎂》。 工業氯化鈣產品質量測定執行國家標準HG/T 2327—2004《工業氯化鈣》中二水氯化鈣標準。

圖1 產業化工藝流程示意圖

2 結果與分析

2.1 原料技術參數優化

為進一步提高產品收率， 在小試和中試確定的溫度、輔料配比條件下，投入不同量原料進行反應，反應后的產品收率見表3。 從表3 可見，在循環液老鹵、分解液、澄清液不變的條件下，隨著鹽湖尾礦量的增加，氯化鉀、鎂及氯化鈉收率均有不同程度的提升，當鹽湖尾礦量為10.0 t 左右時，收率變化不大，尤其10.0 t 以上時變化量較小。所以通過優化，將原小試和中試確定的原料量技術參數由9.5～9.8 t 調整為10.0 t 更合理，有利于產業化項目的綜合效益。

表3 原料優化實驗

2.2 循環液配比技術參數優化

在2.1 節確定的原料（10.0 t）和中試確定的溫度（120 ℃）等的條件下，投入不同量的原料循環液老鹵、分解液、澄清液進行反應，反應后的產品收率情況見表4。 從表4 可見，鹽湖尾礦不變的情況下，隨著循環液老鹵、分解液、澄清液的變化，其氯化鉀、鎂及氯化鈉的收率均有不同程度的變化， 當循環液老鹵、分解液、澄清液的總量為35 m3左右時，收率變化不大，尤其在35 m3以上時變化量較小。 所以通過優化，將原小試和中試確定的循環液老鹵、分解液、澄清液的總量由32 m3調整為35 m3。

表4 循環液配比優化實驗

2.3 溫度技術參數優化

在2.1、2.2 節確定的原料（10 t）和循環液老鹵、分解液、澄清液（35 m3）的條件下，對反應溫度做進一步優化，優化后的產品收率情況見表5。 從表5 可見，鹽湖尾礦和循環液老鹵、分解液、澄清液總量確定的條件下，隨著溫度的變化，其氯化鉀、鎂及氯化鈉收率均有不同程度的變化，當反應溫度控制為120 ℃時，收率與大于120 ℃時的收率基本接近。 所以通過優化， 將原小試和中試確定的溫度與產業化優化溫度保持一致，不需調整。

表5 循環液配比優化實驗

3 結論

1）通過以上實驗，確定本工藝的最佳技術參數：反應溫度為120 ℃，1 t 食用氯化鉀需原料鹽湖尾礦10.0 t，循環液老鹵、分解液、澄清液總量為35 m3。 在此條件下進行產業化生產， 依據原料鹽湖尾礦和中間循環液老鹵、分解液、澄清液的組成及產出結果，計算得到氯化鉀收率達80%以上，鎂收率達90%以上，氯化鈉收率達95%以上，并且生產出的產品經相關部門抽樣檢測，均達到了相應的國家標準。2）本方法實現了用物理法分離混合鹽的技術， 使資源得到充分利用。 且工藝簡單，能耗低，將生產過程中產生的濃厚鹵、分解液和回收液循環利用，不僅大大減少了工藝用水量，而且無廢渣、廢液排放，節能環保。并且運行成本低，經濟效益和社會效益明顯。