柴達(dá)木盆地大浪灘低品位鉀鹽礦物相分析

李欣萌，尹詩(shī)惠，張旭冉，趙相鑫，馬 軍

(臨沂大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 臨沂 276005)

1 引言

鉀元素是植物正常生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，目前世界上所生產(chǎn)的鉀鹽大約有95%都作為肥料消費(fèi)。 我國(guó)是一個(gè)相對(duì)缺鉀的國(guó)家。我國(guó)鉀鹽資源的儲(chǔ)量約為21億噸，僅占世界總儲(chǔ)量的2.21%，賦存狀態(tài)以含鉀鹵水礦為主，固體鉀鹽礦較少，含鉀鹵水礦占鉀礦資源總量的98%以上，固體鉀鹽礦僅占鉀鹽資源總量的2%左右[1-2]。隨著對(duì)鉀礦資源的長(zhǎng)期且無(wú)序開(kāi)采，大部分可開(kāi)采品位鉀礦所剩無(wú)幾，而許多礦區(qū)被“架空”在新的潛水位置上，喪失了在原始狀態(tài)下固液相互轉(zhuǎn)化的能力，成為脫離地下潛水而擱置于包氣帶中的大量固體貧鉀礦。浮選等鉀肥工藝之后的尾礦資源也大量堆存，如此形成了大量的低品位鉀礦[3]。大量的固體貧鉀礦和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的低品位鉀鹽尾礦開(kāi)采的成本過(guò)高使得這部分鉀礦資源成為無(wú)人問(wèn)津的“呆礦”，長(zhǎng)期無(wú)法利用，造成了國(guó)內(nèi)鉀礦資源的巨大浪費(fèi)，而且大大的減少了礦山的服務(wù)年限，因此從合理綜合利用自然資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境、緩解中國(guó)鉀肥對(duì)外依存度高以及保證國(guó)家糧食安全的角度出發(fā)，對(duì)這部分低品位固體鉀礦的開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行研究則變得非常重要。

大浪灘礦床位于青海省柴達(dá)木盆地西部，是一個(gè)以鉀為主的大型礦床[4-5]，該地區(qū)高品位鉀礦資源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，造成了高品位鉀礦資源儲(chǔ)量的下降，對(duì)鉀肥正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響。相對(duì)高品位鉀礦資源的持續(xù)開(kāi)發(fā)，低品位鉀礦資源的儲(chǔ)量以及利用的價(jià)值被日益關(guān)注。但由于綜合開(kāi)發(fā)利用技術(shù)和成本的限制，大浪灘低品位鉀鹽礦未能得到有效的利用，長(zhǎng)期堆存不僅造成了資源的大量浪費(fèi)，同時(shí)給鹽湖資源生態(tài)平衡帶來(lái)巨大壓力。為了大浪灘地區(qū)低品位鉀鹽礦更好的綜合開(kāi)發(fā)利用，本文做了大量前期工作，對(duì)低品位鉀鹽礦的組成、物相進(jìn)行了分析，獲得的研究數(shù)據(jù)可以為大浪灘低品位鉀鹽礦的綜合開(kāi)發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 低品位鉀鹽礦篩分及組分分析

2.1.1 低品位鉀鹽礦篩分

將來(lái)自于大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦進(jìn)行破碎和篩分，分別收集不同粒徑的礦樣進(jìn)行化學(xué)分析。本文選取了≤20目、目，(40～60〗目，>60目的低品位鉀鹽礦進(jìn)行分析。

2.1.2 低品位鉀鹽礦化學(xué)分析

采用如下化學(xué)分析法[6]分析各級(jí)顆粒低品位鉀鹽礦的主要成分。

2.2 低品位鉀鹽礦物相表征

2.2.1 掃描電子顯微鏡分析及能譜分析

將低品位鉀鹽尾礦經(jīng)處理后進(jìn)行SEM分析，并結(jié)合能譜儀對(duì)含鉀顆粒物進(jìn)行定量和定性分析。

2.2.2 X射線衍射分析

采用X射線衍射儀對(duì)來(lái)自于大柴旦地區(qū)的低品位鉀鹽礦樣品進(jìn)行分析，依據(jù)XRD圖譜，通過(guò)比對(duì)衍射峰和顏色強(qiáng)度，分析確定低品位固體鉀鹽礦的物相組成。

3 結(jié)果與討論

3.1 低品位鉀鹽礦的物相組成

低品位鉀鹽礦來(lái)自柴達(dá)木盆地大浪灘地區(qū)，采用化學(xué)分析方法和XRD表征，對(duì)低品位鉀鹽礦的組分進(jìn)行了分析，結(jié)果如表1和圖1所示。

表1 大浪灘地區(qū)低品位鉀鹽礦組成及其含量Table1 The composition and its content of the low-grade tailings in Dalangtan area

圖1 大浪灘地區(qū)低品位鉀鹽礦XRD圖Fig.1 The X ray diffraction diagram

of low-grade potassium tailings

3.2 低品位鉀鹽礦粒徑對(duì)鉀含量的影響

將柴達(dá)木盆地大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦混合后，使用圓錐四分法進(jìn)行取樣，用標(biāo)準(zhǔn)篩(200×50，GB/T003.1-1997)將低品位鉀鹽礦進(jìn)行篩分處理，分別收集目數(shù)為≤20目、目，(40～60〗目，>60目的固礦。將上述不同目數(shù)的低品位鉀鹽礦溶解，采用化學(xué)分析方法對(duì)其物相組成進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 不同粒徑的低品位鉀鹽礦中各離子的百分含量Table2 The percentage of each ion in different size mine

分析結(jié)果表明，低品位鉀鹽礦的粒徑對(duì)鉀在低品位礦中的賦存產(chǎn)生影響。低品位鉀鹽礦中鉀的含量隨著粒徑的減小呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。當(dāng)?shù)推肺烩淃}礦的粒徑≤20目時(shí)，低品位鉀鹽礦中鉀的質(zhì)量百分含量達(dá)到5.34%，與全礦鉀含量3.12%相比，鉀的含量得到了明顯的提升。粒徑>60目時(shí)，鉀的含量為低品位鉀含量為1.65%，礦樣分布率為14.42%。因此為了提高對(duì)低品位鉀鹽礦的開(kāi)發(fā)利用效率，建議選取粒徑≤60目的礦樣。

3.3 低品位鉀鹽礦不溶物分析

將來(lái)自于大浪灘某礦區(qū)的低品位鉀鹽礦進(jìn)行溶解實(shí)驗(yàn)，完全溶解后過(guò)濾，將得到的不溶物進(jìn)行充分洗滌后，放入烘箱中進(jìn)行干燥，設(shè)定干燥溫度為90℃。不溶物干燥后，充分研磨，進(jìn)行XRD表征，表征結(jié)果如圖2所示。分析結(jié)果表明：大浪灘低品位鉀鹽礦不溶物中含有砂石(SiO2)，白云石(CaMg(CO3)2)，白云母(K(Al,Fe)2AlSi3O10(OH)2)等。

4 結(jié)論

采用化學(xué)分析法和儀器表征法對(duì)柴達(dá)木盆地大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦的物相和組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

(1)大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦中鉀的平均含量為3.12%，礦物的主要成分為KCl、NaCl、MgSO4·6H2O以及少量砂石、白云石、白云母等不溶物。

(2)大浪灘低品位固體鉀鹽礦的粒徑對(duì)鉀的含量產(chǎn)生影響。隨著鉀鹽礦粒徑的逐漸降低，鉀鹽礦中鉀的含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。結(jié)合分析檢測(cè)的結(jié)果，大浪灘地區(qū)的低品位鉀鹽礦綜合開(kāi)發(fā)利用建議采用顆粒大小≤60目的礦樣。