察爾汗鹽田工藝走水路線及影響因素研究

徐向陽(青海鹽湖工業股份有限公司鉀肥分公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

察爾汗鹽田系統為實現對鹽田曬礦工藝的精準控制，達到最大程度利用鹽田灘曬面積，以實現鹵水均衡曬礦、無死角曬礦，減小橫向及縱向鹵水濃度差值，推行實施“對標管理、精準調控、大S走水、快速曬礦”工藝控制措施。為實現鹽田光鹵石礦單位面積產量最大化進行研究。

1 理論依據

察爾汗鹽湖鹵水主要屬于Na+、K+、Mg＋＋/Cl--H2O四元水鹽體系，鹵水在鹽田經灘曬蒸發，其析鹽NaCl→NaCl+KCl→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O→NaCl+KCl·MgCl2·6H2O+MgCl2·6H2O,即石鹽-鉀石鹽-光鹵石-水氯鎂石。光鹵石石鹽田將E點鹵水進入光鹵石池中進行蒸發，盡可能最大析出光鹵石礦，然后老鹵從光鹵石池中排出。鹵水濃度的變化、鹵水溫度的變化、鹵水各種組份的變化以及相關因素的變化(如風，干濕度，池中水深等的變化)都直接影響鹽田光鹵石礦的產量和質量。

2 鹽田工藝走水路線影響因素

2.1 鹽田工藝走水面積布局

2.1.1 鹽田布局

鹽田位置布局取決于當地蒸發量、降雨量、鹵原、地形地貌、鹽田地基等綜合條件是否滿足，才能進行較好的鹽類生產。確定好參數后，選擇工藝走水方式，工藝走水路線決定鹽田布局，鹽田工藝走水應遵循當地地形地勢布局，充分當地利用地形、地貌設計，鹽田池系之間要有一定的落差，才能獲得自流所需的流量，如：察爾汗鹽湖，布置鹽田的自然地形的基本特點是西高東低，南高北低，這為實現鹽田的長串聯走水提供了較為便利的條件。

2.1.2 鹽田地基

鹽田應選在較為密實的地基上以避免滲漏造成的過大的氯化鉀損失率，如果地基疏松高、圖層空隙大，應采取措施防止滲漏。地基應平整、平坦。過大的地基落差需要更多的堤壩及更小的鹽池。曬制池板之前，要對凹凸不平的地基進行平整便于采收作業。另外，鹽田周圍需要進行清鹽作業的區域應平整堅實以便機械設備清鹽，一個鹽田是否合適，取決于鹵水濃縮比、鹽份類型、采收方式，如水采船要求池板的堅實程度比旱采高。另外濃縮比要求的話，對池板要求就沒有高比值濃縮那么嚴格。當調節池改為光鹵石池后，由于鹽層沒有清理加上未曬制池板，當礦層厚度小于20cm后，導致采船作業時將光鹵石礦與鹽混合后一并打入加工車間，造成加工車間整體工藝紊亂，嚴重影響產品質量及數量，并造成生產成本的上升。因此，鹽田設計時一定要曬制20cm厚高鈉池板，如加入一定的錳元素，可提高池板硬度和強度。

2.1.3 鹽田適當細分

研究表明，鹽田系統常被分成若干小池后，可以提高鹽田產量，但不是鹽田細分越多越好，細分若干后，蒸發量增量越來越小。當蒸發量因素確定后，鹽田面積的大小決定鹽田的實際產能，而鹽田實際產能也要滿足采船計劃作業時間內的打礦量。細分鹽田不僅避免了不同濃度鹵水混合后損失的鹽田蒸發率，又降低了鹵水濃度，提高了鹽田蒸發量，蒸發量增大，鹽田光鹵石產量也相應增大，鹽田的劃分實質也是分段結晶，可以獲得不同質量的光鹵石礦，更便于鹽田精細化生產管理。

2.2 鹽田工藝走水路線方式

2.2.1 串聯工藝走水路線

由高位加鹵池向第一步結晶池持續加入新飽和鹵水，在串聯流動中蒸發、析鹽；隨著串流步數的順序，濃度逐步提高，至最末端結晶池，鹵水到達終止濃度后排放。

優點：第一、串聯走水可提高鹽田產量，在一定條件下，鹵水的蒸發量與鹵水密度成反比，而串聯走水實質就是避免了不同鹵水的摻兌，提高了鹵水蒸發率；第二、實現光鹵石鹽田走水的連續性，鹵水從進入至最終排出過程能夠連續進行，便于鹽田水位的控制。第三、老鹵排放連續，不會形成大量集中排放，有利于整個鹽田設施老鹵的均衡排放。

缺點：前段光鹵石鹽田成礦率高、成礦量較大，中末端鹽田成礦率低、成礦量小，由于走水路線較長，需要增加鹽田走水所需的過水溜槽，增加基建投資，鹽田生產中由于過水溜槽的增加，導致后期維護費用較高，溜槽清鹽工作量加大。

2.2.2 并聯工藝走水路線

由于走水路線較短，即第一池鹵水達到某一組成點時才能排往第二池，第二池達到老鹵點時，從鹽田排出。

優點：鹽田走水所需的過水溜槽較少，投資相對較省。

缺點：鹽田走水難以實現連續性，這種走水方式易形成老鹵的集中大量排放，對整個老鹵排放系統造成不利影響，不能形成光鹵石池礦量的高產。

2.2.3 單元格工藝走水路線

鹽田工藝走水一直遵循“大串聯走水為主、短調為輔”的工藝走水路線，從初始進鹵至最終排鹵，鹵水濃度逐漸增大，鹵水中KCl%(wt)逐步衰減且最后難以析出，光鹵石礦主要結晶于工藝走水的前幾池，是比較科學的走水方式。這種走水方式優點為能夠保證將鹵水中的k+“吃干榨凈”，其成礦結晶分布特點為比重在1.275～1.285結晶60%光鹵石礦，后段逐步減產，特別是前段光鹵石池鹵水質量好、鹵水蒸發量高、成礦率高、成礦量大、光鹵石厚度厚等特點。其缺點為鹽田成礦不均勻，中末端鹽田鹵水質量差、鹵水蒸發量小、成礦率低、成礦量小、光鹵石厚度薄等特點。

優點：單元格工藝走水通過“單元格模塊化”鹽田管理，將各個光鹵石池劃分為幾個單元格模塊，單元之內既自成體系，單元之間又相互聯系，單元之內按三級礦量，單元之間保均衡曬礦，各單元進鹵到中間自流控制，再到排鹵的整個過程都自成體系，以達到精準分布礦厚、精準鹵水控制，均衡分布礦量、多長礦、長好礦為總體目標。

缺點：由于注重過程控制，需要增加基礎設施和泵站，增加基建投資，導致后期鹽田設施和泵站運行維護費用較高。

2.2.4 單池曬礦

單池是最為簡單的鹽田生產系統，是一種間斷的生產過程，即一定量的鹵水灌入光鹵石池后，蒸發至老鹵點時一次性排出，之后進行采礦，一般應用于旱采鹽田。

優點：為了縮短旱采鹽田出礦周期，旱采鹽田面積一般較水采面積小，其工藝最為簡單，操作更為靈活，不影響其它鹽田生產。

缺點：最為簡單的一種曬礦方式，其工藝流程為：灌鹵→曬礦→排鹵→出礦，而出礦又由排水、挑魚刺、造面、裝運、上礦五部分組成，需要大量的人力、物力配合，以及高昂費用的機械臺班，生產成本最高，由于出礦周期長，導致鹽田曬鹵周期減少，年生產光鹵石礦減少，由于出礦大型機械對道路破壞較大，造成道路后期道路維修成本高。

2.3 深鹵結晶

(1)提高質量。鹵水深，熱容量大，當氣溫高、蒸發量大時，鹵水深的結晶池鹵溫較低，過飽和度小，不致使新晶核大量和晶體過快成長；氣溫低、蒸發量小時，深鹵鹽田鹵溫較淺鹵鹽田鹵溫又高，鹵水能繼續蒸發，使晶體徐徐成長，因此，鹵深能克服結晶速度忽快忽慢和晶核與小晶體小數目較多，懸浮的時間長，從而擴大了鹵水的接觸面，使晶體的成長速度由于表面積的增大而相應減慢。再次，鹵溫的日變幅度小，可減少因冷卻產生的析鹽現象，減少鹽沫子，所以適當增加鹵深，可獲得較為均勻的光鹵石晶體。

(2)提高產量。結晶池鹵水深，陽光入射、反射通過鹵水的光路長，鹵水吸收熱量多，日平均溫度高，蒸發量大，同時，在相同風力作用下，鹵深波浪大，蒸發液面擴大，有利于水分子溢出，蒸發效率提高。

2.4 新、老鹵摻兌

新老鹵摻兌并不比新鹵結晶少蒸水，所兌入的老鹵只是在過程中空轉，兌鹵液濃度較新鹵高，且整體鹵量加大，導致比蒸發系數降低，蒸發水量減小，旱采鹽田減少摻兌有利于提高蒸發，水采鹽田采用串聯走水實際也是減少摻兌，根據相圖理論的直線規則和杠桿原理，兩種飽和鹵水(入達布遜湖水與晶間鹵水)混合后的新體系之間，析出了少量氯化鈉，但中體系濃縮到光鹵石點需蒸發的水量并沒有減少、平均蒸發系數減小，蒸發效率降低了。

2.5 夏季儲鹵、冬季排鹵

成礦鹵水溶液中，氯化鉀受溫度影響較大，由于鹵溫驟然降低，導致部分光鹵石礦析出在光鹵石池，因此可提高鹽田水位，最大量增加低溫鹵水光鹵石產量，反之，而到了升溫季節，由于鹵水的逐步升溫，可大量排出光鹵石鹽田的老鹵水，一定程度上避免鹵水升溫引起的溶礦。

蒸發量低的季節，由于處于風季，可適當降低光鹵石鹽田水位，減少風對壩體侵蝕，造成壩體的安全隱患較大，產生人力、物力維護費。

2.6 鹵水流動中的機械能

由高位池向低位池走水過程中，晶體或溶液的相對運動，使晶體各部分不斷與新鮮過飽和溶液接觸，并逐漸成長，溶液的運動，叫晶體動力學，溶液相對運動，有兩方面好處：

(1)提高質量。晶體或溶液的相對運動，可消除晶面上溶液過飽和差別。使晶體不易產生包裹體；可以減小晶面附近擴散層的厚度，使雜質不易進入晶體，因此在過飽和大的情況下，要長出均勻優質的晶體，必須加強晶體對溶液的相對運動，使晶體在運動中“健康成長”。

(2)提高產量。鹵水由高位池流入低位池，鹵水運動中具備了一定的機械能，導致晶體或溶液的相對運動，提高了晶體的生長速度，因而增加了晶體的數量，在蒸發晶體中溶液運動有利于水分子溢出，加快晶體析出，提高了鹽田光鹵石產量。

2.7 異常情況下鹽田操作原則

所供鹵水比重偏高或偏低，質量難以達到要求；不能按需供鹵，供鹵不連續，質量達不到要求。每一次鹵水供給質和量的變化都會影響鹽田走水路線的改變，影響曬礦的質量和長礦的速度。當鹵水供給發生異常時，鹽田工作者應及時采取對策，因時、因地，適時的對鹵水走水路線進行改造和優化，保證在鹵水質量和數量供給出現異常情況下鹽田工藝運行正常[1]。

(1)鹵水供給質量達不到工藝要求時的工藝控制。鹵水供給質量達不到要求，有兩種情況：一是鹵水比重偏低，采取的措施是“延長走水路線、擴大灘曬面積；縮短析鹽時間，加速E點形成”。二是鹵水比重偏高，采取的措施是“縮短走水路線、減少灘曬面積；渠道快速走水，避免鉀的損失”，當鹵水供給比重偏低，這時一要增加灘曬面積，二要延長走水路線，二者結合使用，在流動中促進蒸發，以達到快速轉換成合格鹵水的目的。

(2)鹵水供應數量不連續、不穩定時的工藝控制。鹵水供應不連續穩定，供給量時多時少，均會造成光鹵石池進、出水不平衡。一是E點水富裕，光鹵石池水位高，又達不到老鹵點，為保證堤壩的安全和采船正常作業水位，無法排鹵；二是當E點水短缺，光鹵石池水位低，又已到老鹵排放點(F點)，為保證采船正常作業水位，無法排放。這時，為保證生產所急需，采用的原則是“非常態、短時間緊急放行；因勢利導，適時、靈活調控走水路線”。最終的目的是要“常態化，連續、穩定進排水”，即“進、出水：質量要到點，鹵量要平衡，灘曬時間要短”。

3 結語

加強鹽田工藝控制 ，提高鉀資源回收率，滿足鉀肥生產的需求。充分發揮鹽湖鹵水鉀礦資源的優勢，以資源開發促進經濟發展，使察爾汗鹽田系統走可持續發展之路。