固液转化水溶剂模拟因子选择的探讨

李建勋

摘要：察尔汗盐湖首采矿区固体钾资源的固液转化，模拟以Mg2+为主的水溶剂，并提出在固液转化中遇到问题的处理思路。

关键词：固体钾矿；转化液体；模拟因子；Mg2+水溶剂；实际运用；理性对策.

中图分类号：TD-05文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）09-0263-01

1首采矿区卤水化学平衡体系的分类及析盐作用的分类

1.1卤水的化学平衡体系的分类。

据卤水的化学组成，首采矿区盐层卤水存在K+、Na+、Ca2+、Mg2+/Cl--H2O五元体系，K+、Na+、Mg2+/Cl--H2O四元体系及K+、Na+、Mg2+/Cl-，SO42--H2O五元体系三种类型，其中主要为K+、Na+、Mg2+/Cl--H2O四元体系，但需把Ca2+换算成等摩尔的Mg2+。在首采矿区北部局部地区分布有K+、Na+、Ca2+、Mg2+/Cl--H2O五元体系，在首采矿区西南部地区分布有K+、Na+、Mg2+/Cl-，SO42--H2O五元体系，因此一般情况K+、Na+、Mg2+/Cl--H2O四元体系即可满足该地区的地质研究和开发工作的需要。

1.2卤水的析盐作用的分类。

首采矿区盐层晶间卤水，镁含量相对较高，钾含量相对较低，卤水组成分点可落在四元体系K+、Na+、Mg2+/Cl--H2O的NaCl结晶区。在大多数情况下，结晶路线不经过钾石盐结晶区，而直接进入光卤石结晶区；只在少数情况下其结晶路线可经钾石盐结晶区，但经历距离很短，钾石盐析出不多，其析盐顺序可简单归纳为：石盐-光卤石-水氯镁石。

卤水的析盐阶段，可根据卤水的等温蒸发试验，也可根据察尔汗大量实际资料统计分析确定。可以看到，随着卤水盐度的增高，由于石盐矿物的大量结晶，水中的Na+含量迅速减少，而Mg2+一直升高，K+含量也在逐渐增加。但到卤水盐度大约为370g/dm3时，达到饱和，析出光卤石，K+转向逐渐降低。根据等温蒸发试验资料，察尔汗盐湖卤水水氯镁石开始结晶的盐度，应该是445g/dm3。综合上述，根据卤水析盐顺序，卤水盐度和离子含量的变化，可将卤水分别划分为3种不同析盐阶段的产物，即：高钾石盐水、光卤石水和近水氯镁石水。

2卤水体系中各离子的相互关系

首采矿区卤水与盐层共存，构成了K+、Na+、Mg2+/Cl--H2O四元水盐体系，体系内任一一组分的含量变化都受到其他组分含量的影响与制约。为了表示不同矿化度卤水中各离子间的相互作用及关系，采用所辖开采区及外围不同深度的水质分析资料，他们的变化规律为：随着卤水矿化度的增高，Mg2+含量单调增加，Na+含量单调减少，K+含量开始随着矿化度的升高而增加，当增加到一定的程度时，由于Mg2+含量的急剧增高，含钾矿物的析出，K+又逐渐减少，即K+含量变化有一定的范围值。达布逊湖湖表面卤水天然蒸发过程的进行，卤水不断浓缩，矿化度逐渐增高，Mg2+、Cl-含量在减少，K+含量也经历了一个由增大到减少的过程。Mg2+、Cl-、K+曲线变化经历三个阶段：首先，Mg2+、Cl-、K+以近于相同的斜率增加；其次，当Mg2+含量达到60g/L左右时Mg2+、Cl-以更大斜率增加，因镁的盐析作用使钾以较大的斜率减小；再则，当Mg2+含量达到100g/L左右时，Mg2+、Cl-以较小斜率增加，这时因光卤石的析出，卤水中的钾含量很少。曲线的变化分别代表了卤水演化过程的三个阶段。卤水化学成分的空间分异特征，使不同矿化度的卤水呈层状分布，因此各离子含量在垂直向上的变化也与上面的规律相吻合。

3针对卤水的Mg2+、K+相关性分析

在卤水四元体系中，Mg2+与Na+、Cl-均表现出明显的相关关系。针对卤水Mg2+与K+的关系如何呢？为了回答这个问题，可利用原青海钾肥厂水采大盐田一期工程开采区及外围晶间卤水中Mg2+概率分布及Mg2+与K+的相关性进行分析。结果表明，卤水系统中Mg2+与K+呈线性相关。具体有以下三种类型：第一，Mg2+含量在9-60（g/L）之间的晶间卤水，Mg2+与K+呈正相关。表明随着Mg2+含量的升高，K+含量增加，它代表了钾的不饱和阶段，该阶段卤水为研究区的主体。第二，Mg2+含量在60-95（g/L）之间的晶间卤水，Mg2+与K+呈负相关。表明随着Mg2+含量的增高，Mg2+的盐析作用使K+含量逐渐减少，它代表了含钾矿物的析出阶段的水为高钾光卤石水，该阶段是固液转化的回归点。第三，Mg2+含量在95-120（g/L）之间的晶间卤水，Mg2+与K+呈负相关。随着Mg2+含量增大，卤水中的K+含量减少，此阶段的卤水属于近水氯镁石水（俗称“老卤”），此阶段应该考虑老卤水的再利用。

4模拟因子水溶剂的选择

4.1Mg2+既是卤水中含量最高的主要阳离子，又是四元水盐体系中控制其他离子含量变化的主要成分。

4.2Mg2+浓度变化规律性强，伴随着主导性Mg2+的含量，能反映卤水体系的总体变化趋势。

4.3Mg2+含量变化可以反应卤水的各个析盐阶段，在盐湖各个不同阶段的卤水中，Mg2+均以液体存在，在卤水的演化过程中，Mg2+浓度变化影响较小，易于模拟。

4.4Mg2+易于通过一定数学关系转化为其他主要化学成分。Mg2+与矿化度、比重、Cl-、Na+均呈明显的线性关系。

5固液转化遇到问题的处理思路

首采矿区富集的固体矿具有易溶性与互换性，开采区晶间卤水的溶质运移问题是最显著的一个特征，就必须考虑固液相之间的物理化学作用所引起的溶质浓度的变化。

首采矿区含水层骨架主要为石盐、光卤石和钾石盐以薄层状、浸染状分布其中，盐层中的富钾卤水在天然状态下近于停滞，卤水与介质处于化学平衡状态。人为开采打破了原有平衡状态，使不同地段饱和程度不同，组成不同的晶间卤水混合或发生空间位移，从而引起化学平衡移动，产生固液交换。

固液转化模拟以Mg2+为主的水溶剂，就是拟定过饱和的老卤来掺兑一定比例淡水作为溶剂（俗称"镁溶剂"），具有科学理性的选择，在固液转化实际操作中涉及到两种不同溶解方法：一种是漫灌；另一种是渠灌。漫灌为纵向覆盖式溶解，溶解力度大、范围广，但在操作中不利于现有基础设施的维护及区域开采，而且其操作范围广、需水量大、蒸发量大不利于控制；然而横向溶解的渠灌操作性强、耗水量比较稳定、便于局部区域性开采。但是在实际运用中是否取得内在理想的效果，最根本的问题是镁溶剂溶解的固体钾要回归到四元水盐体系相图这一理论，并且钾石盐结晶区较短或者没有，是成功标志的所在，有待下一步在实践中加以论证与报告。

参考文献：

[1]于升松.察尔汗盐湖首采区钾卤水动态及其预测[M].北京：科学出版社，2000.