氯化鉀生產工藝中的溶鎂技術研究

李小飛(青海鹽湖工業股份有限公司，青海 格爾木 816099)

0 引言

青海鹽湖工業股份有限公司在察爾汗擁有國內最大的氯化鉀生產基地，2019年氯化鉀的年產量已達500萬噸，氯化鉀生產技術和生產能力位居世界前列，而對生產中伴生資源的開發利用還處于初期階段。據統計，每生產1 噸氯化鉀可排放老鹵(含氯化鎂33%左右)40 m3左右，迄今尚未有效利用。這不僅造成了鎂資源的浪費，而且對鹽湖生態環境造成破壞并形成“鎂害”。

隨著氯化鉀產品的產出伴隨有大量的老鹵排出，將氯化鉀生產工藝副產的老鹵集中排入10.67 km2老鹵鹽田，一部分進鹽田曬制成鋰鹵水供鋰業公司生產碳酸鋰，一部分經溶劑兌制補給各采區用于固液轉換。而隨著鹽、鎂、鈉類結晶物的增多持續上升結晶嚴重，大量六水氯化鎂在10.67 km2鹽田析出，導致蓄鹵量不足，影響萬噸級碳酸鋰的原料供給。因此，迫切需要在現有條件的基礎上增加鹽田面積，提高蓄鹵量，對提高萬噸碳酸鋰生產的提質提量有著積極重大的意義。到目前為止，在鉀肥生產工藝老鹵水的循環利用方面，老鹵鹽田溶鎂工藝還是應用空白，迫切有待解決。

1 國內外研究現狀及發展動態分析

液化開采鹽類礦床的方法國外已廣泛應用，在鉀鹽方面，加拿大薩省鉀鹽礦床用液化開采方法使其可采鉀鹽儲量增加到686億噸；荷蘭成功利用液化開采方法回收埋深2 400 m的光鹵石礦；美國西爾斯湖用水溶法開采固體鉀芒硝。值得一提的是上述開采主要是鉀鹽類礦產。國內外和鹽湖鎂資源開發利用相關基礎研究和應用基礎研究報道較多，這為鹽湖鎂資源的深入開發利用提供了一定的基礎條件，但與此鮮明對比的是在鉀肥生產工藝老鹵水循環利用方面，老鹵鹽田固體鎂的液化開采，國內還沒有相關報道。到目前為止，在鉀肥生產工藝老鹵水的循環利用方面，老鹵鹽田溶鎂該工藝還是應用空白，迫切有待解決。綜上所述，為提高鹽湖資源綜合利用水平，鎂資源的開發利用研究將持續為關注重點，這既符合我國國情，又具中國特色。

國內青海鹽湖工業股份有限公司通過承擔國家“十一五”科技支撐計劃“柴達木盆地鹽湖難開發鉀礦開采技術研究”項目，研發了“固體鉀礦的浸泡式溶解轉化方法”，并在別勒灘礦區及察爾汗礦區實現了產業化，成果達到國際領先水平。以“固體鉀礦的浸泡式溶解轉化方法”為基礎，現有溶劑制取泵站為依托，利用工程手段將微咸水與沉積的鹽層混合制成合格溶劑，以便礦區高鎂固體礦的溶解開采[1]。

2 工藝流程概述

察爾汗鹽湖是我國最大的氯化鉀生產基地，“反浮選—冷結晶”工藝生產的氯化鉀產品占總產量75%，該工藝是依靠從鹽田灘曬得到的含鈉光鹵石，利用反浮選、冷結晶工藝生產氯化鉀產品。鹽田曬制光鹵石工藝是利用太陽能蒸發鹵水，通過鹵水濃縮，控制鹵水濃度，使其中的成分分段結晶析出。當鹵水點達到MgCl2·6H2O結晶時，說明此時光鹵石結晶結束，應將老鹵及時排出鹽田。老鹵是鹽田曬制光鹵石后所剩下的高鎂母液，其主要組分為含氯化鎂32.5%、氯化鉀0.3%、氯化鈉0.65%。目前，礦區鹽田老鹵均經：“老鹵渠道+老鹵提升泵站”輸送至采區配置固體礦溶礦溶劑循環利用，中途有部分老鹵作為原料提鋰后再返排至老鹵渠道。由于鹽田排出的老鹵量大，根據鹽田工藝計算，年老鹵排放量約17 500萬噸，換算成體積即為12 868萬m3(密度取1.32g/cm3)。

現有10.67 km2老鹵鹽田，隨著鹽、鎂、鈉類結晶物的增多持續上升，結晶了平均0.71 m厚的鹽鎂鈉類結晶物，鹽田中間部分鎂層厚度約1 m，而且形成南高北低兩側走水的現狀，導致蓄鹵量不足，長此以往將制約萬噸碳酸鋰生產。在確保生產正常，淡水充足的情況下，本著技術可行、經濟最優的原則，依照淡水流動式浸泡溶鎂及其他結晶物的形式，現提出可行方案。

3 試驗方法與研究

3.1 原樣分析

取老鹵池結晶物樣進行分析，分析結果如表1所示。

表1 結晶物組分分析 單位：%

從分析結果可以看出，該老鹵池結晶物中MgCl2含最較高，占全部組分的43%左右，由于鹽田中長時間不斷積累的六水氯化鎂，導致鹽田的儲蓄量嚴重不足，因此，為了擴大老鹵池蓄鹵量就要將結晶物中的氯化鎂溶解。

3.2 進淡水量及溶鎂量計算

根據理論計算進入老鹵池淡水量：1臺泵一天的量為：4 200 m3×24 h×80%泵效=8.06萬m3；5臺泵29天進淡水量：5×8.06×29=1169萬m3，由此可用于進一步計算。

本次10.67 km2老鹵鹽田溶鎂項目時間共計47天，進淡水總量為11 690 800 m3，將老鹵池分為三部分進行溶解，淡水進入第一部分(其余組份簡略未計算)見化學平衡值(1#池)結晶物。

列方程式求解A、B

即：1 t結晶物要用6.494 8 t淡水溶解，排出7.502 5 t淡鹵水，或者說：1 t淡水可溶解0.154 t結晶物。

(2)確保PCL控制系統運用電源的穩定性。如果應用電源不穩定，出現較大的電壓波動甚至是斷電，會導致PCL控制技術的應用產生問題，因此應當確保PCL控制系統應用電源的穩定性，從而確保金礦山企業的安全高效生產。

總水量：1 169萬m3經過第一部分后變為1 350萬t淡鹵水。

1 169萬m3淡水能溶解掉180萬t/1.59=113萬t結晶物。

(2)1 350萬噸淡水進入第二部分后：(見化驗數值)

可溶解第二部分282萬噸/1.59=177萬m3結晶物。

(3)1627萬噸淡鹵水繼續進入第三部分

合計溶解結晶物：113+177+164=454萬m3。

3.3 溶鎂試驗

(1)為保證試驗期間能夠提供足夠的成礦鋰水供碳酸鋰生產，對5 km2鹽田進行備鹵，鹵量為500萬m3，同時將10.67 km2鹽田剩余鹵量全部輸送至碳酸鋰生產公司鹽田。

(2)老鹵池進入淡水后合理規劃路線及溶解時間確定，盡可能地將老鹵池內的結晶物全部溶解.將老鹵池內導入淡水進行溶鎂，溶鎂淡水由老鹵池溜槽修渠后排入廢鹵渠道至老鹵渠進行溶劑兌制回收利用，完畢后切換老鹵水將剩余的淡水全部置換掉，封堵老鹵池溜槽，打圍堰，隨后進老鹵水進行攤曬。溶鎂期間為節約時間將使用2臺浮箱挖機老鹵池內行走和攪拌，定期采集水樣進行分析。溶鎂工藝化驗如表2所示。

表2 溶鎂工藝化驗表

根據老鹵池取樣數據分析及氯化鎂的溶解度實際溶解過程中化驗數據來看，鹽田淡水浸泡比重由1.340兌至1.170左右，經溶鎂溜槽排出帶走，向采區輸送進行溶劑兌制。溶解效果較好，最終排鹵點均基本接近飽和狀態，數據計算10.67 km2鹽田總進水量溶解氯化鎂與實際標尺計量溶鎂量基本吻合。

(3)后期備鹵情況說明：10.67 km2老鹵池日備鹵800萬m3，進鹵質量控制保持在280×10-6以上，鹽田按時補水，確保水位在0.8 m，鹵水質量在300×10-6以供生產。

3.4 溶鎂試驗結果

根據鹽田取樣數據分析及氯化鎂的溶解度實際溶解過程中化驗數據來看，溶解效果較好，基本都達到飽和狀態，最終排鹵點均基本接近飽和狀態。通過試驗研究，將老鹵池淡水浸泡比重由1.340兌至1.170左右，增加老鹵池蓄鹵量500萬m3以上，兌鹵后的溶劑經出水的溶鎂溜槽排出帶走向采區輸送，做到節約能源，降低能耗。此溶鎂項目加速鹽田成礦鋰水的形成，減少六水氯化鎂在老鹵池內析出，降低系統運行控制管理的難度，實現系統的科學、高效的運行原則。

4 結語

依托現有的原鹵輸送系統、溶劑補給系統、淡水系統，在滿足原鹵攤曬生產的情況下利用淡水分區域洗鹽、溶鎂，合理規劃進出水行進路線；使用淡水流動式浸泡溶鎂及其他結晶物的形式，增加鹽田蓄鹵量約500萬m3以上，進一步提高鹽田溶鎂的效果。同時跟進引水渠道、導水泵站的建設、同步跟進化驗數據和堤壩防護工作，按洗鹽、溶鎂水鹵質不同進入不同排鹵系統，減少鹽田中氯化鎂等結晶物的沉積量，對溶鎂后的混合水合理利用，輸送至采區進行溶劑兌制，實現了鹽田結晶物的綜合利用率，增加了鹽田的蓄鹵能力，消除了鹽湖“鎂害”；進一步提高鹽田蓄鹵能力，為萬噸碳酸鋰生產項目提供有力支撐，提高了鹽湖資源綜合利用水平。本項目的溶鹽工藝為合理利用鹽湖資源，發展我國的鹽湖化工事業提供了很好的技術與工程范例，對其他鹽湖企業有較大的推廣意義。