国内外典型硫酸盐型盐湖卤水资源现状及提钾工艺综述

国内外典型硫酸盐型盐湖卤水资源现状及提钾工艺综述邹松;方霖;沈善强;谭勤俭;程帅【摘要】Potassium sulphate is an important and high quality potash product , and it is widely used for some significant chlorine avoid economic crops ( such as tobacco , watermelon, tea, citrus, grapesetc .) .The sulphate-type salt lake is the important resource for extracting potassium sulfate products.In this paper, the resources status of sulphate -type salt lake brine at home and abroad is first reviewed .Then the Great Salt Lake in USA , Atacama Salt Lake in Chile , Lop Nur Salt Lake in Xinjiang and East (West) Taijinail Salt Lake in Qinghai are selected the research objects , the extraction of potassium from sulphate -type salt lake are described in detail .In the end , the ex-traction of potassium from the brine of sulphate -type salt lake are summarized and the develop-ments of extraction process are prospected .%硫酸钾是一种重要且优质的钾肥产品,广泛应用于一些重要的忌氯经济作物(如烟草、西瓜、茶叶、柑桔、葡萄等),而硫酸盐型盐湖卤水资源是提取硫酸钾产品的重要来源.从国内外硫酸盐型盐湖卤水的资源现状出发,分别以美国的大盐湖、智利的阿塔卡玛盐湖、新疆的罗布泊盐湖、青海的东(西)台吉乃尔盐湖为研究对象,详细阐述了国内外四大典型硫酸型盐湖中钾的提取工艺方法及特点,最后针对硫酸型盐湖卤水钾的提取作了总结和展望.【期刊名称】《矿产保护与利用》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】6页(P113-118)【关键词】硫酸钾;盐湖;卤水;硫酸盐型【作者】邹松;方霖;沈善强;谭勤俭;程帅【作者单位】化工部长沙设计研究院,湖南长沙410116;江西省地矿资源勘查开发中心,江西南昌330030;青海盐湖工业股份有限公司,青海格尔木816000;化工部长沙设计研究院,湖南长沙410116;化工部长沙设计研究院,湖南长沙410116【正文语种】中文【中图分类】TF826+.1据美国地质调查局统计，截止2016年底，世界钾盐可回收矿石储量约为42.73亿t(以K2O计)[1]。

但世界钾资源的分布极不均衡，主要分布在北美、欧洲、南美、中东和亚洲，其中加拿大、白俄罗斯、俄罗斯三国储量占世界总量的61.08%，且主要以地下固体钾盐为主[2-3]。

此外，这三国的钾盐资源是以固体钾石盐的矿床类型为主， KCl 品位通常在10%～40%之间，品位高、易富集和加工，可用浮选法或溶解结晶法进行提取，也是全球钾盐的主要来源[4-6]。

我国是钾资源紧缺的国家，截止2016年底，钾盐储量3.6亿t，占世界比例的8.42%，主要分布在青海柴达木盆地和新疆罗布泊盐湖，且以卤水钾矿资源为主[7-8]。

其中，青海柴达木盆地察尔汗盐湖主要以光卤石型的液体卤水矿床为主，KCl 品位通常在15%左右，通常采用浮选法(包括正浮选和反浮选)和溶解结晶法提取；而新疆罗布泊盐湖为硫酸镁亚型盐湖卤水为主的液体卤水矿床，成分较为复杂，通常采取盐田工艺、浮选工艺和化工工艺进行提纯[4-6]。

世界主要国家钾矿资源情况见表1。

目前，含氯钾肥(氯化钾)一直是国内外应用最广泛的钾肥产品，占钾肥市场产品的85%～90%。

但是，近年来，随着忌氯农作物(如烟草、西瓜、茶叶、柑桔、葡萄等)的迅速发展，无氯钾肥的需求量也越来越大。

国内外的无氯钾肥主要为硫酸钾、硝酸钾、磷酸二氢钾、硫酸钾镁、窑灰钾肥、硅钾肥等，其中利用盐湖资源提取的主要为硫酸钾化肥[9-11]。

本文从国内外硫酸盐型卤水资源概况出发，主要介绍了国内外四大典型的硫酸盐型卤水(美国大盐湖、智利阿塔卡玛盐湖、新疆罗布泊盐湖以及青海的东(西)台吉乃尔盐湖)盐湖提钾的工艺及开发利用进展。

从地理分布来看，国外硫酸盐型盐湖开发最具典型的代表为美国的大盐湖和智利的阿塔卡玛盐湖。

美国大盐湖[2-3]最早是在1776年被人们发现，位于美国犹他州的西部，是西半球最大的内陆湖，也是世界上的第四大终点湖，深10.7 m，面积4 400 km2。

湖水的含盐量是普通海水的3～5倍，约含50亿t的钠、镁、钾元素的氯化物和硫酸盐矿物，还含有少量的钙、锂、溴、硼。

该盐湖资源的开发利用工作开始于1967年。

1967年，美国大盐湖矿物和化学制品公司开始在该湖的背部大规模修建盐田、建设工厂，并于1970年底开始运转。

70年代后期，从盐田中生产高品位钾盐镁矾工艺研究成功，此后公司才获得了较好的经济效益。

南美洲的阿塔卡玛盐湖[2-3]位于智利的北部地区，是一个结有干盐壳的干盐湖。

湖区成盐面积1 400 km2。

晶间卤水到地面0.6 m，是一个富含硼、锂等元素的硫酸盐型盐湖。

湖面海拔高度为2 300 m，年降雨量为20～50 mm，淡水的相对蒸发量3 800 mm，全年温度波动在-1～35 ℃之间。

有资料显示，在阿塔卡玛盐湖中心区各种元素的预估储量：钾5 800万t、镁3 050万t、锂450万t、硼290万t。

我国盐湖数量多,分布广,类型全,资源相对丰富。

根据有关数据，全国有各种规模的盐湖1 000多个，盐湖面积约50 000 km2。

从地理分布来看，西藏主要以碳酸盐-硫酸盐型为主，青海主要以硫酸镁-氯化物型为主，新疆主要以硫酸盐型和硝酸盐型为主，而内蒙主要以碳酸盐型为主。

笔者根据相关文献统计了我国硫酸盐型盐湖资源分布状况[12-13]，结果见表2。

从表中可以看出：青海和新疆是我国硫酸盐型盐湖资源主要聚集地，其盐湖面积占我国盐湖总面积的55%，主要以硫酸镁亚型盐湖卤水形式存在，数量不多，但硫酸镁亚型盐湖面积却占了盐湖总面积的 45%，资源量丰富。

因此，从硫酸镁亚型卤水资源提取其中有用元素(钾、锂、镁、硼、溴等元素的主导产品)仍是今后的一个重要发展方向。

我国硫酸盐型盐湖开发最具典型代表的为新疆罗布泊盐湖以及青海东(西)台吉乃尔盐湖。

国外硫酸盐型盐湖开发最具典型的代表为美国的大盐湖和智利的阿塔卡玛盐湖，国内硫酸型盐湖开发成功的最具典型的代表为新疆的罗布泊盐湖和青海的东(西)台吉乃尔盐湖。

下面就国内外这几种典型的硫酸盐型盐湖提钾工艺及研究进展作一个系统阐述。

美国大盐湖是典型的硫酸盐型盐湖，西半球最大的内陆湖，也是世界上第四大终点湖，美国大盐湖的卤水化学组分分析见表3。

美国大盐湖是分成南部和北部两个独立的部分。

南部有两个公司生产日晒盐，其中一家生产镁盐；北部的卤水浓度高，适合于回收硫酸盐，特别是硫酸钾。

美国大盐湖提取硫酸钾生产工艺主要分为盐田部分、盐田混合盐化学加工部分和钾盐镁矾加工制取硫酸钾部分，其主要生产工艺流程见图1。

首先，在一定的蒸发时间和卤水浓度下，以五元水盐体系介稳相图为基础，来自大盐湖北部的盐田卤水与来自加工厂的硫酸钾溢流母液混合，当调整混合后的卤水组分，进入五元体系的钾盐镁矾结晶区时，其中的K+主要以钾盐镁矾的形式析出。

此外，伴随析出的光卤石和氯化钠的析出量也控制到最低程度。

由此混合后的卤水在蒸发过程中可以得到两种不同品位的钾盐镁矾矿，首先析出氯化钠含量更高(NaCl含量≈30%)的钾盐镁矾矿，对其进行浮选脱钠后才能成为制取硫酸钾的原料；后面析出的是更高品位的钾盐镁矾矿(NaCl含量<20%)。

析出固相后的母液进入冬季冷却后在盐田中进一步析出光卤石，析出的光卤石固相再与钾盐镁矾母液进一步反应得到了钾盐镁矾矿，而且母液可以重复利用。

前期的低品位钾盐镁矾矿进入浮选厂浮选得到软钾镁矾精矿，而后阶段高品位的钾盐镁矾矿进入细磨控制粒度在-0.154 mm，再通过浸取转化后得到软钾镁矾精矿，二者精矿产品混合后控制温度冷却至25 ℃，通过多段浓缩增稠，加入硫酸钾循环母液除去氯化钠、泻利盐等杂质得到纯度较高的软钾镁矾，再进入结晶器中同时加入氯化钾和水，保持在温度55 ℃左右，通过复分解反应转化为硫酸钾料浆，再经过浓缩、过滤、干燥、造粒、破碎以及筛分得到纯度96%的硫酸钾肥料产品。

该方法母液循环量大，但K+回收率低，仅在33%左右，此外，结晶器复分解生产硫酸钾的原料氯化钾需要外购，生产成本较大，生产能力变化也较大。

南美洲智利的阿塔卡玛盐湖的卤水化学组分分析见表4。

1969年，智利的地勘部门首次对该湖进行了大范围的勘查工作。

1975～1979年智利开发公司对该湖进行了详细的试验研究，并于1982年在盐滩上建立了一个肥料综合企业，同时设计了一个年产氯化钾52万t、硫酸钾15万t、硼酸3 kt的综合加工厂。

该工厂从建设到试生产历时4 a，并于1985年正式投产。

阿塔卡玛盐湖盐田工艺由石盐池、钾石盐池和硫酸盐混盐池三部分组成，根据盐田工艺性质，阿塔卡玛盐湖的钾盐产品为硫酸钾和氯化钾，其中硫酸盐混盐池是制取硫酸钾产品的主要来源，钾石盐池是制取氯化钾产品的主要来源。

阿塔卡玛盐湖制取硫酸钾产品的主要生产工艺流程见图2。

技术路线表述如下：其中氯化钾产品是通过盐田晒出的钾石盐原料(其中KCl含量25%，NaCl含量75%)，采用正浮选工艺脱除氯化钠得到。

硫酸钾产品则是利用硫酸盐混盐为原料，通过湿式磨矿控制合格粒度再加入硫酸钾循环母液，在常温下将钾盐镁矾转化为软钾镁矾，再加入磺酸盐作为软钾镁矾的捕收剂，浮选得到含量95%的软钾镁矾精矿，其中K+的回收率可达94%；软钾镁矾精矿再加入氯化钾、水，保持在恒温55 ℃发生复分解反应生产硫酸钾，经过浓缩、过滤、干燥最后得到农用硫酸钾化肥产品。

罗布泊盐湖[14-16]位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州境内，塔里木盆地的东部，其行政区划属若羌县。

罗布泊矿区根据地理地貌可分为罗北、罗中、罗东、新湖、新湖东、老湖区、腾龙(东)台地和新庆(西)台地等八个区段。