包玉存，王海平，蔣中華，屈小榮

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司，青海省鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海格爾木 816000)

1 前言

鹽田是以鹵水為原料，經(jīng)過蒸發(fā)、析鹽等工藝生產(chǎn)光鹵石原礦的重要生產(chǎn)設(shè)施，也是生產(chǎn)鉀肥必不可少的重要工藝之一。在中國最大的鹽湖—察爾汗鹽湖中具有豐富的鉀、鎂、鈉、鋰、硼、碘等多種礦產(chǎn)資源。以往的鹽田管理都是操作人員根據(jù)經(jīng)驗來控制整套工藝，當(dāng)原礦質(zhì)量出現(xiàn)較大波動，氯化鈉顆粒增大的情況下，通過化驗數(shù)據(jù)和檢測濃度等控制手段具有一定的滯后性；并且鹽田的生產(chǎn)主要針對鉀資源的提取，其他資源(如鈉、鎂、鋰等)的浪費(fèi)，為使鹽湖資源高效合理利用，鹽湖產(chǎn)業(yè)得到循環(huán)發(fā)展，對鹽田設(shè)施和鹽田管理實行科學(xué)化迫在眉睫。

科學(xué)合理管理鹽田，實現(xiàn)自動化是用一種科學(xué)的方法對鹽田鹵水流動量進(jìn)行控制?？刂汽u水流動量首先要熟悉鹽田生產(chǎn)工藝、確定鹵水各工藝點排放的最佳組分和影響鹽田生產(chǎn)的因素，從工藝流程、鹵水組分及影響因素分析制定管理方法，運(yùn)用科學(xué)合理的鹽田管理方法來有效地開發(fā)利用資源，為鹽湖循環(huán)生產(chǎn)模式提供高質(zhì)量高產(chǎn)量的原料。

2 鹽田最佳工藝點控制的分析

2.1 鹽田工藝流程(圖1)

察爾汗鹽田是Mg2+、K+、Na+//Cl-—H2O四元水鹽體系型為主的鹵水。鹽田系統(tǒng)分為鈉鹽池、光調(diào)池和光鹵石池。原料鹵水首先進(jìn)入鈉鹽池，在鈉鹽池中蒸發(fā)并析出氯化鈉，然后進(jìn)入光調(diào)池。光調(diào)池的主要作用是控制鹵水進(jìn)入光鹵石池的組成，使得光鹵石最大限度的析出在光鹵石池中，而氯化鈉盡可能析出在鈉鹽池和光調(diào)池中，以保證光鹵石的品質(zhì)和收率。同時，當(dāng)溫度、原料鹵水組分等條件發(fā)生變化，導(dǎo)致鹵水在蒸發(fā)過程中可能析出鉀石鹽時，可在光調(diào)池中調(diào)節(jié)鹵水的鉀鎂比。鹵水在光調(diào)池中蒸發(fā)至光鹵石階段時，進(jìn)入光鹵石池進(jìn)行蒸發(fā)，并析出光鹵石，曬完光鹵石后的老鹵排到尾鹽池。

圖1 鹽田生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Flow chart of salt field production process

2.2 鹽田最佳工藝點控制的分析

鹽田生產(chǎn)的最終產(chǎn)品是光鹵石礦，不考慮氣候條件的影響，光鹵石礦的產(chǎn)、質(zhì)量是通過控制鹽田各個工藝點參數(shù)來實現(xiàn)，鹽田的工藝點主要有原鹵、鈉鹽池、光調(diào)池、光鹵石池。

2.2.1 原鹵的管理

察爾汗鹽田原鹵的組成可以大致分為兩類：一類是無鉀石鹽析出，一類是有鉀石鹽析出。代表組分如表1、表2。

表1 無鉀石鹽析出原鹵組分Tab.1 Components of raw brine from potassium-free salt precipitation %

表2 有鉀石鹽析出原鹵組分Tab.2 Components of raw brine from potash salt precipitation %

以15 ℃ Mg2+、K+、Na+//Cl-—H2O 四元水鹽體系等溫相圖對原鹵進(jìn)行管理，以上兩組數(shù)據(jù)標(biāo)于圖2。

圖2 15 ℃ Mg2+、K+、Na+//Cl-—H2O四元水鹽體系等溫相圖Fig.2 Isothermal phase diagram of Quaternary water-salt system of Mg2+、K+、Na+//Cl--H2O at 15 ℃

圖2顯示，表1原鹵組成點在干基圖為B點，相應(yīng)的水點為B0，由圖2可看出此原鹵沒有鉀石鹽析出，且為不飽和溶液。在渠道輸送中盡可能使鹵水濃縮至飽和，即干基圖中液相點和系統(tǒng)點B點不變，水圖中濃縮至NaCl剛飽和的系統(tǒng)點B1，所以，在渠道輸送中盡可能使鹵水的液相點和系統(tǒng)點濃縮至B1，再進(jìn)入鈉鹽池。

表2的原鹵組成點在干基圖為A點，從圖2可看出此原鹵有鉀石鹽析出，有鉀石鹽析出的原鹵濃縮至飽和后進(jìn)入鈉鹽池繼續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶至相應(yīng)的濃度，然后進(jìn)入光調(diào)池，在光調(diào)池加入定量的老鹵消除鉀石鹽。

原鹵點的控制主要是將濃度高的原鹵直接進(jìn)入鈉鹽池，濃度低的原鹵通過堵挖渠道控制濃度達(dá)到相應(yīng)的濃度后進(jìn)入鈉鹽池，以及通過原鹵的組分判斷是否有鉀石鹽析出。鹽田中原鹵的基本操作是濃度≥27 °Be′時，向鈉鹽池灌鹵，當(dāng)濃度≥27 °Be′時原鹵中氯化鈉<6%，會使原鹵中氯化鈉進(jìn)入鈉鹽池之前結(jié)晶出來，這樣可以有效的延長鈉鹽池的使用壽命。

2.2.2 鈉鹽池、光調(diào)池操作分析

當(dāng)原鹵達(dá)到灌鹵相應(yīng)的濃度(也可以是相應(yīng)的密度)時，首先進(jìn)入鈉鹽池，在鈉鹽池中鹵水進(jìn)行濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鈉兩個階段。

鈉鹽池的管理主要在于兩點：(1) 防止大量的氯化鈉進(jìn)入下一個工序；(2) 防止光鹵石在鈉鹽池析出。

當(dāng)原鹵在水圖中的系統(tǒng)點為M1時進(jìn)入鈉鹽池，此時NaCl剛飽和，在鈉鹽池繼續(xù)蒸發(fā)，析出大部分NaCl，圖2干基圖中液相點從B點蒸發(fā)至N點后導(dǎo)入光調(diào)池。水圖中，液相點相應(yīng)的從B1到N0。

在光調(diào)池中繼續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶至液相點到“E”點，光調(diào)池的管理是鹽田生產(chǎn)中最重要的一個環(huán)節(jié)，做到既不能損失鉀，又不能多帶進(jìn)鈉鹽，確保光鹵石礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。

如果生產(chǎn)中出現(xiàn)如表2組分的有鉀石鹽析出的原鹵，需要加入定量的老鹵來消除鉀石鹽段。根據(jù)圖2中的干基圖,原鹵在鈉鹽池中蒸發(fā)結(jié)晶，液相點由A點移至P點后進(jìn)入光調(diào)池，在光調(diào)池加入定量的老鹵兌鹵，液相點由P點移至M點后停止兌鹵，繼續(xù)蒸發(fā)至液相點接近至E點后進(jìn)入光鹵石池。

2.2.3 確定光鹵石排放點指標(biāo)

光鹵石池中蒸發(fā)結(jié)晶至接近F點時(也可以通過測比重或濃度確定取樣時間)開始取樣分析，當(dāng)KCl=0.3%時根據(jù)排鹵能力確定排鹵量，在KCl<0.12%前要排完，否則在光鹵石池中會有MgCl2析出影響光鹵石質(zhì)量。光鹵石池的走水以“串聯(lián)為主，并聯(lián)為輔”的路線， 具體路線根據(jù)實際情況確定。

3 影響鹽田生產(chǎn)的因素

鹽田的管理不僅要控制好工藝點的排放指標(biāo)，還要分析影響鹽田的影響因素，科學(xué)管理鹽田生產(chǎn)是在結(jié)合影響因素的的基礎(chǔ)上控制各排放點。影響鹽田生產(chǎn)的外在因素主要有鹵深、鹵溫、氣象條件等，一般鹽田的深度在1.0 m以上時晝夜溫差小，對濃縮結(jié)晶過程沒有大的影響；鹵水的溫度越高蒸發(fā)速率越快，察爾汗鹽湖每年6月～8月是溫度最高的季節(jié)，成礦速率也最快，所以，每年溫度最高的季節(jié)加強(qiáng)鹽田的控制，把成礦達(dá)到最佳的效果，最大限度的產(chǎn)出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的礦，在溫度低的季節(jié)進(jìn)行采礦生產(chǎn)，使鹽田生產(chǎn)到最優(yōu)化。

4 科學(xué)管理鹽田的途徑

4.1 建立數(shù)學(xué)模型，發(fā)展自動化

生產(chǎn)上要根據(jù)原鹵的變化和季節(jié)的不同，調(diào)整工藝條件來穩(wěn)定光鹵石礦的產(chǎn)、質(zhì)量。把鹽田中各工藝點的鹵水組分繪于相圖中，就可以清楚地看到光鹵石點的位置。每天對每個控制點進(jìn)行描述分析，如果描述的點都相同，則鹽田系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。然而，如果所描述的點是向同一個方向偏移，則系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)。如果描述的點是向相圖中更為濃縮的方向移動，就應(yīng)加大鹵水流量。因此，加強(qiáng)鹽田生產(chǎn)的定量管理，逐步建立起鹵水控制點的數(shù)學(xué)模型，建立鹽田生產(chǎn)管理系統(tǒng)，利用計算機(jī)采集各工藝數(shù)據(jù)，輸入鹵水分析數(shù)據(jù)和當(dāng)前氣象資料，根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，通過技術(shù)員判斷軟件，及時對生產(chǎn)過程進(jìn)行分析、決策、實施生產(chǎn)控制，并利用歷史數(shù)據(jù)庫中多年氣象資料，對生產(chǎn)前景進(jìn)行預(yù)測，優(yōu)化鹽田管理，是提高鹽田生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

目前，鹽田生產(chǎn)管理都向自動控制進(jìn)軍，美國大鹽湖70 km2的鹽田只需一人進(jìn)行管理，自動化管理不僅節(jié)省人力，更使鹽田的管理更精準(zhǔn)，為生產(chǎn)提供高質(zhì)量、高產(chǎn)量的原料。

4.2 綜合開發(fā)鹽湖資源，走可持續(xù)發(fā)展之路

鹽湖資源不僅富有豐富的鉀資源還伴生有鈉、鎂、鋰、硼和溴等多種元素。如果利用時只進(jìn)行鉀肥能力的擴(kuò)張，而不重視資源的綜合利用和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，最終面臨的是礦山枯竭。

科學(xué)管理鹽田就要使鹽田中的每種資源得到充分的利用。察爾汗鹽湖中各類資源有數(shù)百億噸。其中氯化鉀儲量占全國的97%，氯化鈉占81%，鋰占83%，氯化鎂占99.7%，另外還有硼、溴、碘、銣、銫等多種金屬和非金屬元素。目前，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司(以下簡稱“公司”)走可持續(xù)發(fā)展道路在生產(chǎn)鉀肥的同時，已經(jīng)開發(fā)了鋰、鎂、鈉的生產(chǎn)基地，逐步做到鹽湖資源物盡其用和資源環(huán)境的良性開發(fā)。

5 科學(xué)管理鹽田的意義

科學(xué)管理鹽田對鹽田生產(chǎn)和加工廠生產(chǎn)都具有重大意義，主要有：會使鹽田生產(chǎn)得到良性循環(huán)；鹽田面積的到合理、高效的利用；鹽田產(chǎn)出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的光鹵石；降低加工廠生產(chǎn)成本；鹽湖資源中得到綜合利用，使公司走可持續(xù)發(fā)展之路。