蔣中華，任紅偉,史忠錄，劉萬軍,任青峰，金青明

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司 鉀肥分公司，青海 格爾木 816099)

1 前言

察爾汗鹽湖是一個以鉀為主，固液并存的大型鉀鎂鹽礦床，共生有大型石鹽、硼、鋰礦，伴生有溴、碘、銣、鍶等礦產(chǎn)。液體鉀資源主要賦存于巖層孔隙之中，稱之為晶間鹵水，并有少量地表鹵水(湖水)和碎屑物中的孔隙鹵水。固體鉀鎂鹽礦主要賦存于石鹽層中。

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司(以下簡稱“公司”)生產(chǎn)鉀肥的鹽田工藝流程為：通過井渠結合方式開采礦區(qū)原鹵，輸送到鈉鹽池，待蒸發(fā)析出大量氯化鈉后，進入調節(jié)池，進一步濃縮至光鹵石結晶點，導入光鹵石池，繼續(xù)蒸發(fā)濃縮析出光鹵石。繼而利用光鹵石再加工生產(chǎn)鉀肥產(chǎn)品。

目前，公司西區(qū)鹽田光鹵石池面積約84.21 km2，共有26個不同面積的光鹵石池(見圖1)。經(jīng)過多年的運行，光鹵石池鹽田系統(tǒng)從未進行過系統(tǒng)的光鹵石蒸發(fā)結晶過程的研究工作，光鹵石池鹽田系統(tǒng)蒸發(fā)濃縮結晶各階段池子中結晶礦物的數(shù)量和質量也沒有一個較為準確和全面的數(shù)據(jù)資料。

圖1 公司鹽田平面及采船布置圖Fig.1 Salt field plane and picking ship layout of the company

2 研究思路

該模型任意選取一個光鹵石鹽田，研究進鹵量、進鹵組分、鹽田面積和出鹵組分間的關系，繼而求解該鹽田出鹵量。對于多個鹽田長串走水路線而言，某一鹽田的出鹵量和出鹵組分就是下一個鹽田的進鹵量和進鹵組分，這樣通過數(shù)據(jù)的迭代本模型就能模擬長串走水路線上各個鹽田的生產(chǎn)情況。

3 模型依據(jù)

模型建立的主要依據(jù)為鹽田進出物料質量平衡和(15 ℃)Mg2+、K+、Na+//Cl-—H2O四元水鹽體系相圖數(shù)據(jù)，同時參照了《年產(chǎn)百萬噸氯化鉀項目初步設計》中的鹽田部分，模型的物料平衡示意圖如圖2。

圖2 物料平衡示意圖Fig.2 Material balance diagram

物料平衡方程式為：進鹵量=蒸發(fā)水量+Car+NaCl+滲漏+出鹵量。

模型應用的基礎數(shù)據(jù)如表1。

表1 基礎數(shù)據(jù)表Tab.1 Basic data table

模型采用的公式如下：

鹵水比蒸發(fā)系數(shù)=(3 403.567-2 410.881×鹵水比重)/1 000

年鹵水蒸發(fā)量=年淡水蒸發(fā)量×大面積鹽田系數(shù)×鹵水比蒸發(fā)系數(shù)-年降水量

鹽田年淡水蒸發(fā)水量=鹽田面積×年鹵水蒸發(fā)量/1 000

鹽田年滲漏量=鹽田面積×滲漏系數(shù)×全年天數(shù)×鹵水比重/1 000

光鹵石礦量=(光鹵石量+氯化鈉量)/(1-母液夾帶分數(shù))

相對誤差=(數(shù)值1-數(shù)值2)/數(shù)值1×100%

鹽田收率=光鹵石礦中氯化鉀總量/進鹵中氯化鉀總量×100%

光鹵石析出率=單個鹽田光鹵石量/各個鹽田光鹵石量總和×100%

4 模型建立過程

任意選取公司15#光鹵石鹽田作為研究對象，年進鹵量設定為5 000萬m3，進鹵組成如表2。

表2 進鹵組成Tab.2 Composition table of brine intake

4.1 鹵水組分處理

為了嚴格使用(15 ℃)Mg2+、K+、Na+∥Cl-—H2O四元水鹽體系相圖數(shù)據(jù)，有必要對雜質離子硫酸鈣和硫酸鎂組分做合理的處理，該模型把硫酸鎂當作氯化鎂，把硫酸鈣當作氯化鈉。通過在干基圖上對處理后數(shù)據(jù)進行標點，發(fā)現(xiàn)點到飽和曲線的距離比采用其他方法處理后的數(shù)據(jù)點更短。而且該處理方法保證了組分中總鹽類含量的不變，這為用鹵水組分準確計算鹵水比重奠定了基礎。處理后的數(shù)據(jù)見表1的進鹵組分。

4.2 鹵水比重計算

對于眾多鹽田的長串走水計算而言，若通過實際測量獲得鹵水比重就顯得費時費力，因此尋找一種通過鹵水組分合理準確計算鹵水比重的方法就很有必要。采用密度計算中的加和法，該法是基于體系比重等于體系中各單一組分所貢獻比重的總和來計算的。通過大量的數(shù)據(jù)驗證，該比重計算方法的平均誤差<1%，通過計算，15 ℃該鹵水比重為1.281 685 g/mL。

4.3 蒸發(fā)水量和滲漏量計算

在計算鹵水比蒸發(fā)系數(shù)時采用鹽田進鹵鹵水比重，滲漏鹵水比重采用鹽田進鹵鹵水比重，經(jīng)計算：15#鹽田年淡水蒸發(fā)水量為245.38萬t，15#鹽田年滲漏量為4.21萬t。

4.4 出鹵組分的求解

扣除鹽田滲漏部分，15#鹽田有用進鹵量為6 404.21萬t。設出鹵量為d，光鹵石量為e，氯化鈉量為f,根據(jù)物料守恒列方程如下：

d+e+f+245.38=6 404.21

(1)

ad+34.28e=6 404.21×27.249

(2)

bd+100f=6 404.21×1.539

(3)

cd+38.88e+245.38×100=6 404.21×69.234

(4)

聯(lián)立方程組(1)(2)(3)(4)消去d、e和f可得到一個關于a、b和c的關系式，此式就是確定出鹵組分的關系式。在實際應用中可以把大量的溶解度數(shù)據(jù)分別代入此出鹵組分關系式中，這樣就能得到一組數(shù)據(jù)，選擇絕對值最小的數(shù)據(jù)，則其對應的溶解度數(shù)據(jù)就是出鹵組分。該模型利用EXCEl表格中的各種計算程序能快速搜索到誤差最小的出鹵組分。通過計算機求得的出鹵組成見表2。

4.5 鹽田生產(chǎn)狀況計算

然后聯(lián)立方程組(1)(2)(3)(4)，解得(表3)：

表3 鹽田生產(chǎn)狀況表Tab.3 Table of salt field prodeuction 萬t

以蒸發(fā)水量計，相對誤差0.04%；求得的光鹵石礦組分含量見表2，鹽田收率為49.21%?？紤]夾帶母液后的15#鹽田物料平衡如圖3。

圖3 鹽田物料平衡圖Fig.3 Material balance chart of salt field

5 模型應用

以模型建立過程中的數(shù)據(jù)研究公司如下走水路線→15#→16#→17#→18#→，鹽田共四個，面積分別為3 km2。把15#鹽田物料平衡計算中求得的出鹵量和出鹵組分代入模型可得16#鹽田的出鹵量和出鹵組分，以此類推，求得的各個鹽田主要數(shù)據(jù)如表4。

表4 各個鹽田主要數(shù)據(jù)表Tab.4 Main data table for each salt field

把進鹵量提高一倍，其余條件不變，求得的各個鹽田的主要數(shù)據(jù)如表5。

表5 各個鹽田主要數(shù)據(jù)表Tab.5 Main data table for each salt field

6 結論和建議

1)沿走水路線各鹽田的光鹵石析出率依次降低(降幅較大)，光鹵石礦含鉀量依次降低(降幅較小)。針對不同走水路線下進鹵條件，模型能較好地模擬鹽田的生產(chǎn)情況，對于指導整個鹽田的采收生產(chǎn)具有重要意義。

2)針對一定面積的鹽田，模型能模擬出合理的鹵水需求量和生產(chǎn)的光鹵石礦總量。這對于準確制定鉀肥系統(tǒng)全年的生產(chǎn)計劃具有指導作用。

3)模型建立的依據(jù)是15 ℃鹵水等溫蒸發(fā)析鹽規(guī)律，而全年鹽田生產(chǎn)中每個月的平均鹵溫都有不小變化，如表6。

表6 全年鹽田生產(chǎn)中每個月的平均鹵溫Tab.6 Average brine termperature per month in salt field production in a year

模型還應用了大量的經(jīng)驗參數(shù)和公式，如大面積鹽田系數(shù)、鹽田滲漏系數(shù)和比蒸發(fā)系數(shù)等。針對這些主要影響因素系統(tǒng)深入地開展相關研究，使模型與實際生產(chǎn)更加吻合是模型優(yōu)化的主要方向。

4)目前針對單個光鹵石鹽田在進出鹵水量，光鹵石礦產(chǎn)量和品質，光鹵石礦積存量等眾多方面還有大量的數(shù)據(jù)采集工作有待更進一步的完善。準確全面的鹽田基礎數(shù)據(jù)可以為模型的優(yōu)化提供關鍵的數(shù)據(jù)支持，這也是加強鹽田生產(chǎn)管理的必然要求。