柴达木盆地盐湖老卤介稳体系溶液物理化学性质研究

针对柴达木盆地盐湖提钾生产钾肥后老卤的开发利用，充分利用当地太阳能、冷能和风能等自然条件，开展盐湖老卤体系介稳相化学、溶液化学、结构化学、计算化学和盐田技术的集成创新研究，对于高镁锂比的盐湖老卤资源精细化分离及其稀有元素综合利用至关重要。本项目拟采用等温蒸发法、等压法、平板样品池透射法的实验方法，创新实验研究方法和手段，开展盐湖老卤体系多温介稳溶液物理化学性质研究；结合现场盐田蒸发实验研究，改进和发展Pitzer电解质溶液理论，建立多温条件下盐湖老卤组成变化、盐类矿物结晶和转化的动态模型，揭示老卤在盐湖中发生的卤水蒸发、盐类结晶沉积、溶解转化的过程与机制，为盐湖老卤的精细化分离及其综合利用提供重要的化工热力学基础数据；结合实验与理论多温介稳相图和温差效应，探索高镁锂比老卤的锂镁分离及其工艺过程解析，制订盐湖老卤综合利用技术方案。

全面完成本项目计划，研究工作达到了预期的研究目标并取得了大量的研究成果。设计制作低温溶液介稳相平衡 装置、多温相转化实验装置、同步辐射X射线散射实验装置，实现盐湖老卤介稳体系溶液物理化学性质研究。针对柴达木盆地盐湖老卤资源的特点，测定了多温条件下的34个三元体系、26个四元体系和6个五元体系的介稳平衡溶解度及其溶液物理化学性质测定，揭示了柴达木盆地盐湖老卤体系多温多体系介稳相平衡溶与溶液物理化学性质，填补了国内外文献空白。发现四硼酸镁溶解平衡的不稳定性，获得了四硼酸镁的相转的相转化温度和时间及其溶解度。应用X射线散射实验结合理论计算对溶液结构的认识，揭示了硫酸镁、硼酸锂和硼酸镁溶液的结构。应用已积累的溶解度数据和本项目研究结果，首次建立了含锂、钠、钾、镁的氯化物和硫酸盐卤水体系-10℃~200℃介稳溶解度预测模型，并丰富了不同形态硼酸盐离子相互作用参数，初步建立了含硼酸盐卤水体系25℃介稳溶解度预测模型，为推动柴达木盆地盐湖卤水资源综合利用提供了重要的理论创新和技术支撑。揭示了盐湖冬季卤水分阶段、多温条件下的液相组成及其溶液物理化学性质，发现了老卤蒸发浓度过程中锂、硼和稀散元素溴、铷、铯的富集特征。此外，由于盐湖卤水中硼酸盐结构的复杂性，硼酸盐体系的多温相化学、结构信息和介稳溶解度预测系统有待深入研究。项目执行期间，在国内外发表学术论文和会议交流论文109篇，其中SCI收录26篇、EI收录39篇，出版英文合著1部、主编中文论著1部；申请中国发明专利9项（其中授权专利1项）；举办国际会议1次，国际学术会议邀请报告2次；培养博士后1名、博士生7名、硕士生30名。