Li,K,Na/CO3,SO4-H2O五元体系298.15K稳定与介稳相平衡研究

The unique carbonate-type salt lake with high-lithium distributed in Tibetan plateau of China is rich in the reserves of lithium and potassium resources, with good industrial exploitation prospect and value. However, the research on the phase equilibria of salt-water system for this type of salt lake is little far from perfect, which to some extent, restricts the development and utilization of these mineral resources. Aiming at the carbonate-type salt lake, this project will research on the stable and metastable phase equilibria in the quinary system Li,K,Na/CO3,SO4-H2O at 298.15K. The corresponding phase diagram can be drawn according to the physico-chemical property data of solution. Based on Pizter electrolyte solution theory, the single salt ion-interaction parameters and the corresponding ion-interaction mixing parameters for Pitzer equation can be fitted by using the mixed electrolyte solution thermodynamics data and the solubility data of sub-systems. The equilibrium constants of salts at 298.15K can also be calculated. Then the stable and metastable phase equilibria of quinary system will be evaluated by Pizter equation, which can provide the guidance for the isothermal evaporation of Dangxiongcuo salt lake brine in Tibet at 298.15K. The research results of this project will fill in phase equilibria data gaps of salt-water system within the carbonate-type salt lake, while providing the basic data for the development and utilization of lithium, potassium resources from the salt lake brine, and help to reveal the metallogenic regularity and evolutionary trends of the carbonate-type salt lake in Tibetan Plateau.

我国青藏高原拥有独特的富锂碳酸盐型盐湖，卤水中丰富的锂、钾资源极具工业开发前景。目前对于该类型盐湖水盐体系的相平衡研究仍不完善，这在一定程度上制约了其矿产资源的开发利用。本项目针对碳酸盐型盐湖卤水体系,开展Li,K,Na/CO3,SO4-H2O五元体系及次级子体系298.15K稳定与介稳相平衡实验研究，获得相平衡及溶液物化性质数据，绘制相应相图。基于Pizter电解质溶液理论，利用混合电解质溶液热力学数据和子体系的溶解度数据，计算得到Pitzer方程中五元体系所涉及的单盐参数和混合参数，以及各盐298.15K时的溶解平衡常数，进而对五元体系稳定与介稳相平衡进行理论预测，并用以指导西藏当雄错盐湖卤水298.15K等温蒸发。本项目的研究结果将填补碳酸盐型盐湖水盐体系相平衡研究的空白，也将为该类型盐湖锂、钾资源的开发利用提供基础数据，并有助于揭示青藏高原碳酸盐型盐湖的成矿规律和演化趋势。

本项目针对我国青藏高原特有的富锂碳酸盐型盐湖，开展了该类型盐湖卤水Li,K,Na/CO3,SO4-H2O五元体系部分子体系298.15K相平衡实验研究工作，包括相平衡实验平台的搭建、不同相平衡方法的对比优化（玻璃平衡管、水浴振荡器和磁力搅拌器等），形成了一套较理想的相平衡实验方法，并采用等温溶解平衡法开展了部分子体系的稳定相平衡实验研究，获得了部分可靠的溶解度数据，绘制了相关体系相图，同时在298.15K下测定了平衡液相的化学组成、密度、pH值、电导率和折光率等物化参数，揭示了溶液的物化性质与其浓度、组成之间的关系。根据实验结果，并结合文献查找的相关相平衡数据，尝试运用现代电解质理论模型处理所获得的数据。基于Pitzer电解质溶液理论，利用混合电解质溶液热力学数据和子体系的溶解度数据，通过查找Li2CO3参数的相关文献资料，建立了Pitzer模型，并编写了计算机程序，回归得到了Li2CO3的Pitzer模型参数，并用以获得了与实验结果吻合较好的五元体系部分子体系的平衡溶解度数据。运用研究成果，指导开展了西藏当雄错碳酸盐型盐湖卤水298.15K等温蒸发实验，重点考查了盐湖卤水中锂、钾、硼等重要元素的浓缩富集规律和盐类矿物的析出顺序，并以相关四、五元水盐体系介稳相图为依据，描述和解释了当雄错碳酸盐型盐湖卤水的结晶析盐路线。研究结果表明，在盐湖卤水298.15 K等温蒸发过程中，盐类矿物的析出规律与Na,K/Cl,CO3,SO4-H2O五元水盐体系298.15K介稳相图基本吻合。锂元素全程分散析出；钾元素则以钾芒硝和钾石盐两种矿物形式结晶析出，其含量高达20%-35%；硼元素在卤水蒸发前、中期不断浓缩富集，直到蒸发后期结晶析出，故通过298.15 K等温蒸发很难获得高品位Li2CO3混盐，但可制取高品位钾混盐，还可利用其尾卤制取高品位硼砂产品。本项目的研究成果在一定程度上丰富了碳酸盐型盐湖卤水多元水盐体系相平衡研究内容，也为该类型盐湖锂、钾等资源的开发利用提供了一定的基础数据，并有助于揭示青藏高原碳酸盐型盐湖的成矿规律和演化趋势。