Na+,K+,Mg2+//Cl-,SO42- -H2O体系低温介稳态相化学关系及冷冻结晶规律研究

This project is to study the metastable phase equilibrium and freezing crystallization process of Na+, K+, Mg2+//Cl-, SO42--H2O quinary system (-5 to -15 ℃), and to understand low temperature crystallization mechanism based on thermochemical and kinetic data. The physicochemical properties will help to understand the dissolution behavior of low grade potassium sulfate type (subtype) Salt Lake ore and to explain the mechanism of the solid-liquid transformation, which provides the foundation for efficient separation and rational utilization of low-grade potassium sulfate type (subtype) Salt Lake ore and brine resources. The metastable phase equilibrium data, crystallization kinetics, thermodynamics and solution properties can help us to understand the nature of the quinary system at low temperatures and provide the basis and guidance for extraction/precipitation/solid phase separation of quinary system with efficient energy utilization. DFT and molecular dynamics method will be used to study the formation and mechanism of the solid-phase precipitation under different chemical environments, which will further develop the applications of DFT theory and molecular dynamics methods in structural analysis of substances in liquid and solid phase coexistence brine system and/or multi-component brine system.

本项目通过研究 Na+, K+, Mg2+//Cl-, SO42--H2O 体系低温（-5至-15 ℃）介稳态相化学关系及冷冻结晶规律，得出该体系低温结晶过程的基础热力学和动力学数据。探明硫酸盐(亚)型低品位盐湖钾矿溶解行为和规律，解释固液转化和平衡机理，并提出高效分离方法，为合理利用硫酸盐(亚)型低品位盐湖钾矿和老卤资源提供依据；结合介稳态相关系、结晶动力学、热力学以及溶液性质，全面反映五元体系低温下的性质，为五元卤水体系析出固相的物相分析和组分的分离提取提供依据，同时为能源利用提供依据；结合DFT及分子动力学方法，研究不同化学环境下的固相析出形式和机理，发展DFT理论及分子动力学方法在液相或固相共存状态时物质结构解析中的应用及多组分卤水体系中的应用。

本项目旨在通过研究 Na+, K+, Mg2+//Cl-, SO42--H2O 体系低温介稳态相化学关系及冷冻结晶规律，为五元卤水体系析出固相的物相分析和组分的分离提取提供依据，同时为能源利用提供依据。.（1）发现通过简单的筛分处理可以对低品位钾盐浮选尾矿起到富集钾的作用，并有效降低后续提钾工序的工作量。.确定了大浪滩低品位钾盐浮选尾矿中钾以KCl颗粒的形式包裹于石盐中。可溶性杂质盐主要为NaCl以及MgSO4·6H2O和MgSO4·4H2O。尾矿矿泥的总化学式为(K0.04Na0.22Ca0.10Mg0.29Fe0.04) (Si0.52Al0.19O1.805)(SO4)0.06Cl0.08·x (H2O)。.（2）系统测定了不同稀释度的老卤的密度、pH值、电导率、离子浓度、黏度等物理性质，分析了其变化规律，为实际调配老卤溶矿的过程提供了基础数据，有利于选择合适的溶浸条件。.研究了稀释老卤溶解NaCl和MgCl2·6H2O的行为研究。NaCl和MgCl2·6H2O在稀释老卤中的溶解度趋势与淡水中的溶解度曲线基本一致。稀释老卤在不同温度下溶解NaCl和MgCl2·6H2O单盐时，没有新的复盐形成。.（3）得到淡化老卤浸取低品位固矿优化的工艺参数，钾的浸取率达到87%，使得之前无法直接利用的低品位固体钾矿中的K+得到有效的溶浸。.比较了冷冻法除硝和氯化钙沉淀法除硫酸根两种方法的优缺点。发现采用了饱和氯化钙沉淀法除去SO42-时，得到的卤水近似为仅含NaCl、KCl和MgCl2，可用于后续生产。.研究了大浪滩盐湖区盐田卤水的低温冷冻结晶规律。发现该盐田卤水在0℃至-16℃低温冷冻时析盐顺序为：MgSO4•7H2O、MgSO4•6H2O、Na2SO4•3K2SO4。最适宜的冷冻温度应控制在-8℃左右。此时，该卤水可以简化为四元体系，达到开采氯化钾的工艺需求，为该盐湖卤水的综合开发利用提供理论依据。.（4）基于水热法研究了钾长石浸出过程和工艺，考察了影响钾离子浸出率各项因素，确定了工艺的优化条件，钾离子浸出率可达96.25%。水热法是一种具有实际应用价值的钾长石提钾方法。.（5）以基础研究成果为指导，协助企业成功建立了钾肥生产线和老卤资源、能源综合利用示范生产线，为国内低品位固体钾盐矿溶解转化开采起到了示范推广作用。