江陵凹陷富钾卤水开发与提取初探摘要：江陵凹陷位于江汉盆地西南部的湖北省荆州市，其深部地层赋存有高温高压富钾卤水，该卤水资源在开发过程中遇到的主要问题是采卤过程中的结盐堵管。不考虑压力等其它因素，只探讨单一因素温度对氯化钠溶解度的影响，资料分析显示在50～150℃之间时，温度与溶解度线性关系较好。关键词：江陵凹陷富钾卤水开发提取江陵凹陷位于湖北省中南部的荆州市，是江汉盆地的一个次级凹陷，在凹陷地层深部蕴藏有富钾卤水，是我国第三个深部地层蕴藏有富钾卤水的盆地之一，初步预测富钾卤水钾盐资源量为852万吨，金属锂30200吨，铷30720吨，溴123360吨，碘17280吨，总潜在经济价值巨大。常温下，江陵凹陷富钾卤水矿化度达336.98g/L，主要组成成分中Cl-为主要阴离子，另外；阳离子中Na+含量最高，其次为K+，再者为Ca2+，这3种离子为卤水中的主要组分，。该富钾卤水为氯化钠饱和卤水。据井史资料，某井自喷高温富钾卤水时井口温度为97℃，由于井底3581.4m处没有实测卤温，只有根据地温梯度（江陵凹陷地温梯度随深度变化关系如下：3.4℃/100m（埋深2200m）。）推算出荆州钾井高温富钾卤水在井底3851.4m处温度为126℃左右，由此可以推断钾井深度与温度的关系为0.8℃/100m，推算出井深与温度的变化关系。荆州钾井卤水井口温度为97℃，因此只需考虑温度在50～150℃之间变化时氯化钠溶解度变化规律，该温度段氯化钠在水中溶解度变化情况。溶解度曲线
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示某物质在不同温度下的溶解度随温度变化情况，曲线的坡度越大，说明溶解度受温度影响越大，反之，受温度影响较小。温度为125℃氯化钠溶解度为41.844g的点为该溶解度曲线的拐点，温度在50～125℃之间变化时，溶解度曲线较陡，说明此阶段溶解度易受温度影响；温度在125～150℃之间变化时，溶解度曲线较平缓，说明此阶段溶解度受温度影响相对较小。地下卤水开采的主要任务是采卤，由于钾井卤水是高浓度盐水，所以在采卤过程中，由于卤水的温度变化或采卤过程中饱和卤水的流动和搅动，便有细晶析出并附着于设备与卤水接触的表面，晶体不断生长，造成设备严重结盐而降低功效，甚至会使采卤工作不能正常进行，故在采卤过程中必须采取防结盐措施。在我国的卤水开采中用过许多防结盐方法。如化学防结盐法，以及超声波、静电、磁力法等，但由于化学防结盐法的抑制剂价格昂贵且含有一定的毒性，因此应用受到一定的限制。而超声波、静电、磁力法又因设备复杂，耗能较大而很少采用，目前国内外厂家多采用加淡水防止结盐的方法。因此建议钾井采卤过程采用加淡水防止结盐的方法，该方法不仅可行而且成本较低。钾井深度在2400～1600m之间时，析盐量最大，这是根据温度变化推算出来的结果。湖北沙隆达公司盐矿在深井采卤的修井总结中，指出为清除中心管内水垢，中心管下深基本在2500m左右，这与我们推算出来的结果基本相符。因此为防止钾井采卤过程中结盐堵井，需设计一淡水输入管下至井深2400m左右处，由地表将淡水压入管道中，防止采卤过程中结盐。钾井为对氯化钠饱和卤水，井底处温度为126℃（最新的江陵凹陷富钾卤水成因研究指出该卤水层位的卤水是由更深处断裂带补给上来的，所以实际温度可能要大于此温度），可以推算出，此时氯化钠溶解度为41.844g，因此该温度下氯化钠饱和溶液的浓度为29.5%；井口处温度为97℃，推算出此温度下氯化钠溶解度为39.5g，因此该温度下氯化钠饱和溶液的浓度为28.3%。也即，钾井井内氯化钠饱和溶液浓度最大值为39.5%，最小值为28.3%，当注入的淡水使钾井卤水对饱和氯化钠溶液的浓度略小于最小值28.3%时，可以缓解或防止结盐堵井。近日，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所在江陵凹陷富钾卤水综合利用技术研究上取得了新突破，针对富钾卤水中含钾、钠、钙、锂、硼、碘、溴等多种成分的特点，实验室研究采用分阶段、多种方法相结合的提取技术，工艺流程各环节相辅相成，大大提高了卤水中有益组分的回收率，这为富钾卤水工业化开发利用打下了坚实基础，对缓解当前我国钾、锂、碘、溴等资源紧缺局面起到了积极的推动作用。大力勘查江陵凹陷地下卤水，努力提高卤水综合开发利用水平，不仅符合当前可持续发展的需要，而且能取得明显的经济效益和社会效益。由于该地下卤水成分复杂，钠、钙等杂质含量高，给钾、锂等元素的提取带来了极大的困难。鉴于此，中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所盐湖专题组对该地区卤水资源进行了全面、系统研究。经过一年多的艰苦攻关，专题组采用分阶段、多种方法相结合的技术，取得了理想的分离提取效果。采用的工艺流程如下：蒸发冷却提钠、钾-空气吹出法提碘-离子交换法提硼-空气吹出法提溴-除杂-蒸发冷却提钠、钾-直接沉淀法提锂，最终钾收率达85%，硼吸附解吸总回收率近99%，碘、溴回收率均在80%左右，锂收率约80%，获得的钾、钠、锂、碘、溴等产品均符合国家或行业
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。全流程很少有废渣废液排出，符合环保要求，而且多产品制备也大幅提高了卤水的经济效益。经过几十年的开采利用，我国地下卤水资源已呈逐渐枯竭趋势，节约和综合利用好这一资源，已经迫在眉睫。地下卤水中所含化学成分有80多种，其中有开采价值的除盐、溴外，还有钙、镁、钾等多种成分，它们是发展轻工、化工、军工、核工及宇航等工业的重要原料，有较高的综合开发利用价值。卤水高效利用是盐业走向市场的基础，推广卤水高效利用技术势在必行。利用高新技术嫁接改造传统工艺，实现资源综合利用，是盐业转方式调结构应当坚持的方向。此前，地下卤水的开发利用存在综合利用程度不高，资源浪费等现象，此项新技术的成功研发将为我国新增可利用钾盐720万吨，将能在一定程度上缓解当前我国钾资源紧缺的局面。参考文献[1]林耀庭，何金权，叶茂才.四川盆地卤水钾资源分布类型及其品质的研究[J].化工矿产地质，2002，24（4）：215～247.[2]陈郁华.黄海水25oC恒。温蒸发时的析盐序列及某些微量元素的分布规律[J].地质学报，1983，（04）：379～390.[3]徐论勋，阎春德，俞惠隆，等.江汉盆地下第三系火山岩年代[J].石油与天然气地质，1995，（02）.[4]彭头平，王岳军，范蔚茗，等.江汉盆地早第三纪玄武质岩石和地球化学特征及其成因意义[J].岩石学报，2006.
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