鉀肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵肥料之一,我國(guó)可溶性鉀鹽資源貧乏,鉀肥資源的短缺制約著我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。我國(guó)目前生產(chǎn)鉀肥主要以富鉀鹵水為原料,該類(lèi)型的鹵水資源主要分布在我國(guó)西部青海柴達(dá)木盆地及新疆羅布泊鹽湖等地區(qū)。據(jù)近幾年的研究顯示,我國(guó)現(xiàn)階段可開(kāi)采的液態(tài)鉀資源僅可支撐全國(guó)約60年的鉀肥需求,在可溶性鉀鹽資源緊缺、找礦難度巨大的背景下,低品位固體鉀鹽資源的開(kāi)發(fā)利用顯得尤為重要。雜鹵石是一種在硫酸鹽型鉀鹽礦床中極為常見(jiàn)的難溶于水鉀含量較高的礦物,是一種潛在的鉀鹽資源,因此溶浸開(kāi)采雜鹵石中的鉀,對(duì)緩解國(guó)內(nèi)鉀鹽資源的短缺具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。雜鹵石在柴達(dá)木盆地中分布較為廣泛,察爾汗鹽湖、昆特依鹽湖、大浪灘鹽湖、馬海鹽湖、尕斯庫(kù)勒鹽湖、察汗斯拉圖鹽湖等均有不同規(guī)模的雜鹵石產(chǎn)出。論文以柴達(dá)木盆地中的察爾汗鹽湖和昆特依鹽湖為代表討論雜鹵石的形成環(huán)境,研究表明兩者具有相似的形成環(huán)境:(1)這兩個(gè)地區(qū)雜鹵石中的鉀物質(zhì)來(lái)源均由盆地外圍的花崗巖類(lèi)提供;(2)盆地的形成與長(zhǎng)期演化過(guò)程中具有良好的鉀遷移和富集的過(guò)程;(3)兩者均經(jīng)歷了相似的極度干燥氣候條件;(4)在雜鹵石的形成過(guò)程中,均受到富鈣型水的補(bǔ)給。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)地區(qū)雜鹵石形成環(huán)境的分析比較,筆者認(rèn)為柴達(dá)木地區(qū)雜鹵石可能具有相似的成因,因此,對(duì)昆特依鹽湖地區(qū)雜鹵石進(jìn)行溶浸試驗(yàn)研究對(duì)整個(gè)柴達(dá)木盆地雜鹵石的開(kāi)采具有重要的指導(dǎo)意義。論文最終選擇前期在水文地質(zhì)、雜鹵石詳查等方面有一定研究積累的昆特依鹽湖為溶浸實(shí)驗(yàn)研究區(qū)域。依托企業(yè)委托項(xiàng)目“昆特依鹽湖鉀礦區(qū)固體雜鹵石鉀礦(ZI、ZII礦層)詳查”,結(jié)合昆特依鹽湖礦區(qū)已有的巖芯編錄及巖礦鑒定資料,并根據(jù)上更新統(tǒng)及以上巖層雜鹵石的賦存特征、分布特征和鹽類(lèi)共生規(guī)律,最終選定位于礦區(qū)南部的鉆孔ZK3108附近300m范圍內(nèi)的ZI雜鹵石層作為研究對(duì)象,分別展開(kāi)室內(nèi)的和室外的雜鹵石溶浸實(shí)驗(yàn)研究。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要包括溶浸劑的選取以及溶礦規(guī)律的初步研究?jī)蓚�(gè)部分。在第一部分研究中共設(shè)無(wú)機(jī)鹽溶浸劑9種,分別為氯化物型溶浸劑(5%NaCl、5%MgCl_2)、硫酸鹽型溶浸劑(5%MgSO_4、5%Na_2SO_4、5%K_2SO_4)、碳酸鹽型溶浸劑(5%NaHCO_3、5%Na_2CO_3、5%(NH_4)_2CO_3、飽和氫氧化鈣溶浸劑Ca(OH)_2,并以水作為實(shí)驗(yàn)標(biāo)樣。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,飽和氫氧化鈣溶浸劑對(duì)昆特依鹽湖地區(qū)雜鹵石的溶浸效果最差,溶浸液中各離子的含量均低于水溶浸后的離子含量。由于本次實(shí)驗(yàn)的最終目的是提高溶浸液中鉀離子含量,故重點(diǎn)對(duì)不同溶浸劑下的K~+離子濃度進(jìn)行了比較分析,結(jié)果顯示氯化物型溶浸劑效果最好。再將5%NaCl與5%MgCl_2的溶浸結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)5%MgCl_2溶浸劑在溶解出大量的K~+離子的同時(shí),還很大程度上提高了鹵水中Mg~(2+)離子的含量,這將嚴(yán)重影響后期鉀肥的加工過(guò)程。因此,最終選定NaCl溶液做為最適宜的溶浸劑。溶礦規(guī)律的研究是以選定的最適溶浸劑(5%NaCl)為研究對(duì)象,對(duì)其溶浸時(shí)間和溶浸礦漿進(jìn)行對(duì)比。每一組礦漿比都進(jìn)行溶浸時(shí)間研究,在不同溶浸時(shí)間段取樣分析,檢測(cè)其中固相和液相K~+濃度變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:昆特依鹽湖雜鹵石礦屬于“慢溶”型礦物,在實(shí)驗(yàn)研究條件下,當(dāng)?shù)V漿比為1:4,溶浸時(shí)間為90h時(shí),K~+浸出率達(dá)到87.3%,溶浸液中K~+濃度12.20g/L。通過(guò)溶浸前后固相樣品化學(xué)分析結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)溶浸后K~+含量明顯降低,K~+被溶浸到溶浸劑中,成為含鉀溶浸液。溶浸前后固相雜鹵石樣品XRD衍射分析結(jié)果顯示:溶浸前樣品中雜鹵石含量約為30%,溶浸結(jié)束后,所采樣品中沒(méi)有雜鹵石顯示。雜鹵石礦可以被溶解,K~+可以被浸出,為規(guī)�；名}湖雜鹵石資源提供了可靠的理論依據(jù)。昆特依鹽湖地區(qū)實(shí)際的地層礦物以石鹽為主,為了避免溶礦造成的地層大面積坍塌,同時(shí)兼顧溶浸液的流動(dòng)速度、影響范圍等因素,野外原位溶浸試驗(yàn)最終選擇氯化鈉飽和溶液為溶浸劑。野外原位溶浸試驗(yàn)部分主要采用的是模擬采鹵法,在試驗(yàn)田內(nèi)布設(shè)了10個(gè)觀測(cè)鉆孔和3條抽鹵渠。鉆孔距采鹵渠的最大距離為40米,最小距離為3米,測(cè)得該區(qū)域地層平均滲透系數(shù)為0.7423m/d,所以溶浸劑平行地表橫向流動(dòng)至實(shí)驗(yàn)鉆孔和抽鹵渠的理論最短時(shí)間和最長(zhǎng)時(shí)間分別為4天和54天。試驗(yàn)前后溶浸劑中K~+離子濃度由0.02%上升到0.96%,同一位置固相樣品溶浸前后X衍射結(jié)果顯示溶浸后固相樣品中無(wú)雜鹵石峰,說(shuō)明雜鹵石被有效溶出。昆特依鹽湖雜鹵石礦原位溶采試驗(yàn)的成功將對(duì)今后察爾汗鹽湖乃至整個(gè)柴達(dá)木盆地其它區(qū)域雜鹵石的原位溶采具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P619.211

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2799442