杂卤石溶浸基础理论及开发途径研究

【摘要】：我国是钾资源匮乏的农业大国。杂卤石(K_2SO_4·MgSO_4·2CaSO_4·2H_2O),是广泛分布在硫酸盐型矿床中的难溶性钾矿物,其理论含钾(K_2SO_4)量高达28%。现已发现我国蕴藏着丰富的杂卤石。但由于其矿石的难溶性以及埋藏深度达数百米乃至千米以上,至今仍被视为不能开发利用的“呆矿”。 本论文以四川渠县农乐杂卤石为研究对象,收集、分析前人对杂卤石矿地质及矿物特征的研究成果,从资源概况、基本地质特征及水文地质条件方面论述了该矿床由于“直接顶底板均为硬石膏隔水层,矿体范围内无断裂出现”,具备了溶浸开采所需的若干地质先决条件。溶浸技术用于深埋藏杂卤石矿的技术关键在于寻找高效溶浸剂,最大限度合理有效地溶解杂卤石中的有用组分。然而,在现有的国内外文献中尚未见相关报道。 论文通过显微特征、X射线衍射分析,表明采集到的杂卤石钻探岩心样品具有杂卤石的典型特征,测得298K、323K、348K条件下杂卤石在水中液相K~+溶解平衡浓度分别为19.13、22.30、36.78(mg/ml)。实验考察了CaCl_2、Ca(OH)_2、Na_2CO_3、(NH_4)_2CO_3、BaCl_2等若干种无机盐对杂卤石的增溶作用,筛选出无毒、价廉、对地层结构影响小的CaCl_2为溶浸剂。实验测得298K时杂卤石在质量百分数为5%、10%的CaCl_2溶液中,K~+溶解平衡浓度分别为25.65和35.24(mg/ml),表明CaCl_2对杂卤石具有良好的增溶作用。 利用Pitzer理论和HW方程及溶解实验结果,计算得到298K杂卤石在水中的溶解平衡常数K_(SP)为1.018E-14。该结果与利用标准化学位计算值(1.804E-14)较为接近,证明实验数据较为可靠。计算25℃时杂卤石在5%和10%CaCl_2溶液中的Ksp分别为18.85E-14和48.29E-14。热力学计算结果从理论上证实了CaCl_2溶液对杂卤石具有良好的增溶作用。利用273-348K下CaSO_4·H_2O、MgSO_4、K_2SO_4单盐的Ksp估算杂卤石在该温度范围内的Ksp,所得结果与实验测得结果基本吻合。表明在缺乏实验数据的情况下,可以利用该方法估算复盐的溶解平衡常数。