柴达木盆地大浪滩低品位钾盐矿物相分析

李欣萌，尹诗惠，张旭冉，赵相鑫，马 军

(临沂大学 化学化工学院，山东 临沂 276005)

1 引言

钾元素是植物正常生长所必需的营养元素之一，目前世界上所生产的钾盐大约有95%都作为肥料消费。 我国是一个相对缺钾的国家。我国钾盐资源的储量约为21亿吨，仅占世界总储量的2.21%，赋存状态以含钾卤水矿为主，固体钾盐矿较少，含钾卤水矿占钾矿资源总量的98%以上，固体钾盐矿仅占钾盐资源总量的2%左右[1-2]。随着对钾矿资源的长期且无序开采，大部分可开采品位钾矿所剩无几，而许多矿区被“架空”在新的潜水位置上，丧失了在原始状态下固液相互转化的能力，成为脱离地下潜水而搁置于包气带中的大量固体贫钾矿。浮选等钾肥工艺之后的尾矿资源也大量堆存，如此形成了大量的低品位钾矿[3]。大量的固体贫钾矿和工业生产产生的低品位钾盐尾矿开采的成本过高使得这部分钾矿资源成为无人问津的“呆矿”，长期无法利用，造成了国内钾矿资源的巨大浪费，而且大大的减少了矿山的服务年限，因此从合理综合利用自然资源和保护生态环境、缓解中国钾肥对外依存度高以及保证国家粮食安全的角度出发，对这部分低品位固体钾矿的开发利用进行研究则变得非常重要。

大浪滩矿床位于青海省柴达木盆地西部，是一个以钾为主的大型矿床[4-5]，该地区高品位钾矿资源大规模开发利用，造成了高品位钾矿资源储量的下降，对钾肥正常生产产生影响。相对高品位钾矿资源的持续开发，低品位钾矿资源的储量以及利用的价值被日益关注。但由于综合开发利用技术和成本的限制，大浪滩低品位钾盐矿未能得到有效的利用，长期堆存不仅造成了资源的大量浪费，同时给盐湖资源生态平衡带来巨大压力。为了大浪滩地区低品位钾盐矿更好的综合开发利用，本文做了大量前期工作，对低品位钾盐矿的组成、物相进行了分析，获得的研究数据可以为大浪滩低品位钾盐矿的综合开发利用提供基础数据支撑。

2 实验

2.1 低品位钾盐矿筛分及组分分析

2.1.1 低品位钾盐矿筛分

将来自于大浪滩地区的低品位钾盐矿进行破碎和筛分，分别收集不同粒径的矿样进行化学分析。本文选取了≤20目、目，(40～60〗目，>60目的低品位钾盐矿进行分析。

2.1.2 低品位钾盐矿化学分析

采用如下化学分析法[6]分析各级颗粒低品位钾盐矿的主要成分。

2.2 低品位钾盐矿物相表征

2.2.1 扫描电子显微镜分析及能谱分析

将低品位钾盐尾矿经处理后进行SEM分析，并结合能谱仪对含钾颗粒物进行定量和定性分析。

2.2.2 X射线衍射分析

采用X射线衍射仪对来自于大柴旦地区的低品位钾盐矿样品进行分析，依据XRD图谱，通过比对衍射峰和颜色强度，分析确定低品位固体钾盐矿的物相组成。

3 结果与讨论

3.1 低品位钾盐矿的物相组成

低品位钾盐矿来自柴达木盆地大浪滩地区，采用化学分析方法和XRD表征，对低品位钾盐矿的组分进行了分析，结果如表1和图1所示。

表1 大浪滩地区低品位钾盐矿组成及其含量Table1 The composition and its content of the low-grade tailings in Dalangtan area

图1 大浪滩地区低品位钾盐矿XRD图Fig.1 The X ray diffraction diagram

of low-grade potassium tailings

3.2 低品位钾盐矿粒径对钾含量的影响

将柴达木盆地大浪滩地区的低品位钾盐矿混合后，使用圆锥四分法进行取样，用标准筛(200×50，GB/T003.1-1997)将低品位钾盐矿进行筛分处理，分别收集目数为≤20目、目，(40～60〗目，>60目的固矿。将上述不同目数的低品位钾盐矿溶解，采用化学分析方法对其物相组成进行分析，结果如表2所示。

表2 不同粒径的低品位钾盐矿中各离子的百分含量Table2 The percentage of each ion in different size mine

分析结果表明，低品位钾盐矿的粒径对钾在低品位矿中的赋存产生影响。低品位钾盐矿中钾的含量随着粒径的减小呈现逐渐降低的趋势。当低品位钾盐矿的粒径≤20目时，低品位钾盐矿中钾的质量百分含量达到5.34%，与全矿钾含量3.12%相比，钾的含量得到了明显的提升。粒径>60目时，钾的含量为低品位钾含量为1.65%，矿样分布率为14.42%。因此为了提高对低品位钾盐矿的开发利用效率，建议选取粒径≤60目的矿样。

3.3 低品位钾盐矿不溶物分析

将来自于大浪滩某矿区的低品位钾盐矿进行溶解实验，完全溶解后过滤，将得到的不溶物进行充分洗涤后，放入烘箱中进行干燥，设定干燥温度为90℃。不溶物干燥后，充分研磨，进行XRD表征，表征结果如图2所示。分析结果表明：大浪滩低品位钾盐矿不溶物中含有砂石(SiO2)，白云石(CaMg(CO3)2)，白云母(K(Al,Fe)2AlSi3O10(OH)2)等。

4 结论

采用化学分析法和仪器表征法对柴达木盆地大浪滩地区的低品位钾盐矿的物相和组成进行了分析，结果表明：

(1)大浪滩地区的低品位钾盐矿中钾的平均含量为3.12%，矿物的主要成分为KCl、NaCl、MgSO4·6H2O以及少量砂石、白云石、白云母等不溶物。

(2)大浪滩低品位固体钾盐矿的粒径对钾的含量产生影响。随着钾盐矿粒径的逐渐降低，钾盐矿中钾的含量呈现降低的趋势。结合分析检测的结果，大浪滩地区的低品位钾盐矿综合开发利用建议采用颗粒大小≤60目的矿样。