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1、(10)申请公布号 CN 103496720 A (43)申请公布日 2014.01.08 CN 103496720 A (21)申请号 201310460612.4 (22)申请日 2013.09.27 C01D 3/06(2006.01) C01D 5/00(2006.01) C01D 17/00(2006.01) C01D 15/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院青海盐湖研究所 地址 810008 青海省西宁市新宁路 18 号 (72)发明人 张志宏 董生发 周园 马艳芳 付振海 胡兆军 (74)专利代理机构 深圳市科进知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 44316 。
2、代理人 宋鹰武 沈祖锋 (54) 发明名称 一种低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法 (57) 摘要 本发明公开一种低温浓缩不饱和盐湖卤水的 方法， 包括三级如下的冰冻浓缩步骤 ： 将厚度为 40cm 以上的所述不饱和盐湖卤水置于 -10以下 的温度， 以使其表面结冰， 冰层的厚度为 15cm 以 上， 得到冰层之下的浓缩盐湖卤水。 本发明采用冷 冻浓缩方式， 利用水盐体系的低温溶解性质， 实现 了不饱和盐湖卤水的低温浓缩。该方法可以利用 气候环境能源 （例如， 冬季低温冷能） ， 工艺简单高 效、 成本低廉、 节能环保。解决了不饱和卤水冬季 蒸发浓缩难的技术瓶颈， 尤其适合我国的高寒地 区盐湖卤水资。
3、源的开发和利用。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 (10)申请公布号 CN 103496720 A CN 103496720 A 1/1 页 2 1. 一种低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法， 其特征在于， 所述方法包括步骤 ： 第 1 级冰冻浓缩 ： 将厚度为 40cm 以上的所述不饱和盐湖卤水置于 -10以下的温度， 以使其表面结冰， 冰层的厚度为 15cm 以上， 得到冰层之下的 1 级浓缩盐湖卤水 ； 第2级冰冻浓缩 ： 将厚度为40cm以上的所述1级浓缩盐湖卤水置于-10以下。
4、的温度， 以使其表面结冰， 冰层的厚度为 15cm 以上， 得到冰层之下的 2 级浓缩盐湖卤水 ； 第3级冰冻浓缩 ： 将厚度为40cm以上的所述1级浓缩盐湖卤水置于-10以下的温度， 以使其表面结冰， 冰层的厚度为 15cm 以上， 得到冰层之下的 3 级浓缩盐湖卤水。 2. 如权利要求 1 所述的低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法， 其中， 所述冰点以下的温度 利用自然气候环境达到。 3. 如权利要求 1 所述的低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法， 其中， 所述浓缩盐湖卤水中 有价离子的浓度为原始不饱和盐湖卤水中所述有价离子浓度的 3.5 倍以上。 权 利 要 求 书 CN 103496720 A 2。
5、 1/6 页 3 一种低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法 技术领域 0001 本发明涉及盐湖卤水浓缩工艺， 具体涉及一种利用低温浓缩不饱和盐湖卤水的方 法。 背景技术 0002 我国具有丰富的盐湖资源， 其中有不少盐湖其卤水浓度比较淡， 远达不到所含盐 类饱和度， 如 ： 西藏阿里拉果错盐湖， 这类盐湖主要分布在青海和西藏的高寒地区。在这类 以不饱和卤水为主要特征的盐湖中， 有许多含有丰富 Li、 Rb、 Cs 等稀散元素的盐湖。与相同 类型饱和卤水资源相比， 此类盐湖卤水经浓缩达到饱和后， 其中稀散元素含量将远高于相 同类型饱和卤水资源的含量。 0003 因此， 需要一种能够以低成本快速浓缩不饱和。
6、卤水的方法， 以富集 Li、 Rb、 Cs 等稀 散元素， 为开发此类盐湖资源中高价的 Li、 Rb、 Cs 等稀散元素提供可能。 0004 目前， 盐湖资源开发过程中卤水的浓缩富集方法普遍采用盐田生产方式。盐田生 产技术是利用自然能源， 如 ： 光能、 风能、 冷能等， 使卤水在盐池进行自然蒸发， 在蒸发过程 中根据卤水结晶路线分段析出不同矿物， 其中的高价值稀散元素最终富集到老卤。盐田生 产可以使卤水中的钾盐等常量组分得到集中结晶 ； Li、 Rb、 Cs 等高价值稀散元素得到富集， 为进一步加工成成品提供优质原料。该技术在国内外盐湖开发中应用比较普遍， 比较典型 的有硫酸镁亚型盐湖盐田工。
7、艺， 如 ： 中科院青海盐湖研究所开发的东台盐湖提锂盐田工艺 等， 和氯化物型盐湖盐田工艺， 如察尔汗盐湖盐田工艺。 0005 盐田生产技术在蒸发量比较大的盐湖地区资源开发中比较有优势， 然而在气温较 低、 蒸发量较小的高寒地区， 其冬季气温通常低于-10， 单靠盐田生产却无法满足需要。 主 要是因为， 不饱和盐湖卤水要蒸发的淡水量非常大， 需要的蒸发周期会很长， 盐田生产的成 本会很高。因此， 还需要一种能够以较低成本， 在 -10以下的温度环境浓缩不饱和盐湖卤 水的方法， 以能够充分利用我国高寒地区的盐湖资源。 发明内容 0006 本发明旨在至少解决以上提及的问题之一， 提供一种能够利用冻。
8、冰方式浓缩不饱 和卤水的方法。 0007 本发明的技术方案为一种低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法， 包括第 1 级冰冻浓 缩 ： 将厚度为 40cm 以上的所述不饱和盐湖卤水置于 -10以下的温度， 以使其表面结冰， 冰 层的厚度为15cm以上， 得到冰层之下的1级浓缩盐湖卤水 ； 第2级冰冻浓缩 ： 将厚度为40cm 以上的所述1级浓缩盐湖卤水置于-10以下的温度， 以使其表面结冰， 冰层的厚度为15cm 以上， 得到冰层之下的2级浓缩盐湖卤水 ； 以及第3级冰冻浓缩 ： 将厚度为40cm以上的所述 1 级浓缩盐湖卤水置于 -10以下的温度， 以使其表面结冰， 冰层的厚度为 15cm 以上， 得。
9、到 冰层之下的 3 级浓缩盐湖卤水。 0008 一些实施例中， 所述冰点以下的温度可以利用自然气候环境达到。 说 明 书 CN 103496720 A 3 2/6 页 4 0009 一些实施例中， 所述浓缩盐湖卤水中稀散元素的浓度可以为原始不饱和盐湖卤水 中所述稀散元素浓度的 3.5 倍以上。 0010 本发明采用冷冻浓缩方式， 利用水盐体系的低温溶解性质， 实现了不饱和盐湖卤 水的低温浓缩。该方法可以利用气候环境能源 （例如， 冬季低温冷能） ， 工艺简单高效、 成本 低廉、 节能环保。 解决了不饱和卤水冬季蒸发浓缩难的技术瓶颈， 尤其适合我国的高寒地区 盐湖卤水资源的开发和利用。 具体实施。
10、方式 0011 根据低温下 Na+、 K+/Cl-、 SO42-H2O 四元水盐体系、 Na+、 K+、 Mg2+/Cl-、 SO42-H2O 五元 水盐体系的溶解度数据， 在卤水温度处于其冰点以下时， 卤水将结纯冰。 不饱和卤水的冰点 一般在 -10以上， 而在我国富含盐湖卤水资源的高寒地区， 冬季气温均低于该冰点， 因此， 非常有利于通过冻冰的方式实现盐湖卤水的浓缩。 0012 具体地， 本发明涉及的低温浓缩不饱和盐湖卤水的方法， 可以包括至少一次冰冻 浓缩步骤， 所述冰冻浓度步骤操作如下 ： 将所述不饱和盐湖卤水置于其冰点以下的温度， 以 使其表面结冰， 得到冰层之下的浓缩盐湖卤水。 0。
11、013 例如在用于我国富含盐湖卤水资源的高寒地区时， 可以在冬季低温期 （不饱和盐 湖卤水冰点温度以下的时期） 到来前， 将不饱和盐湖卤水置于浓缩池中， 待气温进入所述不 饱和盐湖卤水的冰点温度以下时， 将从表面开始结冰， 冰层之下得到经浓缩的浓缩卤水。 0014 随着结冰厚度的逐渐增大， 冷能传递减缓， 结冰速度变慢。因此， 从效率和成本的 角度考虑， 可以使该冰冻浓缩步骤重复进行多次， 以通过多级浓缩， 从不饱和盐湖卤水中除 去大量淡水， 达到快速高效浓缩卤水的目的。 0015 具体地操作可以例如， 可以使不饱和盐湖卤水在第一级浓缩池中经历第一次冰冻 浓缩之后， 将一级浓缩卤水从冰层下的浓。
12、缩池底部抽出， 灌入第二级浓缩池， 进行第二次冰 冻浓缩。 类似地， 进行三次， 或更多次冰冻浓缩。 在本发明的优选实施例中， 可以进行三次冰 冻浓缩步骤， 实现对不饱和盐湖卤水中有价离子浓度 3.0 倍， 甚至是 3.5 以上的浓缩效果。 0016 在包括多次冰冻浓缩步骤的情况中， 通常在第三次及之后的浓缩过程中， 可能会 同时析出硫酸钠盐固体 （例如为十水硫酸钠） ， 其可能粘在冰层下， 或部分析出在浓缩池底 部。然而， 应理解， 十水硫酸钠的析出对本发明的方法没有实质性影响， 因此也无需对其进 行控制。并且事实上， 硫酸钠盐的析出对与盐湖卤水中的其他主要稀散元素， 例如 K、 Li、 B。
13、、 Br、 Rb、 Cs 等的离子在浓缩卤水中的富集是有利的。 0017 不饱和盐湖卤水的冰点温度一般在 -5左右， 因此， 该冰冻浓缩步骤可以在 -5 以下进行。在本文的优选实施例中， 冰冻浓缩步骤可以在 -10以下的温度进行， 能够实现 3.5 倍以上的浓缩倍数。较低的温度更有利于提高浓缩效率。我国高寒地区盐湖卤水资源 所在地冬季温度通常都在 -10以下， 非常适合使用本发明的方法， 利用冬季自然气候的低 温冷能， 浓缩不饱和盐湖卤水。 0018 例如从冰冻浓缩的效率和成本角度考虑， 浓缩池中不饱和盐湖卤水的厚度可以在 30cm 以上， 优选在 40cm 以上 ； 冰冻浓缩过程中， 不饱和。
14、盐湖卤水表面冰层厚度可以在 10cm 以上， 优选为 15cm 以上。经多级冰冻浓缩之后， 浓缩卤水浓度达到饱和、 卤水冰点等于或低 于气温时， 得最终浓缩卤水。 说 明 书 CN 103496720 A 4 3/6 页 5 0019 本发明巧妙地利用了不饱和卤水在低温下结冰的特征， 利用盐湖所处高寒地区冬 季低温冷能， 通过冻冰的方式除去不饱和盐湖卤水中大量的淡水， 达到快速高效浓缩卤水 的目的。工艺简单、 成本低廉、 节能环保。不仅解决了不饱和卤水冬季蒸发浓缩难的技术瓶 颈， 还尤其适合我国的高寒地区盐湖卤水资源的开发和利用。 0020 通过本发明技术， 利用短短一个冬季的时期， 可以将不。
15、饱和盐湖卤水浓度达到饱 和状态， 卤水中有价离子的浓度提高至少 3-4 倍以上。最终浓缩卤水中各有价离子和稀散 元素的浓度可以提高 3-4 倍， 例如可以达到原卤含量的 3.5 倍以上。一般情况下， 浓缩 3-4 倍后卤水浓度可以达到工业开发品位。 0021 此外， 本发明的方法还可以与普通蒸发盐田浓缩技术联合应用， 在冻冰浓缩基础 上， 再经盐田生产， 以进一步提高盐湖卤水的工业开发品位， 充分开发此类盐湖资源。 0022 以下以西藏拉果错盐湖卤水的浓缩作为范例， 结合具体实施例对本发明进行进一 步的详细说明。 0023 下表列出原料盐湖卤水中的成分组成。 0024 0025 实施例 1 0。
16、026 第 1 级冰冻浓缩 ： 将 100t 原卤 （体积 92.59m3） 置于 1 级浓缩池， 控制卤水厚度为 40020mm， 于气温低于-10环境， 进行冰冻浓缩。 当冰层厚度达到15cm时， 第1级浓缩完 成， 得到冰层下面的液相 A。 0027 液相 A 的体积为 60.6m3， 较原卤浓缩约 1.5 倍， 其成分组成见下表 1-1。 0028 表 1-1 液相 A 的成分组成 0029 0030 第 2 级冰冻浓缩 ： 从 1 级浓缩池底部抽出液相 A， 置于 2 级浓缩池中， 在环境温度 低于 -10的条件下冷冻液相 A， 当冻层厚度达到 15cm 时， 第 2 级浓缩完成， 。
17、得到冰层下面 的液相 B。 0031 液相 B 的体积为 40.8m3， 较原卤浓缩约 2.2 倍， 其成分组成见下表 1-2。 0032 表 1-2 液相 B 的成分组成 0033 说 明 书 CN 103496720 A 5 4/6 页 6 0034 第 3 级冰冻浓缩 ： 从 2 级浓缩池底部抽出液相 B， 置于 3 级浓缩池中， 在环境温度 低于 -10的条件下冷冻液相 B， 当冰层厚度达到 15cm 时， 第 3 级浓缩完成， 得到冰层下面 的液相 C。该次浓缩中析出约 2.8t 的十水硫酸钠固体。 0035 液相 C 体积 25.5m3， 较原卤浓缩约 3.6 倍， 其成分组成见下。
18、表 1-3。 0036 表 1-3 液相 C 的成分组成 0037 0038 经过三级冷冻浓缩之后， 分离得到液相体积为 25.5m3， 重量为 30.5t， 其中主要离 子浓缩倍数均在 3.5 倍以上。 0039 实施例 2 0040 第一级冰冻浓缩 ： 将 100t 原卤 （体积 92.59m3） 置于 1 级浓缩池， 控制卤水厚度为 40020mm， 于气温低于-10环境中， 进行冰冻浓缩。 当冰层厚度达到15cm时， 第1级浓缩 完成， 得到冰层下面的液相 A。 0041 液相 A 的体积为 60.4m3， 较原卤浓缩约 1.5 倍， 其成分组成见下表 2-1。 0042 表 2-1 。
19、液相 A 的成分组成 0043 0044 第 2 级冰冻浓缩 ： 从 1 级浓缩池底部抽出液相 A， 置于 2 级浓缩池中， 在环境温度 低于 -10的条件下冷冻液相 A， 当冻层厚度达到 15cm 时， 2 级浓缩完成， 得到液相 B。 0045 液相 B 的体积为 41.2m3， 较原卤浓缩约 2.2 倍， 其成分组成见下表 2-2。 0046 表 2-2 液相 B 的成分组成 0047 说 明 书 CN 103496720 A 6 5/6 页 7 0048 第 3 级冰冻浓缩 ： 从 2 级浓缩池底部抽出液相 B， 置于 3 级浓缩池中， 在环境温度 低于 -10的条件下冷冻液相 B， 。
20、当冰层厚度达到 15cm 时， 3 级浓缩完成， 得到液相 C。 0049 液相 C 的体积为 26.1m3， 较原卤浓缩约 3.5 倍， 其成分组成见下表 2-3。 0050 表 2-3 液相 C 的成分组成 0051 0052 经过三级冷冻浓缩之后， 分离得到液相体积为 26.1m3， 重量为 31.3t， 其中主要离 子浓缩倍数均在 3.5 倍以上。 0053 实施例 3 0054 第 1 级冰冻浓缩 ： 将 100t 原卤 （体积 92.59m3） 置于 1 级浓缩池， 控制卤水厚度为 40020mm， 于气温低于-10环境中， 进行冰冻浓缩。 当冰层厚度达到15cm时， 第1级浓缩 。
21、完成， 得到冰层下面的液相 A。 0055 液相 A 的体积为 62.6m3， 较原卤浓缩约 1.5 倍， 其成分组成见下表 3-1。 0056 表 3-1 液相 A 的成分组成 0057 0058 第 2 级冰冻浓缩 ： 从 1 级浓缩池底部抽出液相 A， 置于 2 级浓缩池中， 在环境温度 低于 -10的条件下冷冻液相 A， 当冻层厚度达到 15cm 时， 2 级浓缩完成， 得到液相 B。 0059 液相 B 的体积为 41.0m3， 较原卤浓缩约 2.2 倍， 其成分组成见下表 3-2。 0060 表 3-2 液相 B 的成分组成 0061 0062 第 3 级冰冻浓缩 ： 从 2 级浓。
22、缩池底部抽出液相 B， 置于 3 级浓缩池中， 在环境温度 低于 -10的条件下冷冻液相 B， 当冰层厚度达到 15cm 时， 3 级浓缩完成， 得到液相 C。 0063 液相 C 的体积为 22.3m3， 较原卤浓缩约 4.0 倍， 其成分组成见下表 3-3。 0064 表 3-3 液相 C 的成分组成 0065 说 明 书 CN 103496720 A 7 6/6 页 8 0066 经过三级冷冻浓缩之后， 分离得到液相体积为 22.3m3， 重量为 26.7t， 其中主要离 子浓缩倍数均在 3.5 倍以上。 0067 以上所述本发明的具体实施方式， 并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据 本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形， 均应包含在本发明权利要求的保 护范围内。 说 明 书 CN 103496720 A 8 。