四川盆地含锂钾锶地下卤水体系298K相平衡摘要
为了实现四川盆地三叠纪地下卤水中锂、钾、锶资源的合理开发和利用,揭示该卤水资源的成矿过程及卤水中盐类矿物的溶解和结晶规律,本论文以四川盆地三叠纪富锂、钾、锶地下卤水体系为研究对象,开展了298 K条件下五元体系Na Cl–KCl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O、Li Cl–Na Cl–KCl–Sr Cl2–H2O、Li Cl–Na Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O、Li Cl–KCl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O及其部分子体系稳定相平衡研究,获得了相应的实验相平衡数据和平衡相图,同时应用Pitzer电解质溶液理论模型对部分子体系开展了相平衡理论计算。三元体系Li Cl–Na Cl–H2O、Li Cl–KCl–H2O在298 K条件下均为简单共饱和型,体系未发现固溶体和复盐生成,但有相应水合盐的固相结晶区。三元体系Li Cl–Sr Cl2–H2O在298时同样无固溶体和复盐生成,但相图中存在Sr Cl2·2H2O的溶解度曲线,其相图属于水合物相图I型。298 K条件下三元体系Li Cl–Mg Cl2–H2O为复杂体系,未发现固溶体存在,但有复盐Li Cl·Mg Cl2·7H2O生成。上述三元体系在不同温度条件下的对比相图中,相图的构型未发生明显变化,Li Cl、Mg Cl2在溶液中对其他盐类物质均表现出较强的盐析作用。四元体系Na Cl–KCl–Sr Cl2–H2O在298 K时未发现固溶体和复盐生成,其相图属于简单共饱和型,不同温度条件下的对比相图中,相图的构型一致,随温度升高出现了Sr Cl2·2H2O固相结晶区。298 K条件下四元体系Na Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O、Li Cl–Na Cl–Sr Cl2–H2O、Li Cl–KCl–Sr Cl2–H2O中均无固溶体和复盐生成,由于Mg Cl2、Li Cl对Sr Cl2强烈的盐析作用而出现了Sr Cl2·2H2O的固相结晶区,其中四元体系Na Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O在不同温度条件下的对比相图中,相图的构型未发生改变,373 K时,Sr Cl2·6H2O消失,出现了Sr Cl2·H2O固相结晶区。四元体系KCl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O在298 K时无固溶体但有复盐光卤石(KCl·Mg Cl2·6H2O)生成,同时还生成了Sr Cl2·2H2O,属于复杂体系,不同温度条件下的对比相图中,相图的构型未变。298 K条件下四元体系Li Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O为复杂体系,无固溶体但有复盐锂光卤石(Li Cl·Mg Cl2·7H2O)结晶相区,相平衡实验结果表明锂盐的溶解度明显大于其他盐类物质。298 K条件下五元体系Na Cl–KCl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O分别在Na Cl、KCl、Sr Cl2饱和时均无固溶体但有复盐光卤石(KCl·Mg Cl2·6H2O)生成,Na Cl饱和时的固相结晶区中,KCl占比最大;Sr Cl2饱和时的固相结晶区中,Na Cl占比最大,Sr Cl2·2H2O占比最小;KCl饱和时的简化干基图相对简单,各固相结晶区的大小按照Na Cl、Sr Cl2·6H2O、KCl·Mg Cl2·6H2O顺序依次递减。298 K条件下五元体系Li Cl–Na Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O分别在Li Cl、Na Cl、Mg Cl2饱和时均无固溶体生成,但都存在复盐锂光卤石(Li Cl·Mg Cl2·7H2O),Li Cl和Mg Cl2分别饱和时的简化干基图类似,Li Cl·Mg Cl2·7H2O在上述两个条件下,溶解度最大;Na Cl饱和时的各盐类物质的溶解性大小按照Sr Cl2·6H2O、Sr Cl2·2H2O、Mg Cl2·6H2O、Li Cl·Mg Cl2·7H2O、Li Cl·H2O依次增加。298 K条件下五元体系Li Cl–Na Cl–KCl–Sr Cl2–H2O在Li Cl、Na Cl、KCl、Sr Cl2饱和的相图中无复盐和固溶体生成,其空间立体图中含有二十三条等温溶解度单变量曲线、五个单固相结晶区和两个五元共饱点。其中Li Cl、Sr Cl2分别饱和时的简化干基图类似,上述两种盐各自饱和时的固相结晶区中,Sr Cl2·2H2O的结晶区占比均最小;Na Cl、KCl各自饱和时的简化干基图同样类似,固相结晶区中均存在Sr Cl2·6H2O、Sr Cl2·2H2O、Li Cl·H2O,其中Li Cl·H2O的相区占比最小。298 K条件下五元体系Li Cl–KCl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O分别在Li Cl、KCl、Mg Cl2饱和时均无固溶体生成,但有复盐光卤石(KCl·Mg Cl2·6H2O)、锂光卤石(Li Cl·Mg Cl2·7H2O)存在,Li Cl、KCl各自饱和情况下的简化干基图构型一致,各固相结晶区中含锂盐的相区占比均最小;Mg Cl2饱和时的简化干基图相对简单,各固相结晶区的大小按照KCl·Mg Cl2·6H2O、Sr Cl2·2H2O、Li Cl·Mg Cl2·7H2O的顺序依次递增。基于Pitzer电解质溶液理论模型,采用粒子群优化算法(PSO),对298 K条件下四元体系Na Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O、KCl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O、Li Cl–Na Cl–Sr Cl2–H2O、Li Cl–KCl–Sr Cl2–H2O、Li Cl–Mg Cl2–Sr Cl2–H2O进行了相平衡理论计算,并和相平衡实验数据进行了对比讨论,结果表明理论计算相图与实验相图基本吻合。
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