[发明专利]通过人造蒸发泵方法生产来自地表和地下卤水中的钾矿

说明书

本发明涉及一种富集沙漠区湖水中钾离子的方法，该方法使得卤水钾离子富集到一个可以开采钾矿的程度。钾在很多农业国家作为非常重要的肥料。该项发明是鉴于中国西北的青海省察尔汗地区开采钾卤水所观察到的现象而致力于研究。产生能够被开采的钾卤水是因为：1.卤水由于充分地蒸发而富集足够的K。2.其它离子，如：Ca.Na.Mg等也作为碳酸盐，硫酸盐或氯化物全部或部分地沉淀下来。

我们发现：钾卤水不是一个来自特殊的渊源，而是通过在地表以下地下水的蒸发作用而富集，发明者把这个地质富集作用叫作蒸发泵机理。

察尔汗地区的地下水的天然作用过程是由于地下水沿水动力势差方向垂直上升，而这种水主要是来自昆仑山上的冰川雪水，并含有Na.K.Mg.Ca.阳离子及SO₄.Cl和HCO₃阴离子。引起该地区地下水垂直上升的基本原理基于Darcy-Hubbert-Hsü公式：

Q＝K.dh/dl

K：传导性系数;dh/dl：水势差;Q：由于蒸发作用被搬运水的总量。本发明利用这个原则使Q值越大，K离子作为钾卤水的富集量越大，本发明的要点是用人工方法改变动力条件（dh/dl）去增加钾的搬运量及蒸发作用。

在蒸发泵作用过程中K离子的富集作用也引起一系列的化学作用。

地下水在流动过程中和围岩发生的反映如下：

（1）Ca离子先沉淀，这样溶液中就少含Ca²⁺.CO^{2-₃.HCO-₃}

（2）随后石膏沉淀，溶液中少含Ca²⁺.SO^2-₄

（3）再者氯化钠沉淀，溶液少含Na⁺和Cl^-

（4）最后水氯镁石沉淀，溶液少含Mg²⁺和SO^2-₄

我的观察是蒸发泵有效的条件造成其他离子分馏的作用是和地下水位有关，假如地下水位太低，盖层有一米多厚，蒸发太少，而地下水不能富集卤水，钾离子。若地下水位太浅，通过蒸发泵作用，在钾的富集作用产生时出现的问题是镁也增加。盐湖卤水的表面蒸发作用不能产生钾盐，因为表面蒸发作用过程中同时增加了钾和镁的富集度，在地下水的蒸发作用过程中，水氯镁石的沉淀导致钾的富集分馏作用，水氯镁石沉淀作用区域仅限定在天然蒸发泵最有效的地方。此发明的基本方法是用人工改变地表条件去增加蒸发泵效益，实验已经表明，最有利的蒸发作用发生在地表以下20-30厘米深的地下水位处，在那里地下水的蒸发速率将比在地下30-130米处快2-10倍，在地表下几米的地下水则不发生蒸发作用。

我们的观察已系统表明：蒸发泵的天然作用在特殊的自然条件下对于从卤水中富集K离子是很有效的。如前所述，本发明的目的是改变那里的水动力条件、模拟产生钾卤水的条件。关键的因素是地下水位的深度。

a）.假如现在自然地下水位太深，例如，假如现在水位是1米多，而蒸发泵最有效的水位是20-30米，那么可以用推土机推走地表的泥土直到人工造成水位能使蒸发泵作用最好。

b）.假如现在地下水位太浅，那么可以用推土机推来泥土直到人工造成水位能使蒸发泵作用最好。

c）.假如地下水位高于地面，造成盐湖，那么用推土机推土把盐湖逐渐填土，而填干了的盐湖水变成地下水，它的水位是最适宜蒸发的。

我们还可以利用一个地方须要搬走的泥土到另外一个地方，这个发明还指明有其他的方法来调整地下水位和地下水势，例如引河水、泉水或其淡卤水，或排地下卤水到用人工造的池里去。

因为蒸发作用造成不但钾离子而且其他离子都富集，该专利进一步介绍了应用添加剂减少卤水中溶解的离子，例如：Mg，添加剂的化学性能取决于地下水的化学性质，象在察尔汗地区富钾的地下水区域应该用碳酸盐，天然碱（苏打碱）最合适的。

总之，除掉镁的有效方法当然是加入添加剂，使其与镁构成混合的沉淀体系，这种天然碱添加剂并不贵，不但沉淀了镁，同时通过正离子在添加剂中沉淀而增加了卤水中钾的富集度，发明者注意到，在该地区苏打水中地下水消耗了镁，因为它作为碳酸盐（碳酸钙镁矿、水菱镁矿）而沉淀。应用天然碱（钠碳酸盐）作为一种添加剂能引起镁（作为碳酸盐）而沉淀，并且由于进一步蒸发作用最终沉淀下来作为氯化物的钠。