基于GIS空间管理系统的中国盐湖资源与环境数据平台

长期以来我国盐湖科学数据存在分散、局限于单学科领域、多元异构、数据共享性差等问题,不利于引导盐湖科学领域的重大和协同产出。为进一步促进盐湖科学数据的信息化,更好地服务于盐湖科学研究,在国家科技部基础性工作专项、中科院百人计划等项目的支持下,课题组从分析盐湖科学数据特点、数据现状和用户需求入手,对多学科多源数据整合、数据质量控制、软件协同、各主题数据库结构和逻辑关系、数据挖掘等关键性问题进行研究,充分利用GIS空间管理信息系统的优势,完成了盐湖资源与环境数据平台的设计及功能开发。该平台实现了对历史与现在的、分散与多元的盐湖科学数据的有效整合。通过将盐湖领域科学数据资源聚集、挖掘和融合,以期达到用数据和信息的杠杆引导盐湖科学向符合信息时代特征方向发展,建立以数据驱动的科研创新范式,为我国盐湖科研创新奠定坚实的数据基础。

混合醇萃取剂从浓缩盐湖卤水中萃取提硼的实验研究

以2-乙基-1,3-己二醇和异丁醇按照一定体积比组成混合萃取剂、航空煤油为稀释剂,萃取某硫酸盐型盐湖浓缩卤水中的硼。对萃取剂浓度、浓缩卤水pH、萃取相比、萃取温度、萃取时间、饱和萃取容量和反萃剂浓度、反萃相比等进行了实验研究。结果表明:2-乙基-1,3-己二醇、异丁醇和航空煤油体积比为1∶2∶3,卤水pH为3,萃取相比为1∶1,温度为20℃,萃取时间为5 min;将得到的富硼有机相用0.25 mol/L氢氧化钠溶液进行反萃,反萃相比为1∶2、温度为30℃、反萃取时间为15 min。经三级萃取及反萃,卤水中硼质量浓度降为0.8 mg/L,硼萃取率为99.99%,反萃率为99.78%,硼回收率为99.77%,萃取效果好。

昆特依盐湖杂卤石矿“焙烧-热浸”溶钾实验研究

以柴达木盆地昆特依盐湖大盐滩矿区杂卤石矿为原料,进行"焙烧-热浸"溶浸实验,研究300~500℃杂卤石矿的焙烧和焙烧产物90℃热水浸钾效果。结果表明:不同温度下焙烧过程中杂卤石质量减少,是由于杂卤石结构遭受破坏而失去两个结构水;温度越高,杂卤石结构破坏越严重,最低的焙烧温度不低于350℃;焙烧产物在90℃热水中热浸钾收率超过95%,较90℃热水溶杂卤石钾收率(31.23%)和常温21℃溶杂卤石钾收率(23.56%)提高了3倍以上;浸取液钾含量和钾收率随焙烧温度增加而增加。

纳滤技术在盐湖卤水镁锂分离领域的研究进展

中国作为全球锂资源消费大国,已将锂资源广泛用于润滑脂、电池、制冷剂、药品等许多领域。中国的盐湖卤水中蕴藏着丰富的锂资源,因此对盐湖卤水锂资源的开发具有重要意义。简要介绍了中国锂资源现状;分析了纳滤膜孔径及纳滤膜中不同的传质过程对镁锂分离的影响;对纳滤技术应用于盐湖卤水镁锂分离的研究进展进行了综述,并对其应用前景进行了展望。

青海察尔汗盐湖碳酸盐的硼同位素地球化学特征

盐湖蒸发岩的硼(B)同位素组成(δ^(11)B)对卤水古盐度变化具有一定的指示意义,但关于盐湖体系碳酸盐沉积的B同位素组成研究较少。本文对察尔汗盐湖百米钻(ISL1A)岩芯碳酸盐进行了B含量及B同位素组成的精确测定。结果表明,所测样品的B含量在10.88×10^(-6)~265.66×10^(-6)之间,δ^(11)B值的变化范围为-1.28‰^+9.94‰,B含量和δ^(11)B值呈现较明显的正相关关系。分析表明,随着盐湖卤水盐度的增大,卤水的B同位素组成也逐渐增大,这导致盐类沉积物的B同位素组成也相应增大。在天然盐湖中,不充分的沉积分异作用使得蒸发岩析出时依然可能存在碳酸盐沉积,碳酸盐的析出可能贯穿盐湖演化的各个阶段,因此可以尝试利用碳酸盐的B同位素组成分析盐湖在整个演化过程中卤水的盐度变化情况。ISL1A钻孔碳酸盐B同位素组成的变化较好地反映了察尔汗盐湖在41.8ka以来古卤水盐度的变化及其在析盐过程中经历的气候干湿波动。

离子液体/异辛醇体系萃取盐湖卤水中硼酸的研究

以异辛醇为萃取剂、乙酸丁酯为溶剂、疏水性离子液体三丁基己基膦双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐([P_(4,4,4,6)][NTf_2])为稀释剂,从东台吉乃尔盐湖卤水酸化提硼母液中进行了萃取硼酸的试验研究。考察了[P_(4,4,4,6)][NTf_2]和异辛醇的体积分数、相比、pH值、萃取级数、饱和萃取容量、反萃剂酸度以及反萃级数等条件试验。在较优的试验条件下,四级错流萃取,萃取率为99.7%,三级错流反萃,反萃率为99.6%,硼总回收率达99.3%,饱和萃取容量达到28.7 g/L(以H_3BO_3计)。通过斜率法确定负载有机相中萃合物的组成并探讨了其萃取机理。萃取体系中加入[P_(4,4,4,6)][NTf_2],可部分替代乙酸丁酯,减少乙酸丁酯的用量,降低对环境的污染,对实现萃取法盐湖卤水绿色提硼具有重要研究意义。

柴达木盆地盐湖卤水中硼的分离提取研究进展

柴达木盆地是中国重要的盐湖赋存区,该地区盐湖卤水富含钾、镁、锂、硼等元素,目前其综合利用已受到人们的高度关注,其中硼的高效分离提取是柴达木盆地盐湖资源综合利用的一个重要环节。综述了近年柴达木盆地盐湖卤水中提硼的研究情况,介绍了每种方法的提取机理,并对目前卤水分离提硼过程中存在的一些问题进行了分析,对柴达木盆地盐湖卤水提硼的研究发展方向进行了展望。

丁酸乙酯从盐湖卤水中萃取锂的动力学研究

采用恒界面池法研究丁酸乙酯从盐湖卤水中萃取锂的动力学过程,考察界面面积、丁酸乙酯浓度、水相锂浓度和温度等因素对萃取速率的影响。实验结果表明:丁酸乙酯萃取锂的反应主要发生在界面区域。增加丁酸乙酯浓度可增大正向反应动力,提高萃取速率。萃取速率随温度的升高而增大,萃取反应的表观活化能为16.72 kJ/mol,该萃取反应过程受扩散控制。通过对实验数据进行线性拟合得到萃取体系的动力学方程。

罗布泊中更新世以来盐湖碳酸盐碳氧同位素组成及其古环境意义

罗布泊是欧亚大陆腹地塔里木盆地东端的典型内陆干盐湖,中更新世以来在其北部尤其罗北凹地发育了巨厚的蒸发岩沉积是对全球变冷和青藏高原隆升的积极响应。通过对罗北凹地第一口深钻LDK01孔蒸发岩系中203个样品的自生碳酸盐含量、碳氧同位素测试与分析,讨论了罗布泊中更新世以来的古环境演化特征。研究表明:(1)δ^(18) O和δ13 C协同正向演化,但在蒸发作用强烈的干旱封闭湖泊中,流域降蒸比(P/E)的变化对湖泊水体δ^(18) O影响最为显著;(2)δ^(18) O和δ13 C周期性波动震荡特征,反映干湿交替的环境以及周缘水体对罗北凹地的补给;(3)罗布泊湖盆干旱加剧演化可能并非只受全球变化单一因素驱动,而是全球气候变化和高原隆升共同作用的结果。

环境温度对盐湖卤水化学组成及储卤层渗透性变化的制约

柴达木盆地昆特依盐湖浅部储卤层是一个多场耦合的动态平衡系统,受到水动力、气候、化学等多种因素控制。本文对昆特依盐湖浅部储卤层不同季节(夏季和冬季)卤水组成和储卤层渗透性特征进行了分析研究。结果表明:卤水中的主要离子含量从夏季到冬季发生了明显的变化,其中,K、Mg、Ca、Cl的含量都相应增加,增加幅度为:Cl、Mg、K、Ca;而SO_4^(2-)和Na的含量却均有下降,且SO_4^(2-)下降更显著;抽水试验计算结果发现,从夏季到冬季,钻孔ZK08渗透系数K由178m/d降至97m/d。本文研究表明,随着环境温度的降低,芒硝(Na_2SO_4)从卤水中结晶析出,是以上现象发生的主要原因,随着芒硝的析出,促进了含K、Mg、Ca等硫酸盐矿物(杂卤石)的溶解,使得卤水中K、Mg、Ca浓度增加;另一方面,析出的芒硝一定程度上堵塞了储卤层的孔隙,卤水的粘度也因温度降低而增加,这两个因素共同作用降低了储卤层渗透性。

柴达木盆地一里坪盐湖卤水水化学及夏季蒸发中钾、锂、硼行为

本文综合利用Na^+,K^+,Mg^(2+)//Cl^-,SO_4^(2-)-H_2O五元体系干基图、水图、钠图,研究柴达木盆地一里坪盐湖硫酸盐型卤水水化学特征受外来淡水补给掺杂、选择性溶解、年温差等多因素影响产生的季节性变化,其中温度为主要因素.当卤水温度降低至0℃,开始析出芒硝,水化学变质系数MgSO_4/MgCl_2比值急剧下降,水化学特征由硫酸镁亚型向氯化物型转化过渡.通过20～25℃晶间卤水L10和L20蒸发实验研究,确定了一里坪卤水蒸发路线、液固相组成、物相鉴定、水化学特征系数、离子行为等变化及成盐特征,并与25℃Na^+,K^+,Mg^(2+)//Cl^-,SO_4^(2-)-H_2O五元体系介稳相图理论预测计算综合对比,二者吻合性比较好,整体相对误差能控制在5%范围内,利用相图理论计算能够很好地指导实际硫酸盐型卤水蒸发析盐.利用水化学特征系数KCl/MgCl_2、MgSO_4/MgCl_2,研究了25℃硫酸盐型盐湖卤水钾盐成盐特征,当变质系数MgSO_4/MgCl_2高于0.13时,卤水钾盐矿物析出的同时,伴随有泻利盐共同析出.利用含Li^+、borate、Mg^(2+)水盐体系相图,研究一里坪老卤水深度蒸发中Li、B的行为,理论预测计算结果,剩余老卤水Mg^(2+)/Li^+比值降至27时,卤水中的Li、B始终以离子形式赋存于卤水中继续富集,此时卤水的累积成卤率仅为2.50%～3.20%,须引入新的工艺技术进行Li、B提取.研究结果为极高镁锂比、高镁硼比的硫酸盐型卤水的综合开发利用提供了理论支持.

晚冰期以来大柴旦盐湖沉积记录的古气候演变及其尘暴事件

选择大柴旦盐湖DCD03沉积剖面柱硼镁石矿层下伏土黄色淤泥质粉砂层为研究对象,基于AMS ^(14)C年代学、岩性地层学、矿物学以及地球化学等研究方法,旨在探讨土黄色湖相淤泥质粉砂沉积记录的尘暴事件,以及重建晚冰期以来西风环流显著影响区的水文气候变化。研究结果表明,DCD03沉积剖面的淤泥质粉砂样品粒度频率曲线呈现为双峰态,主峰(均值10μm)反映了河流作用携带入湖的细粒组分,次峰(>32μm)则反映了风力作用以及河流作用等携带入湖的粗粉砂粒组分。大于64μm的砂砾组分可能代表外源风尘物质的输入,由尘暴天气携带入湖。大柴旦地区晚冰期以来依次出现了博令和阿勒罗德暖期(12.94～12.17 cal.ka BP)、新仙女木冷期(12.17～11.37 cal.ka BP)、不稳定的早全新世气候(11.37～8.64 cal.ka BP)以及趋于偏冷干的中全新世早期(8.64～7.39 cal.ka BP)。

一里坪硫酸镁亚型盐湖钾镁混盐转化-浮选中物相行为

加水比例及物相行为研究对硫酸镁亚型盐湖钾镁混盐转化制备软钾镁矾工艺具有重要意义。以柴达木盆地一里坪盐湖钾镁混盐为对象,采用"转化-浮选"法制备钾盐镁矾,研究了钾镁混盐初始及转化产生的物相行为。结果表明,初始物相光卤石、水氯镁石溶解速率最快,分解得到新物相氯化钾。初始物相钾盐镁矾及其转化得到的新物相软钾镁矾,溶解转化速率次之,加水比例高于0.40时,速率趋于平缓。初始物相氯化钠溶解速率始终最低。转化过程中,氯化钾只发生溶解行为,并未与软钾镁矾反应生成新物相硫酸钾。转化实验结果与理论计算结果吻合度高,相对误差低于4%,利用介稳相图理论计算能够指导钾镁混盐转化。同时,正浮选捕收剂对含钾物相的捕收吸附能力强于反浮选,钾的总收率达到66%。

川东北普光地区深层富钾卤水钾资源提取研究

四川盆地地下卤水资源丰富,尤其川东北地区地下卤水富含高品质钾资源。本项目以四川普光地区富钾卤水为研究对象,根据卤水组成,采用模拟计算并结合实验验证的方法,研究了高温蒸发时,氯化钠、氯化钾、光卤石、硼酸等矿物的析出阶段及特点。研究结果表明,当蒸失水率约80%时,体系中约85%的NaCl析出,同时KCl达到饱和,继续蒸发可获取钾石盐。控制总蒸失水率94%~95%时分离,体系中大于80%的钾可在这一阶段析出,且湿基中KCl品位可高达约45%;析出钾石盐后的卤水降至室温可获得NaCl、KCl、KCl·MgCl_(2)·6H_(2)O及H_(3)BO_(3)的混合物,硼的析出率可达到约80%。同时,研究表明,将蒸失水率约80%时分离石盐后的卤水直接降温可以获得湿基品位约高达70%的钾石盐矿,钾析出率约50%。综合对比分析,提出两条以钾资源开发为主的工艺路线:其一为“高温蒸发析氯化钠高温蒸发析氯化钾冷却析钾硼混盐”,通过加工获得KCl及H_(3)BO_(3)产品;其二为“高温蒸发析氯化钠冷却析钾”,通过加工获得高端KCl产品。

NaCl-X-H_2O三元体系25℃等温蒸发石盐流体包裹体均一温度实验研究

复杂卤水组分对于石盐流体包裹体均一温度的影响尚不明确,文章基于NaCl-X-H_2O(X=KCl, MgCl_2,CaCl_2, Na_2SO_4)三元卤水体系,尝试探讨K^+、Mg^(2+)、Ca^(2+)、SO_4^(2-)对石盐流体包裹体均一温度测试结果的影响。不同卤水体系最大均一温度分析结果表明,K^+、Mg^(2+)、Ca^(2+)的存在总体上会导致石盐流体包裹体均一温度偏大,SO_4^(2-)的存在对均一温度的影响很小。以NaCl-H_2O体系为参照,NaCl-Na_2SO_4-H_2O体系平均均一温度较之要低,而NaCl-KCl-H_2O、NaCl-MgCl_2-H_2O和NaCl-CaCl_2-H_2O体系与其相反。NaCl-KCl-H_2O体系中的KCl浓度与平均均一温度呈现负相关关系,NaCl-MgCl_2-H_2O、NaCl-CaCl_2-H_2O、NaCl-Na_2SO_4-H_2O体系中的w(MgCl_2)、w(CaCl_2)和w(Na_2SO_4)与平均均一温度则呈现正相关关系。平均和最大均一温度分析结果都显示出复杂卤水体系中不同离子及其浓度对石盐流体包裹体均一温度会产生影响。本研究对于具有复杂化学组分卤水结晶析出石盐均一温度的研究具有重要的参考价值。

铷、铯的分离提取方法及其研究进展

近年来,关于重稀碱金属铷、铯的开发和利用逐渐得到了广泛的关注,主要总结了铷、铯分离提取方法的现状,归纳了铷、铯分离提取的主要方法和最新进展,此外还对于铷、铯的分离提取方法的发展趋势进行了评论,认为离子交换法和萃取法对工业化分离提取铷、铯具有经济意义。

鹿角珊瑚硼同位素组成与海水表面p H值的相关性研究

采用串联式水循环系统和插孔式新生长珊瑚培植方法,在保证珊瑚正常生长水化学条件基本一致的条件下,进行了不同海水p H值环境下的鹿角珊瑚养殖实验。采用热电离同位素质谱仪测定了珊瑚的硼同位素组成,以探讨珊瑚硼同位素组成与海水p H值的经验关系。珊瑚和海水B(OH)_3间的硼同位素分馏系数(_(carb-3)与养殖海水p H值的关系研究结果表明,(_(carb-3)不是常数,而是与p H值有关,表明B(OH)_3同时掺入进珊瑚生物碳酸盐。通过实验数据获得的δ^(11)B_(carb)-p H经验方程可用于海水p H值的计算与分析,从而可替代存在争议的采用理论公式由测定的珊瑚生物碳酸盐的δ^(11)B_(carb)值进行海水p H值计算的方法。另外,在珊瑚养殖过程中,高p H值养殖水箱中有Ca CO_3和Mg(OH)_2混合沉淀析出,其δ^(11)B值明显高于养殖海水,表明Mg(OH)_2的存在对硼同位素分馏有显著影响,这是否会对珊瑚的硼同位素组成产生影响值得关注。

乙二胺四乙酸二钠用于沉积物酸溶相中高精度硼同位素测定方法研究

采用传统的酸溶法进行沉积物样品(包括粘土样品或碳酸盐等样品)硼同位素测定的前处理过程中,酸通常会溶解出样品中大量Ca^2+、Fe^3+、Mg^2+、Al^3+等金属离子以及稀土元素。由于前处理过程中溶出的硼只有在碱性环境中才能被硼特效树脂有效地吸附,而大量共存的Ca^2+、Fe^3+、Mg^2+、Al^3+等金属离子在碱性条件下会产生难溶于水的氢氧化物沉淀,进而会造成硼的丢失和同位素分馏。本研究在沉积物酸溶相样品中加入适量EDTA-2Na饱和溶液,再将样品溶液调成碱性,能有效抑制沉淀的产生。用氨水淋洗吸附后的硼特效树脂,并延长样品电离时间,能有效降低EDTA-2Na对硼同位素测定的干扰,从而达到样品中硼元素的高效提取和硼同位素组成的准确测定。结果表明,样品加入EDTA-2Na饱和溶液后硼的回收率可达到95%以上。同时,经过处理后的NIST SRM 951硼酸标准样品的11B/10B比值在4.05146~4.05628之间;三亚沉积物、大柴旦湖心沉积物和大柴旦湖心晶间卤水沉积物的硼同位素组成(δ11 B)分别为+17.64‰、-5.74‰和+1.8‰。本方法可满足沉积物样品(如粘土沉积物、碳酸盐沉积物、黄土、古土壤等样品)酸溶相中硼同位素组成高精度测定的要求,为此类样品的高精度硼同位素测定提供了一种简单、低干扰的前处理方法。

寒旱环境盐胁迫条件下两种草本植物的根系力学特性研究

选取适宜于西宁盆地及其周边地区生长的2种优势草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和细茎冰草(Agropyron trachycaulum(Linn.) Gaertn.)作为试验供试种,通过室内种植培育方式,采用浓度梯度分别为50 mmol/L、100 mmol/L、150 mmol/L、200 mmol/L的Na_2SO_4溶液对2种植物进行盐胁迫处理。在盐胁迫试验处理后的第15 d、30 d和45 d,分别测定2种植物单根抗拉力和单根抗拉强度。结果表明:相同盐胁迫浓度时,2种植物单根抗拉力随生长期增长而逐渐增大,单根抗拉强度随生长期增加而逐渐降低;相同生长期,2种植物单根抗拉力随着胁迫液浓度由0 mmol/L增加至200 mmol/L时,表现为逐渐减小趋势;进一步研究表明,在相同胁迫浓度和相同生长期条件下,细茎冰草单根抗拉力和单根抗拉强度分别较垂穗披碱草高0.008～0.025 N和9.646～72.807 MPa;2种草本植物单根抗拉力与根径之间呈指数函数关系;2种草本单根抗拉强度分别随根径的增加而逐渐减小,且均与根径呈幂函数关系。研究成果对于进一步探讨寒旱环境盐胁迫条件下,草本植物根系力学强度特征及其变化规律具有重要理论价值,同时对于有效防治研究区水土流失、浅层滑坡等地质灾害的发生具有实际指导意义。

青海昆特依盐湖杂卤石矿焙烧过程的矿物学特征研究

以柴达木盆地昆特依盐湖大盐滩矿区杂卤石矿为原料,在300℃~500℃温区内进行杂卤石的焙烧,利用XRD表征焙烧前后矿物特征。结果表明:(1)杂卤石矿样焙烧后重量损失约0.41g,与杂卤石中两个结构水重量0.43g相当,表明在此温区内杂卤石结构破坏而使结构水脱除所致;(2)杂卤石矿样焙烧后,杂卤石中CaSO_4组分主要以硬石膏形式存在,K_2SO_4和MgSO_4组分以无水钾镁矾形式存在,两种矿物XRD特征峰非常明显;(3)随着焙烧温度的增加,焙烧产物中硬石膏和无水钾镁矾XRD特征峰强度随之变强,说明两种矿物含量增加,尤其在450℃和500℃时无水钾镁矾XRD特征峰最强;(4)杂卤石矿样中石英、云母、钠长石等硅酸盐矿物XRD特征峰强度不变,说明它们对杂卤石的热解无影响。经90℃热水浸取焙烧产物后发现,350℃~500℃温区内杂卤石矿样焙烧热浸后K收率皆大于95%,K离子含量皆大于43g/L,且随着焙烧温度的增加,溶浸液中K,Mg,SO_4离子含量和K收率随之增加,与无水钾镁矾XRD特征峰变化趋势一致,表明从杂卤石中提取价值元素K,Mg,SO_4等时,杂卤石结构破坏是非常重要的环节。