青海柴达木巴伦马海盆地盐湖黏土型钾锂矿的物质组成及溶矿试验研究

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2024.04.027

黄金科学技术 ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (4): 579-593.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2024.04.027

青海柴达木巴伦马海盆地盐湖黏土型钾锂矿的物质组成及溶矿试验研究

袁桂林^1,²(),马玉亮^1,²,陈建洲^1,²(),蒋远山^1,²,徐永锋^1,²,晁海德^1,²,丁成旺^1,²,梁辉³

^1.青海省第四地质勘查院，青海西宁 810001
^2.青海省页岩气资源重点实验室，青海西宁 810001
^3.青海瞻远地质勘探有限责任公司，青海西宁 810008

收稿日期:2024-01-18 修回日期:2024-04-07 出版日期:2024-08-31 发布日期:2024-08-27
通讯作者: 陈建洲 E-mail:170517638@qq.com;qhchjzh@163.com
作者简介:袁桂林（1983-），女，江苏盐城人，工程师，硕士研究生，从事战略性矿产、清洁能源和非常规气体勘查研究工作。170517638@qq.com
基金资助:
青海省“昆仑英才·高端创新创业人才”计划项目、青海省地质矿产勘查开发局高层次人才培养项目“青海省沉积型锂矿成矿研究”(2023-3-18);企业地勘项目“青海省茫崖市巴伦马海稀有轻金属矿可利用性研究”联合资助

Study on Composition and Dissolution Test of Clay-type Potassium-Lithium Ore in Salt Lake of Balunmahai Basin，Qaidam，Qinghai

Guilin YUAN^1,²(),Yuliang MA^1,²,Jianzhou CHEN^1,²(),Yuanshan JIANG^1,²,Yongfeng XU^1,²,Haide CHAO^1,²,Chengwang DING^1,²,Hui LIANG³

^1.The Fourth Geological Exploration Institute of Qinghai Province, Xining 810001, Qinghai, China
^2.Qinghai Key Laboratory of Shale Gas Resources, Xining 810001, Qinghai, China
^3.Qinghai Zhanyuan Geological Exploration Co. , Ltd. , Xining 810008, Qinghai, China

Received:2024-01-18 Revised:2024-04-07 Online:2024-08-31 Published:2024-08-27
Contact: Jianzhou CHEN E-mail:170517638@qq.com;qhchjzh@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为评价柴达木巴伦马海盆地盐湖黏土型钾锂矿可加工性和可利用性，开展了X射线衍射分析、TOF-SIMS（飞行时间二次离子质谱）元素面扫描分析等岩矿测试和溶矿试验。结果表明：盐湖黏土型钾锂矿主要矿物类型为造岩矿物碎屑、盐类矿物、吸附于矿物表面或层状矿物结构面的物质。主要化学成分为K、Na、O、Cl，盐类矿物成分Cl^-、 $S O 4 2 -$ 、K、Ca、Na、Mg、B₂O₃含量高，稀有元素Li、Rb、Cs、Sr富集明显。黏土层中水可溶物为石盐、光卤石和水氯镁石，Li、K可以通过水溶方式溶取利用。分析认为K的赋存类型主要为可溶性盐类矿物、长石和黏土矿物；锂的赋存类型主要为吸附锂和结构型锂，吸附锂包括水溶锂和酸浸锂，残渣态锂属于结构型锂。溶矿试验显示巴伦马海盐湖黏土型钾锂矿中K达到固体矿工业指标，Li达到液体矿综合评价指标，证实是可采出、有价值、可加工、可利用的矿产，估算潜在LiCl资源为114.41万t，KCl资源为1 395.22万t。推荐Li≥32.25×10^-6为黏土型钾锂矿的锂综合利用品位。

关键词: 溶矿, 钾锂矿, 盐湖黏土型, 巴伦马海盆地, 矿物类型, 潜在资源

Abstract:

X-ray diffraction analysis and TOF-SIMS element surface scanning analysis were conducted to assess the processing and availability of clay-type potassium-lithium ore in the Salt Lake of Balunmahai Basin in Qaidam.Additionally，a dissolution test was performed to further investigate the potential utilization of this resource.The findings indicate that the predominant mineral types present in clay-type potassium-lithium deposits within salt lakes include rock-forming mineral fragments，salt minerals，substances adsorbed on mineral surfaces，and layered mineral structural surfaces.The primary chemical components consist of K，Na，O，Cl.The content of salt mineral components such as Cl^-，SO $42$ ^-，K，Ca，Na，Mg，and B₂O₃ is notably high，while the concentrations of rare elements Li，Rb，Cs，and Sr are evident.Water-soluble substances found in the clay layer include stone salt，carnallite，and hydrochloromagnesite，with Li and K being capable of dissolution and utilization through water solutions.The analysis indicates that the predominant occurrence types of potassium （K） are soluble salt minerals，feldspar，and clay minerals.Lithium，on the other hand，is primarily found in the forms of adsorbed lithium and structural lithium.Adsorbed lithium includes water-soluble lithium and acid-leached lithium，while residual lithium is classified as structural lithium.The estimated potential resource of lithium chloride （LiCl） is 1.1441 million tons，whereas potassium chloride （KCl） is estimated at 13.9522 million tons.Dissolution tests conducted on the ore from Balunmahai Salt Lake indicate that the potassium content meets industrial standards for solid ore，while the lithium content meets criteria for liquid ore，affirming its extractability，value，processability，and accessibility.It is recommended that the comprehensive utilization grade of clay-type lithium ore exceed or equal 32.25×10^-6.

Key words: dissolution, potassium-lithium ore, clay-type in Salt Lake, Balunmahai Basin, mineral types, potential resource

中图分类号:

P618.71

袁桂林, 马玉亮, 陈建洲, 蒋远山, 徐永锋, 晁海德, 丁成旺, 梁辉. 青海柴达木巴伦马海盆地盐湖黏土型钾锂矿的物质组成及溶矿试验研究[J]. 黄金科学技术, 2024, 32(4): 579-593.

Guilin YUAN, Yuliang MA, Jianzhou CHEN, Yuanshan JIANG, Yongfeng XU, Haide CHAO, Chengwang DING, Hui LIANG. Study on Composition and Dissolution Test of Clay-type Potassium-Lithium Ore in Salt Lake of Balunmahai Basin，Qaidam，Qinghai[J]. Gold Science and Technology, 2024, 32(4): 579-593.

图/表 22

图1

图2

图3

图4

表1

表2

表3

表4

含矿黏土化学全分析结果"

样品编号	岩性名称	含量
样品编号	岩性名称	TiO₂	TFe₂O₃	Br	Li	Rb	Cs	I $S O$	Cl^-	SO $4 2 -$	CO $3 2 -$	K
QH1	灰褐色含石膏粉砂的黏土	0.36	3.39	9.46	58.1	83.1	9.80	0.82	9.79	2.90	0.085	1.96
QH2	灰绿色含石膏的黏土	0.30	2.75	8.78	62.9	58.7	6.65	0.95	9.85	8.81	0.057	1.65
QH3	黑色含炭黏土	0.48	4.22	10.4	66.7	106	9.23	1.14	7.79	6.96	0.057	2.27
QH4	灰绿色含石膏石盐的黏土	0.52	5.04	9.16	68.0	127	12.40	2.00	4.77	3.76	0.057	2.56
QH5	灰黑色含石盐的淤泥	0.48	4.29	11.3	52.9	101	10.10	1.45	5.77	2.96	0.057	2.27
QH6	灰绿色含石膏粉砂的黏土	0.56	5.06	12.9	68.4	128	11.10	1.10	3.67	1.29	0.057	2.73
QH7	灰褐色含石膏的黏土	0.35	2.91	11.4	48.8	68.7	7.00	0.66	8.38	5.69	0.057	1.68
QH8	黑色含石膏的淤泥	0.51	4.75	13.2	72.3	122	11.50	0.64	8.82	4.31	0.057	2.51
QH9	灰绿色含石膏的黏土	0.42	3.58	10.1	48.4	76.6	5.94	0.43	5.46	11.14	0.028	1.74
QH10	灰褐色含石盐粉砂的黏土	0.36	2.96	11.0	64.1	71.1	6.62	0.45	5.63	11.78	0.028	1.65
样品编号	岩性名称	含量
样品编号	岩性名称	Ca	Mg	Na	B₂O₃	Al	As	Mo	Ni	Se	Sr
QH1	灰褐色含石膏粉砂的黏土	10.31	4.26	3.78	0.034	9.26	13.8	1.77	24	0.218	867.6
QH2	灰绿色含石膏的黏土	7.67	7.37	3.82	0.053	7.18	9.7	2.10	19.1	0.151	877.2
QH3	黑色含炭黏土	5.43	4.54	5.36	0.056	10.89	13.4	3.51	27.8	0.331	276.4
QH4	灰绿色含石膏石盐的黏土	6.99	3.76	3.32	0.068	12.39	14.8	1.35	28.9	0.216	390.3
QH5	灰黑色含石盐的淤泥	9.19	3.39	3.88	0.042	10.44	15.0	2.03	25.6	0.191	691.9
QH6	灰绿色含石膏粉砂的黏土	5.43	3.42	1.95	0.068	12.38	15.9	1.81	31.7	0.177	288.1
QH7	灰褐色含石膏的黏土	10.97	4.61	4.75	0.044	7.89	6.9	2.28	19.7	0.137	903.0
QH8	黑色含石膏的淤泥	4.46	4.02	5.01	0.057	12.46	8.9	0.54	28.1	0.164	186.1
QH9	灰绿色含石膏的黏土	6.71	5.28	3.38	0.077	8.35	12.0	1.06	22.0	0.087	384.3
QH10	灰褐色含石盐粉砂的黏土	6.97	6.74	3.33	0.074	7.35	10.4	1.74	19.0	0.205	606.8

表4

表5

图5

图6

表6

表7

图7

图8

图9

图10

表8

巴伦马海盐湖黏土型矿溶矿浸液监测样品分析结果"

矿液类型	含量
矿液类型	B	B₂O₃	Ca	K	Li	Mg	Na	$S O 4 2 -$
溶矿原液	65	209	273	1 978	8.43	5 186	31 860	4 742
浸液1	128	411	615	6 146	17.04	-	89 890	13 010
浸液2	125	403	601	6 317	16.97	15 320	92 430	13 270
浸液3	125	403	605	6 216	16.91	14 920	94 320	13 360
浸液4	131	423	617	6 133	16.79	14 900	89 160	12 800
浸液5	136	436	581	5 860	16.87	14 540	87 030	12 800
浸液6	121	390	574	5 322	14.07	13 260	87 930	12 870
浸液7	123	397	603	6 072	16.62	14 520	93 580	13 240
浸液8	120	387	539	6 528	15.72	15 130	89 430	13 170
浸液9	125	401	565	5 560	14.63	13 800	88 070	11 390
浸液10	123	395	560	6 441	15.95	15 280	90 150	12 860
浸液11	129	417	606	5 952	16.43	14 620	87 230	12 600
浸液12	120	386	569	6 247	15.91	14 730	89 800	12 450

表8

表9

表10

表11

图11

参考文献 0

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样品名称	含量
样品名称	Li	Rb	Cs	Sr	B₂O₃	Be	U	K	Na	Ca
黑色含炭黏土	85.9	65.4	6.45	969	686	2.14	3.02	1.53	4.50	8.62
综合样品	71.4	67.1	6.71	872	683	1.81	2.84	1.89	4.90	7.43
混合样品	76.1	68.6	6.38	806	657	1.81	2.79	1.99	5.79	7.37
样品名称	含量
样品名称	Mg	Fe	P	S	TC	TiO₂	SO₄^2-	Cl^-	CO₃^2-	有机碳
黑色含炭黏土	7.98	1.77	0.029	3.76	3.54	0.054	11.22	6.69	0.087	0.75
综合样品	7.02	-	-	-	-	-	4.18	-	-	0.96
混合样品	6.92	1.73	0.034	1.03	3.27	0.057	3.22	11.27	0.12	1.00

样品类型	含量/（×10^-6）			含量/（×10^-2）
样品类型	Li	Rb	Cs	K	Na	Ca	Mg
混合样品	8.06	1.10	0.018	0.57	4.48	1.89	1.54
黑色含炭黏土	6.68	0.90	0.015	0.34	3.62	3.66	1.50
综合样品	9.19	1.16	0.016	0.56	4.34	2.10	1.55

滤渣部分（水不溶物）			滤液部分（水可溶物）			烘干后总质量/g
滤渣编号	滤渣质量/g	滤渣占比/%	滤液蒸干编号	滤液蒸干质量/g	盐类占比/%	烘干后总质量/g
6-2	3.5793	76.97	6-3	1.0709	23.03	4.6502
7-2	3.9214	83.85	7-3	0.7552	16.15	4.6766
8-2	3.4914	75.59	8-3	1.1274	24.41	4.6188

样品编号	组成及含量/%
样品编号	石盐	半水石膏	光卤石	水氯镁石
6-3	42.2	39.5	18.3	0.0
7-3	43.1	38.8	18.1	0.0
8-3	36.6	31.3	22.0	10.1

矿物类别		矿物名称	含量/%
矿物类别		6号	7号	8号
含硅矿物	含硅矿物	石英	25.3	26.3	24.9
	含硅矿物	斜长石	9.6	7.6	9.9
	黏土矿物	伊利石	15.2	15.5	15.0
		绿泥石	5.0	4.5	5.1
		伊蒙混层	4.3	5.1	4.1
		高岭石	2.2	2.0	2.3
盐类矿物	硫酸盐矿物	石膏	6.9	18.5	5.6
	氯化物	石盐	9.8	8.3	9.7
	氯化物	光卤石	5.3	2.9	6.4
碳酸盐矿物		文石	5.7	0	6.0
		白云石	4.1	4.8	3.9
		方解石	6.2	4.2	6.7
金属硫化物		黄铁矿	0.4	0.2	0.5

青海柴达木巴伦马海盆地盐湖黏土型钾锂矿的物质组成及溶矿试验研究

Study on Composition and Dissolution Test of Clay-type Potassium-Lithium Ore in Salt Lake of Balunmahai Basin，Qaidam，Qinghai

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样品名称	含量
样品名称	Ba	Co	Cr	Cu	Ga	Hf	Mn	Nb	Ni	P	Pb	Rb	Sr
黑色含炭黏土	340	5.0	41	24	25	22	360	8	26	320	14	54	1 000
综合样品	270	5.0	34	23	24	3	350	9	26	340	15	55	890
混合样品	220	4.5	28	25	27	3	290	8	23	260	14	51	830
样品名称	含量
样品名称	Ti	V	Y	Zn	Zr	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O
黑色含炭黏土	0.17	47	14	53	68	27.30	8.19	2.37	10.79	8.54	4.03	2.01
综合样品	0.16	39	15	50	85	27.37	8.18	2.10	8.88	8.71	5.37	1.95
混合样品	0.12	35	15	44	85	22.14	6.41	1.64	7.79	6.51	5.34	1.61

计量组分	矿产类型		开采方式	工业指标
计量组分	矿产类型		边界品位/%	最低工业品位（%或mg/L）	最小可采厚度/m	夹石剔除厚度/m
KCl	钾盐	卤水	-	≥0.3	≥0.5	-	-
KCl	钾盐	固体	溶解转化开采	≥0.3	≥0.5	-	0.5

指标名称	指标值
矿产类型（组分）	卤水
锂综合利用品位	w（LiCl）≥50 mg/L；w（Li）≥8.2 mg/L

矿物类型	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	SO₃	Cl	K₂O	CaO	FeO
以绿泥石为主的黏土矿物混杂	2.64	5.47	14.03	54.94	3.13	2.36	1.47	1.94	14.03
以绿泥石为主的黏土矿物，混杂有石膏及盐类	-	9.96	2.17	41.45	5.47	6.81	1.46	10.19	22.47
混杂有石膏的黏土矿物集合体	-	5.17	4.87	17.43	32.14	3.04	2.12	20.77	14.47
混杂有石膏及盐类的黏土矿物集合体	1.07	9.66	9.79	27.43	12.83	8.67	1.36	6.29	22.90
混杂有石膏的黏土矿物集合体	0.84	6.33	24.13	38.39	5.51	3.13	11.52	8.43	0.84
以伊利石为主的黏土矿物混杂，含石膏	0.72	1.47	13.27	60.00	3.31	0.95	10.93	1.96	6.38
伊利石和绿泥石等黏土矿物混杂集合体	5.49	38.51	15.09	18.58	3.23	0.81	13.00	5.29	5.49