Sistema tradicional y moderno de agua salada y sal
Los contenidos de la investigación tradicional sobre el agua de los lagos salados y el sistema de sal incluyen: las propiedades físicas y químicas de la salmuera y el equilibrio de fases del sistema de agua y sal. Las propiedades físicas de la salmuera incluyen el color de la salmuera, la turbidez, la densidad, el fenómeno de estratificación de la salmuera, etc. Las propiedades químicas de la salmuera estudian principalmente la composición de la salmuera y la química de la salmuera de los campos de sal solares. Cabe señalar que ninguno de los contenidos de investigación anteriores puede evitar la biología y los efectos biológicos y su impacto en las propiedades fisicoquímicas de la salmuera.
1. Propiedades físicas de la salmuera
1. Color del agua del lago salado
El agua del lago salado tiene varios colores, incluidos azul verdoso, rojizo y rosa. .color, rojo, etc. Un mismo lago salado tiene diferentes colores en diferentes estaciones. Los antiguos ya describieron durante mucho tiempo el color del agua salada del lago. Hace más de 2.000 años, Li Daoyuan, de la dinastía Wei del Norte, escribió en su "Shui Jing Zhu": "Este estanque de agua (lago salado en Yuncheng, Shanxi) tiene setenta millas de este a oeste y diecisiete millas de norte a sur. Es un pabellón morado, embarrado y que no fluye." . Shen Kuo de la dinastía Song dijo en su "Mengxi Bi Tan": "El estanque salado de Jiezhou... el color de la salmuera es rojo y está debajo del Banquan. Se llama 'sangre de Chi You'..." . Aquí, "púrpura", "zhengchi" y "chiyouxue" se refieren al color de la salmuera del lago salado en Yuncheng, Shanxi.
Ya sea un lago salado o un estanque salado, podemos ver que a medida que la salinidad aumenta gradualmente, el color de la salmuera se profundiza gradualmente, de verde a marrón y a rojo. En cuanto a la causa del color de la salmuera, la gente solía pensar que estaba relacionado con el componente iónico de la salmuera, pero hasta ahora, la gente tiene una comprensión más clara de que el color está relacionado con la cantidad de bacterias y algas que viven en diferentes salinidades y diferentes especies biológicas. El "púrpura" mencionado por Li Daoyuan, y el "rojo" y el "rojo sangre" mencionados por Shen Kuo indican que había numerosas bacterias halófilas rojas, algas halófilas, artemia roja y otros organismos que crecían en la salmuera del lago salado de Yuncheng. En ese tiempo.
2. Turbidez
La turbidez de la salmuera de un lago salado cambia con la ubicación y el tiempo. La turbidez está determinada por las algas y los minerales salinos en suspensión y los desechos minerales no salinos. Tomando como ejemplo los lagos salados con sulfato de sodio, cuando la mirabilita se disuelve en primavera y las larvas de artemia y mosca de salmuera recién nacidas consumen las algas, la turbiedad de la salmuera cae rápidamente. Las artemias y las larvas de salmuera que viven en el lago salado son "limpiadores" naturales, lo que hace que la turbiedad de la salmuera sea cada vez menor.
3. Densidad
La densidad de la salmuera de los lagos salados es el efecto inverso producido por los cambios estacionales, anuales y de largo plazo en los niveles del agua del lago.
4. Fenómeno de estratificación
Generalmente, la salmuera de los lagos salados se divide en dos capas evidentes: la parte superior es más transparente e inodora, y la parte inferior es más densa. Por ejemplo, la Bahía Sur del Gran Lago Salado en los Estados Unidos está dividida en capas superior e inferior con una profundidad de agua de 6,08 a 6,99 m. La capa superior es inodoro y transparente, mientras que la capa inferior es más densa y está más contaminada. En 1979, la densidad medida a una profundidad de agua de 3 m era de 1,089~1,110 g/cm3, y la densidad medida a una profundidad de agua de 7,6 m era de 1,166~1,170 g/cm3.
5. Temperatura de la salmuera
Las fluctuaciones de la temperatura de la salmuera pueden provocar cambios en la saturación de iones, lo que provocará precipitación selectiva y disolución de sales en la salmuera.
La temperatura de la salmuera es variable y cambia con el día, la noche y las estaciones.
(1) Temperatura promedio de la salmuera
Cuando la salmuera se evapora, algunos cristales formados en la superficie de la salmuera se descompondrán o disolverán debido a los cambios en las condiciones una vez que se hundan hasta el fondo de la salmuera. la piscina, y la tasa de descomposición está relacionada con factores como la diferencia de temperatura y el cambio de concentración de la salmuera. Los experimentos han demostrado que la temperatura real de la salmuera en la piscina es de 0,6 a 0,8 veces la temperatura del aire, y las concentraciones superior e inferior de la salmuera en la misma piscina también son diferentes. Muchos cristales de sal no están en equilibrio con la salmuera. que se encuentran ubicados. Por lo tanto, la temperatura promedio de la salmuera suele ser el mejor criterio para predecir el tipo de cristalización de la sal en el fondo de un estanque de sedimentación.
(2) El ciclo de cambio de temperatura diurno de la salmuera
El cambio de temperatura diurno de la salmuera es obvio y regular. Los cambios de temperatura de la salmuera diurnos y nocturnos afectan directamente la precipitación de sal. Por ejemplo, en el Gran Lago Salado de Estados Unidos, cuando la temperatura diurna es de 35°C, es propicio para la formación de potasita (MgSO4·KCl·3H2O) en condiciones naturales del campo de sal, mientras que por la noche, cuando la temperatura cae a 15°C, es propicio para la formación de magnesia blanda La formación de magnesita (MgSO4·K2SO4·6H2O). Debido a que los iones son sensibles a la temperatura, las sales pueden precipitar a temperaturas más bajas. Como resultado, se puede obtener una mezcla de dos sales en la misma salmuera en un solo tanque. Otro ejemplo, en el lago salado de Barkol en Xinjiang, se pueden ver largos cristales columnares de sal de Glauber cristalizados durante la noche en las mañanas de verano. Casi al mediodía, el sol proporciona suficiente energía de activación para disolver toda la sal de Glauber que cristalizó hace apenas unas horas. .
(3) Cambios de temperatura estacionales
Los cambios de temperatura estacionales en los lagos salados pueden afectar la deposición de sales. Por ejemplo, las sales depositadas en el Gran Lago Salado de junio a agosto se convierten en otras sales durante las bajas temperaturas y las lluvias del invierno, y estas sales pueden sufrir cambios químicos integrales. Por ejemplo, la potasita se puede convertir en trozos duros de cloruro de potasio y sales de Epsom, o en potasita blanda si entra en contacto con salmueras que contienen sulfato. Por el contrario, la sal de Glauber precipita en invierno y se vuelve a disolver en verano.
6. Tasa de evaporación
La evaporación se produce en la superficie de la salmuera y allí también se produce la cristalización de la sal. Cuanto mayor sea la tasa de evaporación, mayor será la posibilidad de sobresaturación de la salmuera y formación de sales. Cuando la densidad de los cristales de sal en la superficie de la salmuera es alta, se hundirán hasta el fondo de la piscina (o el fondo del lago).
Los factores que afectan la tasa de evaporación incluyen el sol y el viento. Este es el entendimiento tradicional. En los últimos años, a través de investigaciones sobre organismos halófilos en salmuera, se ha descubierto que las bacterias halófilas rojas, las algas, el camarón rojo de salmuera y otros organismos pueden teñir toda la salmuera de rojo. Absorben la luz solar, lo que no solo aumenta la temperatura de la salmuera, sino que también aumenta la temperatura de la salmuera. pero también aumenta el tamaño de la salmuera.
7. Profundidad de la salmuera y tamaño de las partículas de los cristales de sal
La profundidad del campo de sal está estrechamente relacionada con el tamaño de las partículas de los cristales de sal. Por ejemplo, en el estanque de cristalización del campo de sal, el tamaño de partícula de la halita cristalizada a una profundidad de <7,6 cm y >30,5 cm es menor que el tamaño de partícula de la halita cristalizada entre una profundidad de 7,6 cm y 30,5 cm.
2. Propiedades químicas de la salmuera
Las propiedades químicas de la salmuera de los lagos salados estudian principalmente los cationes, aniones, iones traza, componentes químicos radiactivos, etc.
Los lagos salados modernos se pueden dividir en cuatro tipos según la composición de la salmuera (salmuera superficial, salmuera intercristalina, salmuera de limo): tipo cloruro, tipo sulfato, tipo carbonato y tipo nitrato (Zheng Xiyu, 1993). ) Categorías. Los diferentes tipos de salmuera de lago salado precipitan diferentes sales.
Cabe señalar que los tipos de salmuera de lago salado mencionados anteriormente no son estáticos, sino que cambian a medida que cambian las condiciones restrictivas. Por ejemplo, la evolución de los tipos químicos del agua salada de los lagos de Xinjiang es una prueba de ello. El agua tipo HCO3-Cl-Ca·Na en áreas montañosas de lecho rocoso pasa a HCO3 con la disolución y migración continua de elementos y los efectos de factores químicos, termodinámicos, hidrodinámicos y otros, como la adsorción, el intercambio, la oxidación, la precipitación y la difusión. . Agua tipo SO4-Ca·Mg y SO4-Cl-Na·Mg, para luego pasar a SO4-Na·Mg, e incluso agua tipo Cl-Na (Zhang Minggang, 1993). La concentración y densidad de la salmuera cambia de pequeña a grande, y el valor del pH también cambia de débilmente ácido a débilmente alcalino.
3. Química de la salmuera de los campos de sal solares
La práctica de los campos de sal artificiales muestra que las reacciones químicas en los campos de sal se ven afectadas por condiciones naturales como el viento, la lluvia y los cambios de temperatura. En el pasado, los químicos y geólogos creían que los principales factores que afectaban la cristalización de los minerales de los campos de sal eran la tasa de evaporación, la temperatura de la salmuera, la profundidad de la salmuera, la secuencia de la salmuera, el tiempo de residencia, la permeabilidad de la piscina, etc. Después de una investigación en profundidad, el autor cree que ya sea cristalización artificial en estanques de sal o cristalización natural, el factor más importante en la cristalización mineral es el papel de la biología. Esto se describirá en los siguientes capítulos.
El proceso de producción de campos de sal solares es muy diferente a la investigación sobre el equilibrio de los sistemas hídricos y salinos en el laboratorio. A continuación se utilizan los procesos de producción del Lago Salado de Yuncheng en Shanxi y el Gran Lago Salado en los Estados Unidos como ejemplos para ilustrar la química de la salmuera de los campos de sal solares.
1. Tecnología de producción de sal del lago salado Shanxi Yuncheng
El lago salado Shanxi Yuncheng es el lago salado más antiguo desarrollado y utilizado en China, con una historia de desarrollo de entre cuatro y cinco mil años. . El lago salado ha hecho contribuciones destacadas al desarrollo de la civilización china. El lago salado de Yuncheng es un agua típica del subtipo Na2SO4. La composición del agua del lago pertenece al sistema cuaternario Na+, Mg2+/Cl-. La preparación de sal gema a partir de agua del subtipo Na2SO4 es un trabajo pionero de los antiguos, que implementaron el diagrama de fases metaestable del sistema Na+, Mg2+/Cl-.
Los primeros métodos de producción del lago salado de Yuncheng fueron: exposición al sol, cristalización natural y recolección intensiva. Li Daoyuan, un famoso geógrafo de la dinastía Wei del Norte, registró en "Shui Jing Zhu": "El pabellón púrpura claro está turbio y no fluye. La sal en el agua se imprime de forma natural. Se puede tomar por la mañana y restaurar por la noche sin ninguna pérdida al final." Sin embargo, después de la práctica de producción de las dinastías Qin, Han, Wei, Jin, del Sur y del Norte y de la dinastía Sui, los trabajadores trabajaron duro para explorar el método de recuperar la frontera y secar la sal. Finalmente, el método de recuperar la frontera. y secar la sal apareció en la dinastía Tang, el apogeo de la sociedad feudal de mi país. La "Oda y prefacio al templo Lingqing Gongshen en Yanchi, Hedong, dinastía Tang" registra: "Agua con corrientes fangosas, vierte con fuentes especiales, vaporiza con yin y yang e impregna con agua clara".
El autor realizó trabajos de inspección en el lago salado de Yuncheng a finales de los años 1960. Ahora describiremos la situación de la producción de sal de este lago salado combinado con el proceso histórico de secado de la sal de este lugar.
Hay tres tipos de salmuera para hacer sal del lago salado de Yuncheng: una es "agua de Laotan", que es agua de lago relativamente ligera, generalmente de 5 a 10°Be'; la otra es "agua de Hutuo"; ", que también es agua de lago, pero la concentración es relativamente grande, generalmente 15-20°Be′; el tercer tipo es agua de pozo, que es salmuera bombeada desde pozos en lagos salados. Su componente principal es NaCl, que es una capa Enterrado bajo tierra a decenas de metros de la superficie. Salmuera en la que se disuelve sal gema mediante inyección de agua.
Según el "Método de la sal Hedong" escrito por Jiang Chunfang de la dinastía Qing, debido a las diferentes salmueras utilizadas para la producción de sal, los procesos de producción de sal adoptados también son diferentes. Por ejemplo, el proceso de utilizar agua de pozo es:
Biogénesis de evaporita
El "Luo" mencionado aquí es la piscina que almacena la salmuera para ser evaporada. "Tou Dao Luo" es el primer estanque de evaporación y "Er Dao Luo" es el segundo estanque de evaporación.
Otro ejemplo, el proceso de producción de sal utilizando "agua Hutuo" es:
Biogénesis de evaporitas
El "chivo expiatorio" mencionado aquí se refiere al fondo de la piscina. Estanque de evaporación con placa de nitrato. ¿Qué es la placa de nitrato? La placa de nitrato se refiere a la capa de sal compuesta principalmente de vitriolo de sodio blanco que cristaliza del líquido restante después de la exposición a la sal. Debido a la acumulación a lo largo del tiempo, la placa de nitrato acumulada durante miles de años tiene varios metros de espesor. El propósito de colocar placas de nitrato en el fondo del estanque de evaporación es principalmente eliminar las impurezas de sulfato en forma de papilla que cristalizan durante el proceso de producción de sal.
La "Agua de Playa Vieja" de baja concentración es el proceso de producción de sal más complejo, y también es un proceso de producción de sal que se perfeccionó hace 1.400 años. Esta es la comprensión científica de. La industria de la sal por parte de los antiguos habitantes del lago salado de Yuncheng. Una gran contribución a la historia de la tecnología. El proceso de producción de sal es el siguiente:
Biogénesis de evaporitas
El "círculo" mencionado aquí se refiere a un estanque de evaporación sin placa de nitrato en el fondo, solo un fondo de lodo.
Utilice un lenguaje físico y químico moderno para comprender el proceso de producción resumido por los antiguos anteriormente: la baja concentración "Old Beach Water" se evapora a través de los estanques de evaporación del primer, segundo y tercer círculo para completar la salmuera. En la etapa inicial de evaporación y concentración, la salmuera llega a la piscina de evaporación "chivo expiatorio". En este momento, aparece (Na, Mg)SO4 en la salmuera, por lo que comienza a parecerse a una papilla (la concentración es de aproximadamente 24-25°Be). '). Ésta es la diferencia entre la producción de sal de agua de mar y la producción de sal de agua del subtipo Na2SO4. Esta última tiene una etapa adicional de cristalización de sulfato cómo lidiar con el sulfato durante el proceso de evaporación de la salmuera, es decir, la pasta de papilla de (Na, Mg) SO4. Este es el tema central de este proceso. El proceso de los antiguos habitantes de la sal para tratar con sustancias de sulfato similares a la "pasta de avena" era el siguiente: cuando aparecía un estado sobresaturado (es decir, pasta de avena) en el estanque de evaporación del "chivo expiatorio", se agregaba agua dulce para eliminar el estado sobresaturado. Esta vez, la salmuera se llama "Yangshui", y se cava una pequeña zanja (llamada zanja lateral) en el borde apropiado de cada piscina, y su profundidad es mayor que la profundidad de la piscina. La zanja lateral no está conectada a la salmuera de la piscina y debe estar separada por un dique. La salmuera de la piscina se lixivia a través de la placa de nitrato inferior (comúnmente conocida como filtración). La esencia de la lixiviación es que el MgSO4 en el agua del sol reacciona con Na2SO4 en la placa de nitrato para formar vanadio de sodio y magnesio blanco (Na2SO4·MgSO4·4H2O reacciona en la placa de nitrato para formar mirabilita anhidra (Na2SO4). El sulfato es la sal de calcio de Glauber (Na2Ca(SO4)2) y se forma por reacción en la placa de nitrato. Cuando el autor estudió la composición de la placa de nitrato bajo un microscopio, encontró que el principal componente mineral de la placa de nitrato es la magnesita de sodio, seguida de la mirabilita anhidra y la glauberita de calcio. Esto concuerda con los resultados de la reacción química de la salmuera. producción de sal; el agua Yang fluye a través del nitrato. Cuando se eliminan los poros en forma de panal de la placa, las sustancias de sulfato se eliminan y fluyen hacia la zanja lateral. El agua en este momento se llama agua Yin y luego se envía a la cristalización. tanque por flujo de gravedad o bombeo, y finalmente se produce sal de mesa pura.
En resumen, utilizando Na+, Mg2+/Cl-, el diagrama de fases metaestable del sistema puede explicar la "fase yin y yang de vaporización y limpieza" resumida por los antiguos para la producción de sal a partir de sodio. Principio del proceso "agua de subtipo de sulfato en Shanxi Yuncheng Salt Lake Embarazo".
Cabe señalar que estudios bajo el microscopio de placas de nitrato han demostrado que minerales como la albusita están compuestos de fósiles de artemia y mosca de salmuera, lo que demuestra que los organismos juegan un papel importante en el proceso de producción de sal.
Después de la fundación de la República Popular China, el lago salado de Yuncheng no solo produjo sal, sino que también produjo polvo de Yuanming y se convirtió en la principal base de exportación de polvo de Yuanming en China.
2. Proceso de producción de sal del Gran Lago Salado de Estados Unidos
El Gran Lago Salado de Estados Unidos es el lago salado más grande de América del Norte. Se muestra su composición material. en la Tabla 1-1.
Tabla 1-1 Composición química de la salmuera de la Bahía Norte del Gran Lago Salado
(Según F.J.Post, 1975)
Sol del Gran Lago Salado -Estanque único de sal seca y múltiples estanques de sal en serie Realizados en grupos de piscinas.
Sal solar de tanque único: utilizando salmuera de lago salado como materia prima, el contenido de Mg se mantiene en 7% y se producen sal gema cristalizada, carnalita e hidroclorito.
Cuatro piscinas de sal secada al sol en serie: producen sal de Epsom, potasa blanda, potasa y potashita.
En el estanque de salmuera algunas sales tardan más en cristalizar que otras sales si aún no han cristalizado en la salmuera se transfieren a otro estanque de salmuera de diferentes concentraciones. Por ejemplo, si una salmuera sobresaturada que cristalizará potasa, epsomita y halita se transfiere a otro estanque, la salmuera mixta resultante favorecerá la cristalización de la carnalita, mientras que la potasa desaparecerá.
Lo anterior se puede expresar mediante dos ecuaciones de reacción química:
Ecuación de reacción 1:
Biogénesis de evaporita
Ecuación de reacción 2:
Evaporita biogénesis