高压下Na-K-Sr-Li-Cl-H2O五元体系盐类结晶分离机制研究：基于相平衡实验与Pitzer模型预测

为解决高盐油田废水中战略资源（Li、K、Sr）回收难题，四川科研团队通过实验测定298.2 K下Na-K-Sr-Li-Cl-H2O五元体系相平衡数据，构建空间立体相图，并基于Pitzer模型建立高压（1-1000 bar）溶解度预测方程。研究发现除LiCl·H2O外，其他盐类Ksp随压力升高而增大，为深层卤水矿产开发与结垢防治提供理论支撑。

　　

随着新能源产业爆发式增长，锂、钾、锶等战略资源需求激增，而传统矿石开采面临环境与成本双重压力。与此同时，四川盆地页岩气开发中产生的高盐油田废水富含这些元素，却因成分复杂、处理困难长期被视作废弃物。如何从这种"液态矿产"中高效回收资源，成为横跨环境治理与资源利用的交叉难题。更棘手的是，深层卤水所处的高压环境（可达1000 bar）会显著改变盐类溶解行为，但现有研究多聚焦常压条件，导致高压相平衡预测成为制约资源开发的"卡脖子"问题。

针对这一空白，中国科研团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表重要成果。研究采用等温溶解平衡法精确测定298.2 K下Na-K-Sr-Li-Cl-H₂O五元体系相图，通过正交四面体坐标系构建包含23条溶解度曲线、5个结晶区的空间立体相图。创新性地将Pitzer离子相互作用模型与高压体积参数耦合，首次建立适用于1000 bar压力的溶解度预测方程，并揭示K_sp（溶度积常数）随压力的非线性变化规律。

关键技术包括：1）采用等温溶解平衡法测定五元体系相图；2）基于Debye-Hückel理论优化Pitzer模型参数；3）引入体积参数（ΔV）建立高压修正方程；4）利用四川盆地油田废水实际组分验证模型。

空间立体相图揭示结晶规律
实验测得体系存在两个五元共饱点，对应NaCl+KCl+LiCl·H₂O+SrCl₂·6H₂O和NaCl+KCl+LiCl·H₂O+SrCl₂·2H₂O平衡状态。立体相图显示LiCl·H₂O结晶区最大，预示其优先析出特性，这为后续分离工艺设计提供关键依据。

高压模型突破传统认知
建立的修正Pitzer方程显示：压力升至1000 bar时，SrCl₂·6H₂O的K_sp增幅达18.7%，而LiCl·H₂O的K_sp反常降低0.3%。这种差异源于离子水合层压缩效应——Sr²⁺因电荷密度高，其水合壳层在高压下更易被破坏，导致溶解度增加。

油田废水处理新方案
基于模型预测，提出"梯度降压结晶"工艺：先高压环境选择性结晶SrCl₂，再逐步降压回收KCl和LiCl。该方案可使Li回收率提升至92%，同时解决输油管道因Sr盐沉积导致的结垢问题。

这项研究不仅填补了复杂体系高压相平衡的理论空白，更开创了"以废治废"的新模式。通过将油田废水从环境负担转化为资源宝库，为碳中和背景下战略资源可持续供应提供创新路径。团队特别指出，该模型可扩展至其他多离子体系，对深海卤水开发、CO₂地质封存等高压场景具有普适指导价值。