CN104314569B - 一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盐化工技术领域，具体地说是涉及一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法。本发明的开采方法包括以下步骤：1）输卤准备步骤；2）溶剂注入步骤；3）开采承压卤水步骤；4）卤水收集步骤；5）提钾步骤；6）重复步骤2）到步骤5），循环进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。本发明的优点：本发明开采方法能够充分溶解低品位钾矿，并且能在保证地层结构不受破坏的前提下，同时实现对孔隙卤水、低品位固体钾矿以及深部承压卤水的最大限开采。本发明实施过程简便可行、安全，同时利用溶剂在矿层中横向和纵向两个方向的流向，驱动盐层中孔隙卤水的流动，能够实现对深部孔隙卤水及低品位钾矿的最大限度的开采。
Description
技术领域
本发明涉及盐化工技术领域，具体地说是涉及一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法。
背景技术
目前我国钾资源储量主要集中在青海柴达木盆地盐湖地区，该地区保有钾储量总量大(10亿吨)，基础储量少(2.45亿吨，占23.4%)，设计可采储量更少(1.16亿吨，仅占11.1%)，其中大量的钾资源是难以直接开采的低品位固体钾矿(3.4亿吨，约占29.5%)；此外，随着钾资源的大力开发，盲目和过量开采，使得察尔汗盐湖晶间、孔隙卤水，以及晶间、孔隙承压卤水严重超采，导致矿区卤水水位大幅度下降，形成大面积疏干区，增大孔隙卤水开采难度、严重限制了钾资源的利用。充分利用低品位固体钾资源、深层提取卤水、获取可溶性钾资源技术以及做到采、补平衡是盐湖开发中十分重要和极有意义的工作。
目前对于低品位固体钾矿的开采，主要的技术手段是利用溶采实现对钾矿的溶解，进而进行开采。传统的地下卤水开采方法主要有井式开采法、渠式开采法等，其中渠式开采法适用于卤水水位接近地表的情况，无法应用于卤水水位较深的钾矿开采；井式开采法是一种应用比较广泛的孔隙卤水开采方法，但是该法无法在保证地层结构不受破坏的前提下实现深部卤水的充分开采。
关于深部孔隙卤水的开采，目前已有人进行这方面的研究。例如，专利号为201210113149.1，专利名称为《一种提取盐湖矿区深层晶间卤水的方法》的中国发明专利公开了一种提取盐湖矿区深层晶间卤水的方法，该方法包括以下步骤：（1）在盐湖矿层上开挖注气井、采卤井和输卤渠，并在盐湖矿层上设置空气压缩机；注气井内布设卤水尾液注入管道，其四周均布有采卤井，该每个采卤井内布设卤水输送管道；每个采卤井内放置一采卤泵，该采卤泵与卤水输送管道的一端相接；卤水输送管道的另一端与输卤渠相接；（2）空气压缩机将压缩空气持续压入盐湖矿层，深层晶间卤水涌出；（3）深层地下晶间卤水通过采卤泵抽出，并输出至输卤渠；（4）将提钾后的卤水尾液注入注气井中的盐湖矿层，并到达盐层，形成新的含钾卤水；（5）重复步骤（2）-（4），即完成一个循环。
上述专利中的方法虽然能够实现深层卤水的提取，但是该方法需要引入高压空气实现对晶间卤水的压力驱动，实施手段复杂、具有较高的危险性和能耗，并且易对盐层结构造成破坏；此外，输卤管道注入的卤水尾液在空气压力驱动下的流动速度太快，导致晶间卤水及低品位钾矿无法被充分溶解和开采利用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，本发明的开采方法能够充分溶解低品位钾矿，并且能在保证地层结构不受破坏的前提下实现对深部孔隙卤水的最大限开采。
本发明的技术方案为：一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法包括以下步骤：
1）输卤准备步骤 在所需开采矿层上开挖两口以上的输卤井和一条采卤渠，每口输卤井内分别设有溶剂注入管道；所述采卤渠位于输卤井下方，采卤渠两端分别通向位于地表的采卤池，采卤渠内设有一条输卤管道，输卤管道的两端也分别通向位于地表的采卤池；采卤渠中还设有两个以上的采卤泵，每个采卤泵均与采卤渠中的输卤管道相连接；
2）溶剂注入步骤 往输卤井的溶剂注入管道中注入溶剂，溶剂渗透入采矿层中，溶剂驱动盐层中的空隙卤水流动，低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解后，溶剂形成开采卤水并汇集于输卤井下方的采卤渠中；
3）开采承压卤水步骤 在上述过程中，由于渗透压的作用，位于采卤渠下方的承压卤水汇集于采卤渠中的开采卤水，被同时开采；
4）卤水收集步骤 采卤渠中的开采卤水由采卤泵通过输卤管道抽出，收集于输卤管道两端的采卤池中；
5）提钾步骤 所述采卤池中收集的开采卤水经提钾后，得到卤水尾液；将卤水尾液化学成分进行分析之后，重新配制成溶剂并将其通过输卤井内的溶剂注入管道注入所需的采矿层，继续进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采；
6）重复步骤2）到步骤5），循环进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。
本发明一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法与现有技术相比较有如下有益效果：在本发明步骤2）中，往输卤井的溶剂注入管道中注入溶剂到开采矿层中，由于溶剂的溶解和压迫作用，溶剂将在矿层中兼具横向和纵向两个方向的流向，从而溶剂驱动盐层中孔隙卤水的流动，并对低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解；混合了空隙卤水并溶解有固体钾矿以及杂卤石矿的溶剂形成开采卤水，最终汇集于采卤渠中；同时，位于矿层深部的承压卤水也可以同时汇入采卤渠中，从而实现对深部承压卤水的开采。
基于不同钾矿的地质结构及矿层分布特点，输卤井及采卤渠的深度、截面积等的设置非常重要。本发明中，所述每个输卤井深为5~50m，输卤井直径为1.0~3.0m相邻输卤井间的间距为10~100m。采卤渠位于输卤井下方，长度为100~1000m，在采卤渠中设置一条输卤管道，该输卤管道两端分别通向位于地表的采卤池；采卤渠内设置一组采卤泵，每个采卤泵均与采卤渠中的输卤管道相接。
本发明所述的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，既不同于传统的井式开采法也不同于渠式开采法，而是一种新的开采方法，只需开挖一组输卤井（两口输卤井以上）和一条地下采卤渠，设置在采卤渠中的采卤泵将开采卤水输送至地表。
由于本发明的开采方法采用独特的输卤井和采卤渠的分布结构，溶剂可以在矿层中兼具横向和纵向两个方向的流向，驱动盐层中孔隙卤水的流动，并将对低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解，并最终汇集于采卤渠中。此外，位于矿层深部的承压卤水也可以同时汇入采卤渠中，从而实现对深部承压卤水的开采。
本发明的开采方法能够成功实施除了其采卤渠及输卤井结构的设置之外，溶剂的配制也至关重要。
总之，本发明的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，实施过程简便可行、安全，不需要引入任何特殊设备和特殊处理工序。同时，本发明的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，利用溶剂在矿层中横向和纵向两个方向的流向，驱动盐层中孔隙卤水的流动，并将对低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解，能够在不对盐层结构造成破坏的前提下实现对深部孔隙卤水及低品位钾矿的最大限度的开采。
附图说明
图1为本发明一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法实施例1输卤井和采卤渠的分布结构示意图。
其中：1、输卤井；2、采卤渠；3、输卤管道；4、采卤泵；K1、K2、K3、K4、固体矿；W1、W2、W3、W4、卤水钾矿层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法包括以下步骤：
1）输卤准备步骤 在所需开采矿层上开挖两口以上的输卤井和一条采卤渠，每口输卤井内分别设有溶剂注入管道；所述采卤渠位于输卤井下方，采卤渠两端分别通向位于地表的采卤池，采卤渠内设有一条输卤管道，输卤管道的两端也分别通向位于地表的采卤池；采卤渠中还设有两个以上的采卤泵，每个采卤泵均与采卤渠中的输卤管道相连接；
2）溶剂注入步骤 往输卤井的溶剂注入管道中注入溶剂，溶剂渗透入采矿层中，溶剂驱动盐层中的空隙卤水流动，低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解后，溶剂形成开采卤水并汇集于输卤井下方的采卤渠中；
3）开采承压卤水步骤 在上述过程中，由于渗透压的作用，位于采卤渠下方的承压卤水汇集于采卤渠中的开采卤水，被同时开采；
4）卤水收集步骤 采卤渠中的开采卤水由采卤泵通过输卤管道抽出，收集于输卤管道两端的采卤池中；
5）提钾步骤 所述采卤池中收集的开采卤水经提钾后，得到卤水尾液；将卤水尾液化学成分进行分析之后，重新配制成溶剂并将其通过输卤井内的溶剂注入管道注入所需的采矿层，继续进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采；
6）重复步骤2）到步骤5），循环进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。
所述步骤1）中的每口输卤井深5~50m，相邻输卤井间的间距为10~100m。
所述步骤1）中的采卤渠长度为10~1000m。
所述步骤1）中的输卤井为六口。
所述步骤2）中，第一次加入到溶剂注入管道中的溶剂组成：KCl-1.0～4.0%；MgCl2-22.0～26.0%；NaCl-1.0～3.0%；配制方法：盐田生产过程获得的老卤中混入一定量的淡水，使得淡水质量分数为17.5%~21.0%；从第二次起步骤2）加入到溶剂注入管道中的溶剂为提钾处理后的卤水尾液经回收后重新配制而成。
一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，其包括以下步骤：
1）在所需开采矿层上开挖两口以上的输卤井1和一条采卤渠2，所述每个输卤井1深为5~50m，相邻输卤井1间的间距为10~100m，每口输卤井1内分别设有溶剂注入管道；所述采卤渠2位于输卤井1下方，长度为100~1000m，采卤渠2两端分别位于地表的采卤池，采卤渠2内设有一条输卤管道3，输卤管道3的两端也分别位于地表的采卤池；采卤渠2中还设有两个以上的采卤泵4，每个采卤泵4均与采卤渠中的输卤管道3相连接；
2）往输卤井1的溶剂注入管道中注入溶剂，溶剂渗透入采矿层中，溶剂驱动盐层中的空隙卤水流动，并对低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解后，溶剂形成开采卤水并汇集于输卤井下方的采卤渠2中；
3)在上述过程中，由于渗透压的作用，位于采卤渠下方的承压卤水也可以汇集于采卤渠2中的开采卤水，被同时开采；
4）采卤渠2中的开采卤水由采卤泵4通过输卤管道3抽出，收集于输卤管道3两端的采卤池中；
5）所述采卤池中收集的开采卤水经提钾后，得到卤水尾液；将卤水尾液通过输卤井1内的溶剂注入管道注入所需的采矿层，继续进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采；
6）重复步骤2）到步骤5），循环进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。
所述步骤2）中，往输卤井1的溶剂注入管道中注入溶剂到开采矿层中，由于溶剂的溶解和压迫作用，溶剂将在矿层中兼具横向和纵向两个方向的流向，从而溶剂驱动盐层中孔隙卤水的流动，并对低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解；混合了空隙卤水并溶解有固体钾矿以及杂卤石矿的溶剂形成开采卤水，最终汇集于采卤渠2中；同时位于矿床深部的承压卤水也可以同时汇入采卤渠2中，最终同时实现对孔隙卤水、低品位固体钾矿以及承压卤水的开采。
实施例1
在探明某矿的地址构造后，发现该矿层结构完好无断裂，适用于该方法。前期勘探结果表明该矿为固液钾矿共存，固体矿自上而下分为K1、K2、K3、K4总共4个钾矿层，其中K3、K4矿层深埋15m左右，氯化钾品位2.1%；液体矿自上而下分为W1、W2、W3、W4总共4个卤水钾矿层，其中下部W3、W4矿层为承压水型。根据矿层结构特点，应用本方法对该矿进行开采，其输卤井1和采卤渠2的分布结构示意图如图1所示，具体实施步骤如下：
（1）开挖一组输卤井1和一条采卤渠2。其中输卤井1共6个，输卤井1的直径为1.2m、相邻输卤井1的间距50m、每口输卤井1深20m；采卤渠2长400m、截面积为1.8m2，位于输卤井1下方。在每口输卤井1中均设置一条溶剂注入管道；在采卤渠2中设置一条输卤管道3，该输卤管道3两端分别通向位于地表的采卤池；采卤渠2中设置11个采卤泵4，每个采卤泵4间距30m且均与采卤渠2中的输卤管道3相接。
（2）配制溶采溶剂，溶剂配方为KCl-1.2%；MgCl2-24.0%;NaCl-1.5%，并将溶剂通过注入管道注入到开采矿层中。由于溶剂的溶解和压迫作用，溶剂将在矿层中兼具横向和纵向两个方向的流向，溶剂驱动盐层中的空隙卤水流动，并对低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解，然后溶剂形成开采卤水并汇集于输卤井1下方的采卤渠2中。
（3）在上述过程中，由于渗透压的作用，位于采卤渠下方的承压卤水也可以汇集于采卤渠2中的开采卤水，被同时开采；
（4）保持约48小时之后，开启采卤泵4开始采卤，采卤渠2中的开采卤水由采卤泵4通过输卤管道3抽出，并将开采卤水汇集到地表采卤池中。经分析开采得卤水氯化钾品位含量为2.21%。
(5）所述采卤池中收集的开采卤水经提钾后，得到卤水尾液；将卤水尾液通过输卤井1内的溶剂注入管道注入所需的采矿层，继续进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。
(6）重复步骤(2）到步骤(5），循环进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。
Claims (5)
1.一种深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，其特征在于：所述开采方法包括以下步骤：
1）输卤准备步骤 在所需开采矿层上开挖两口以上的输卤井和一条采卤渠，每口输卤井内分别设有溶剂注入管道；所述采卤渠位于输卤井下方，采卤渠两端分别通向位于地表的采卤池，采卤渠内设有一条输卤管道，输卤管道的两端也分别通向位于地表的采卤池；采卤渠中还设有两个以上的采卤泵，每个采卤泵均与采卤渠中的输卤管道相连接；
2）溶剂注入步骤 往输卤井的溶剂注入管道中注入溶剂，溶剂渗透入采矿层中，溶剂驱动盐层中的空隙卤水流动，低品位固体钾矿以及杂卤石矿充分溶解后，溶剂形成开采卤水并汇集于输卤井下方的采卤渠中；
3）开采承压卤水步骤 在上述过程中，由于渗透压的作用，位于采卤渠下方的承压卤水汇集于采卤渠中的开采卤水，被同时开采；
4）卤水收集步骤 采卤渠中的开采卤水由采卤泵通过输卤管道抽出，收集于输卤管道两端的采卤池中；
5）提钾步骤 所述采卤池中收集的开采卤水经提钾后，得到卤水尾液；将卤水尾液化学成分进行分析之后，重新配制成溶剂并将其通过输卤井内的溶剂注入管道注入所需的采矿层，继续进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采；
6）重复步骤2）到步骤5），循环进行深部空隙卤水及低品位固体钾矿的开采。
2.根据权利要求1所述的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，其特征在于：所述步骤1）中的每口输卤井深5~50m，相邻输卤井间的间距为10~100m。
3.根据权利要求1所述的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，其特征在于：所述步骤1）中的采卤渠长度为10~1000m。
4.根据权利要求1所述的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，其特征在于：所述步骤1）中的输卤井为六口。
5.根据权利要求1所述的深部孔隙卤水及低品位固体钾矿的开采方法，其特征在于：所述步骤2）中，第一次加入到溶剂注入管道中的溶剂组成：KCl-1.0～4.0%；MgCl2-22.0～26.0%；NaCl-1.0～3.0%；配制方法：盐田生产过程获得的老卤中混入一定量的淡水，使得淡水质量分数为17.5%~21.0%；从第二次起步骤2）加入到溶剂注入管道中的溶剂为提钾处理后的卤水尾液经回收后重新配制而成。
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