DE1483767C3 - Verfahren zum heissen Aussolen und Raffinieren von Salz mineralien aus tiefliegenden, durch Calciumsulfat verunreinigten Steinsalzlagerstätten - Google Patents

Description

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durch eine wärmeisolierende Schicht gegenüber dem werden kann, sind aus der USA.-Patentschrift Gebirge so abgeschirmt ist, daß die zutage geförderte 3 174 549 bekannt. Die Bohrungen können aber auch Lauge eine Temperatur von mindestens etwa 100° C über ihre ganze Länge senkrecht und parallel zueinhat und daß die Lauge unter Tage unter einem höhe- ander geführt und später durch Kanäle miteinander ren als dem atmosphärischen Druck gehalten wird. 5 verbunden werden, wie es in der USA.-Patentschrift

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der Erfin- 3 064 957 erläutert wird. Auf jeden Fall kommunidung die zutage geförderte Natriumchloridlösung ab- zieren die Bohrungen miteinander an ihren tiefsten gekühlt und entspannt, so daß maß Natriumchlorid, Enden, so daß das Lösungsmittel durch die eine Dampf und eine gesättigte Mutterlauge gewinnt, wo- Bohrung 12 abwärts gepumpt und die zutage geförbei Abdampf von der Kristallisieranlage durch eine io derte Lauge durch die andere Bohrung 14 in die über Ummantelung des in dem Förderbohrloch befindli- Tage befindliche Anlage gefördert werden kann. Es chen Rohres zum Warmhalten mit der durch dieses ist bekannt, daß sich in diesem Falle in der Steinsalz-Rohr aufsteigenden Natriumchloridlösung abwärts lagerstätte ein Lösungshohlraum bildet, wie er in gepumpt wird. F i g. 1 bei 2 dargestellt ist. Aus diesem Lösungshohl-

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, 15 raum kann die Steinsalzlauge kontinuierlich zu der tiefliegende Steinsalzlagerstätten in wirtschaftlicher über Tage befindlichen Anlage 18 gepumpt werden. Weise gleichzeitig als Wärmequelle und als Quelle Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß

für die Gewinnung des gereinigten Steinsalzes auszu- von dem ungeheuren Wärmevorrat Gebrauch genutzen, so daß bei den Gesamtverfahrenskosten er- macht wird, der in großen Teufen in der Erdkruste hebliche Einsparungen möglich sind. 20 zur Verfügung steht, und zwar nicht nur für das Ein-

Besonders vorteilhaft beim erfindungsgemäßen dampfen der Salzsole über Tage, sondern auch zum Verfahren ist es auch, daß durch das Löseverhalten Erhitzen des Lösungsmittels (das aus der Muttervon Natriumchlorid und Calciumsulfat bei der in der lauge des Verdampfungsvorganges und gegebenentiefliegenden Steinsalzlagerstätte vorherrschenden falls frischem Lösungsmittel besteht), wenn dieses Temperatur von mindestens etwa 100° C sich prak- 25 durch das Futterrohr 12 in den Lösungshohlraum tisch nur das Steinsalz auflöst, während sich das CaI- eingepreßt wird, so daß das Lösungsmittel dem Löciumsulfat am Boden des Lösungshohlraumes ab- sungshohlraum in ungesättigtem Zustande zugeführt setzt. Dadurch kann man die Feinreinigung des wird. Durch Umlaufenlassen dieses ungesättigten Lö-Steinsalzes über Tage sehr vereinfachen. sungsmittelgemisches unter den nachstehend be-

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf 30 schriebenen, gesteuerten Bedingungen gemäß der Erdie Zeichnung Bezug genommen. findung durch den Lösungshohlraum und von dort

F i g. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt zurück zur Erdoberfläche und durch die Salzgewindurch eine geologische Formation, die einen typi- nungsanlage bildet die Salzlagerstätte selbst gleichsehen Salzdom beim Abbau unter gleichzeitiger Raf- zeitig die Quelle für das rohe Mineral und die Wärfination des ausgesolten Produktes gemäß der Erfin- 35 mequelle für das Reinigungsverfahren. Wenn die Andung zeigt; lage eingerichtet ist und das Verfahren unter den er-

F i g. 2 zeigt im vergrößertem Maßstabe eine sehe- fmdungsgemäßen Bedingungen durchgeführt wird, matische Darstellung der über Tage befindlichen bleibt die auf diese Weise gewonnene Wärme erhal-Anlage gemäß Fig. 1; ten und wird ausgenutzt, wobei die Abführung von

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung einer an- 40 Wärme aus der Salzlagerstätte sich von selbst durch deren Form einer über Tage befindlichen Anlage, die die ständige Wärmeleitung aus den umgebenden geoin einigen Fällen bei dem erfindungsgemäßen Ver- logischen Formationen ausgleicht,
fahren verwendet werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist die die

Es ist bekannt, daß Salzdome sich unter der Erd- Sole fördernde Verrohrung als Dreifachverrohrung oberfläche in bisher noch unbekannte Tiefen erstrek- 45 dargestellt, die aus den konzentrischen Rohren 20, ken und daß die Temperatur unter der Erde mit der 22 und 24 besteht; man kann jedoch auch beliebige Tiefe ansteigt, wobei Salzdome in Tiefen von etwa andere Verrohrungen anwenden. In jedem Falle ist 2400 m Temperaturen von etwa 115° C haben. das (innere) Hauptrohr 20, durch das die Sole über

In F i g. 1 wird der Salzdom 1 von den beiden Tage gefördert wird, bis zu der Ausflußstelle der senkrechten Bohrungen 12 und 14 geschnitten. 50 Sole in die Verdampfungsvorrichtung der Salzgewin-Die Bohrungen werden in bekannter Weise ver- nungsanlage wärmeisoliert. Auf diese Weise wird die röhrt. Die Bohrung 14 kann vorzugsweise mit einer aus dem Lösungshohlraum kommende aufgeheizte Verrohrung versehen werden, die aus drei konzentri- gesättigte Sole bis zu ihrem Austritt in den Verdampschen Rohren besteht. Die Bohrungen werden so weit fer unter maximalem Druck und bei maximaler Temin die Steinsalzlagerstätte vorgetrieben, daß ihre un- 55 peratur gehalten, wodurch auch das vorzeitige Austeren Enden in die Salzlagerstätte eindringen und kristallisieren von Feststoffen in der Leitung verhinsich in einem gewissen Abstand voneinander, z. B. in dert wird.

einem Abstand von 60 m, befinden. Um den Flüssig- Die Isolierung der Soleleitung 20 kann in beliebi-

keitsumlauf durch das System zu ermöglichen, wird ger Weise erfolgen, z.B. durch Umhüllen der Leidas Salz zwischen den Enden der Bohrungen in an 60 tung mit einem Wärmeisoliermaterial oder durch sich bekannter Weise zerbrochen oder mit Kanälen Einschließen der Leitung in eine weitere Leitung 22 versehen. Beispielsweise kann — wie in F i g. 1 ge- und Ausfüllen des Ringraumes zwischen den beiden zeigt wird — eine der beiden Bohrungen von ihrer Leitungen mit einem Wärmeisolierstoff, einem toten parallelen Richtung mit der anderen Bohrung abge- Luftraum oder ein Vakuum. Wenn die Reinigungswinkelt sein, wie es bei 16 dargestellt ist, so daß sie 65 anlage, wie in Fig. 1 und2 dargestellt, einen gedie andere Bohrung in der Teufe, in welche die Ge- schlossenen Kreislauf bildet, kann der Abdampf von birgstemperatur mindestens etwa 100⁰C beträgt, dem Verdampfer 3 mittels der Vakuumpumpe 4 schneidet. Verfahren, nach denen dies durchgeführt durch die Leitung 22 in Wärmeaustausch mit der

durch die Leitung 20 aufwärts strömenden Sole abwärts gepumpt werden, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Wenn die aufwärts strömende Sole indirekt durch Dampf erhitzt wird (F i g. 2), kann es vorteilhaft sein, eine Druckentlastungsvorrichtung für das unterirdische System vorzusehen, und dies kann, wie ebenfalls in F i g. 2 dargestellt, durch ein drittes Rohr 24 erfolgen. Man beachte, daß das obere Ende des Entlüftungrohres 24 zur Atmosphäre hin offen ist. In diesem Falle sind die beiden äußeren Rohre 22 und 24 vorzugsweise an ihren unteren Enden geschlossen (kommunizieren aber an dieser Stelle miteinander), während das innere oder mittlere Rohr 20 an seinem Unterende offen ist und mit dem Lösungshohlraum 2 in Verbindung steht.

Die aus der Raffinieranlage abströmende Mutterlauge, die in die Bohrung 12 zurückgepumpt wird, ist bei der Einpreßtemperatur mit Natriumchlorid gesättigt (ausgenommen, wenn etwaige Verdampfungsverluste den Zusatz von Ergänzungslösungsmittel erforderlich machen, welches bei einer etwas niedrigeren Temperatur zugeführt werden kann). Wenn diese Sole durch das unisolierte Rohr 12 in Wärmeaustausch mit demselben abwärts strömt, wird sie z. B. von einer Einpreßtemperatur von etwa 32° C bis zu ihrem Durchgang durch den Lösungshohlraum auf eine Temperatur in der Größenordnung von 104° C erhitzt, wobei angenommen wird, daß die Temperatur des den Lösungshohlraum umgebenden Gesteins etwa 115° C beträgt. Da die Solesteigleitung 20 wärmeisoliert ist, kann die Temperatur der Sole, wenn sie den Verdampfer erreicht, unter Zugrundelegung eines ausreichenden Wirkungsgrades der Wärmeisolierung etwa 102° C betragen.

Da die über Tage geförderte Steinsalzlauge schon praktisch von Calciumsulfat befreit ist, kann die Raffinieranlage sehr einfach gehalten werden, z. B. so wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. In diesem Falle wird die überhitzte gesättigte Salzsole aus der Solesteigleitung 20 einfach in einen offenen Bottich oder eine offene Pfanne 5 ausgesprüht, wobei die gleichzeitig eintretende Verminderung von Druck und Temperatur zur Verdampfung eines Teils des Wassers und

ao zum Absetzen von festem Salz führt. Die das feste Salz mitführende Sole wird dann in die Kühlpfanne 6 überführt, wo das reine Salz auskristallisiert und mit Hilfe von Rechen 30 gewonnen werden kann. Ähnliche Rechen 32 können auch angewandt werden, um das bereits in der Verdampferpfanne 5 ausgefallene Salz daraus zu entfernen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kommt noch ein weiterer Vorteil zur Geltung, der darin liegt, daß bei den hohen konstanten Drücken und Temperaturen in den großen Teufen, die durch das Solen entstehende Hohlräume dazu neigen, sich selbst wieder zu schließen. So wurde festgestellt, daß eine Säule aus gewöhnlichem Steinsalz, wenn sie bei 100° C einem Druck von 420 kg/cm² ausgesetzt wird, plastisch fließt und sich in 100 Stunden auf 50 % ihrer ursprünglichen Höhe verdichtet. Nimmt man also an, daß sich ursprünglich ein Lösungshohlraum in einer Tiefe von etwa 2440 m bildet, so führt die Form dieses Hohlraums sofort zur Ausbildung von Spannungskonzentrationen in dem Material der Hohlraumwand über die normalen Belastungskräfte hinaus, wodurch ein ständiger plastischer Fluß des zu lösenden Salzes zu der Stelle hin zustande kommt, wo die Lösung erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 beschickung aufrechtzuerhalten. Anderenfalls würde Patentansprüche: der Hohlraum sich allmählich zu stark abkühlen. In dem Aufsatz »Kalisalzgewinnung durch gelenk-

1. Verfahren zum heißen Aussolen und zur tes Aussolen« in Bergakademie, 17. Jahrgang, Teilraffination von Salzmineralien aus tief liegen- 5 Heft 11, Nov. 1965, S. 664 bis 670, wird über das den Salzlagerstätten,^; in die jeweils zwei zusam- Aussolen von Kalilagern aus Teufen von mehr als mengehörige Bohrlöcher niedergebracht sind, die 1500 m berichtet. Dabei arbeitet man bei der Tempein ihrem Tiefsten miteinander verbunden sind ratur, die etwa der Gebirgswärme des Kalilagers ent- und von denen das eine zum Zuführen einer wäß- spricht. Die dabei gewonnene heiße Lösung wird rigen Löselauge in die Lagerstätte dient und das io dann über Tage abgekühlt und das dabei ausgeschieandere zum Abführen der mit gelöstem Salz an- dene Kalisalz gewonnen und gegebenenfalls nachgegereicherten auf Lagerstättentemperatur befindli- reinigt. Auch bei diesem Verfahren wird, wie aus chen Lauge verwendet wird, aus der über Tage Bild 2 auf S. 665 in dem Löseschema für die Aussodurch Abkühlen ein Teil des Salzes herausgewon- lung von Sylvinit in 1000 m Teufe hervorgeht, die nen wird, worauf die wäßrige Löselauge erneut in 15 Löselauge auf die in dem Solraum vorhandene Temden Kreislauf eingespeist wird, dadurch ge- peratur vorgewärmt. Die beim Lösen des Sylvinits kennzeichnet, daß zur Gewinnung von verbrauchte Wärme wird somit durch eine über Tage Steinsalz durch Calciumsulfat verunreinigte Stein- vorgenommene Vorwärmung der Löselauge ausgeglisalzlagerstätten herangezogen werden, die so tief chen.

liegen, daß die Gebirgstemperatur mindestens ao Das Löseverhalten von Natriumchlorid einerseits etwa 100° C beträgt, wobei das eine Bohrloch (12) und Calciumsulfat andererseits wird durch eine Erzürn Zuführen der über Tage nicht vorgeheiz- höhung der Temperatur nur verhältnismäßig geringten Löselauge mit einer Rohrleitung ausgekleidet fügig geändert. Es ist bekannt, daß Calciumsulfat bei ist, die zumindest mit ihrem unteren Bereich Temperaturen um 100° C in Wasser weniger löslich gut wärmeleitend an das Gebirge angeschlossen 25 ist als bei niedrigeren Temperaturen,
ist, und das andere Bohrloch (14) zum Abführen Aufgabe der Erfindung ist es, aus tiefliegenden der aufgeheizten Lauge eine Rohrleitung auf- Steinsalzlagerstätten, die durch Calciumsulfat verunweist, die durch eine wärmeisolierende Schicht reinigt sind, durch heißes Aussolen gereinigtes Steingegenüber dem Gebirge so abgeschirmt ist, daß salz zu gewinnen. Eine weitere Aufgabe der Erdie zutage geförderte Lauge eine Temperatur 30 findung ist darin zu sehen, daß solche Steinsalzlagervon mindestens etwa 100° C hat und daß die statten zur Gewinnung des gereinigten Steinsalzes Lauge unter Tage unter einem höheren als dem herangezogen werden, die so tief liegen, daß dort atmosphärischen Druck gehalten wird. eine Gebirgstemperatur von mindestens etwa 100° C

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- vorliegt. Ziel der Erfindung ist es, die Aussolung bei kennzeichnet, daß durch Abkühlen und Entspan- 35 diesen Teufen mit einer Löselauge vorzunehmen, die nen der Natriumchloridlösung über Tage Natri- nicht über Tage vorgeheizt werden muß, d. h., daß umchlorid, Dampf und eine gesättigte Mutter- die in großen Teufen vorherrschende Wärme allein lauge gewonnen werden, wobei Abdampf von der herangezogen wird zum Lösen des Salzes und zur Kristallisieranlage durch eine Ummantelung des Kompensation der beim Auflösen des Salzes verin dem Förderbohrloch befindlichen Rohres zum 40 brauchten V/ärme. Ein weiteres Ziel der Erfindung Warmhalten mit der durch dieses Rohr aufstei- ist es, die unter Tage auf eine Temperatur von mingenden Natriumchloridlösung abwärts gepumpt destens etwa 100° C aufgeheizte Lauge ohne wesentwird. liehen Temperaturverlust zutage zu fördern, um bei

der Salzausscheidung über Tage ohne Fremdwärme-

45 zufuhr auszukommen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum heißen Aussolen und zur Teilraffination von Salz-Natriumchlorid, das mit Calciumsulfat verunrei- mineralien aus tiefliegenden Salzlagerstätten, in die nigt ist, kann bergmännisch gewonnen werden. Die- jeweils zwei zusammengehörige Bohrlöcher niedergeses durch Abbau gewonnene Steinsalz enthält im all- 5° bracht sind, die in ihrem Tiefsten miteinander vergemeinen etwa 90 bis 98 % Natriumchlorid, wobei bunden sind und von denen das eine zum Zuführen der Rest Verunreinigungen, insbesondere Calcium- einer wäßrigen Löselauge in die Lagerstätte dient sulfat, sind. Zur Entfernung dieser Verunreinigungen und das andere zum Abführen der mit gelöstem Salz muß das Steinsalz raffiniert werden, indem man es angereicherten auf Lagerstättentemperatur befindliauflöst und dann aus den erhaltenen Lösungen das 55 chen Lauge verwendet wird, aus der über Tage durch reine Salz gewinnt. Abkühlen ein Teil des Salzes herausgewonnen wird,

Es ist auch bekannt, Salzmineralien aus tiefliegen- worauf die wäßrige Löselauge erneut in den Kreisden Salzlagerstätten durch heißes Aussolen zu gewin- lauf eingespeist wird, das dadurch gekennzeichnet ist, nen. So wird in der deutschen Auslegeschrift daß zur Gewinnung von Steinsalz durch Calciumsul-890 die Gewinnung von Kaliumchlorid aus un- ^6o fat verunreinigte Steinsalzlagerstätten herangezogen terirdischen Lagern beschrieben, indem man Wasser werden, die so tief liegen, daß die Gebirgstemperatur oder eine verdünnte wäßrige Sole in einen Hohlraum mindestens etwa 100⁰C beträgt, wobei das eine eines unterirdischen Rohsalzlagers einleitet und die Bohrloch (12) zum Zuführen der über Tage nicht entstehende Sole dann aus der unterirdischen Höh- vorgeheizten Löselauge mit einer Rohrleitung ausgelung herauspiimpt. Wegen des beim Lösen von Kali- ⁶5 kleidet ist, die zumindest mit ihrem unteren Bereich umchlorid verbundenen Wärmeverbrauches ist es da- gut wärmeleitend an das Gebirge angeschlossen ist, bei erforderlich, die für die Lösung in dem Hohlraum und das andere Bohrloch (14) zum Abführen der benötigte Temperatur durch Erhitzen der Bohrloch- aufgeheizten Lauge eine Rohrleitung aufweist, die