DE3002757C2 - Verfahren zum Lösen von Kaliumchlorid aus einer unterirdischen Lagerstätte - Google Patents

Verfahren zum Lösen von Kaliumchlorid aus einer unterirdischen Lagerstätte

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DE3002757C2
DE3002757C2 DE3002757A DE3002757A DE3002757C2 DE 3002757 C2 DE3002757 C2 DE 3002757C2 DE 3002757 A DE3002757 A DE 3002757A DE 3002757 A DE3002757 A DE 3002757A DE 3002757 C2 DE3002757 C2 DE 3002757C2
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Description

(a) der Lösungsabbau der Bruchstücke zunächst bei einer ersten Temperatur vorgenommen und die Abbaugeschwindigkeit bei dieser Temperatur bestimmt wird,
(b) die höchstmögliche Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der eingestellten Temperatur erreichbar ist, ermittelt wird anhand der für die Abbaugeschwindigkeit bei der ersten Temperatur kalkulierten Oberfläche der Bruchstücke,
(c) die Temperatur der im Hohlraum befindlichen Lösung sodann auf einen Wert eingestellt wird, der nahe der ermittelten höchstmöglichen Temperatur liegt,
(d) der Lösungsabbau des Minerals nahe der eingestellten Temperatur durchgeführt wird und
(e) die Lösung aus dem Hohlraum mit einer annähernd gleichbleibenden Zusammensetzung bei der eingestellten Temperatur zur Erdoberfläche hin abgezogen wir-!.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Lösung im r> Hohlraum bis auf 150C oder näher der Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflösegeschwindigkeit erreicht wird, annähert.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Lösung im Hohlraum bis auf 100C oder näher der höchsten Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Auflösegeschwindigkeit erreicht wird, annähen.
4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Lösung im Hohlraum bis auf 5°C oder näher der höchsten Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei Auflösegeschwindigkeit erreicht wird, annähen.
5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Analyse der Konzentrationsabhängigkeit der Hohlraumlösung die Abbaugeschwindigkeit bei der höheren Temperatur bestimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) in den Hohlraum zusätzliches Mineral hereingebrochen wird,
(b) der Lösungsabbau dieser Bruchstücke zunächst bei einer zweiten Temperatur vorgenommen und die Abbaugeschwindigkeit bei dieser zweiten Temperatur bestimmt wird,
(c) die Temperatur der im Hohlraum befindlichen Lösung sodann auf einen Wert eingestellt wird, der nahe der höchstmöglichen Temperatur liegt, welche ermittelt wurde anhand der für die Abbaugeschwindigkeit bei der zweiten Temperatur kalkulierten Oberfläche der Bruchstücke, bei welcher eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der der eingestellten Temperatur entsprechenden Auflösegeschwindigkeit erreichbar ist,
(d) der Lösungsabbau des Minerals nahe der eingestellten Temperatur durchgeführt wird und
(e) die Lösung aus dem Hohlraum mit annähernd gleichbleibender Zusammensetzung bei der eingestellten Temperatur zur Erdoberfläche hin abgezogen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur mit der natürlichen Lagerstättentemperatur übereinstimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurcii gekennzeichnet, daß der Lösungsabbau bei der ersten Temperatur für eine Zeit erfolgt, die ausreichend ist, um 20% Volumenminderüng zu erzeugen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur durch Einführen von Dampf in den Hohlraum einstellt
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LösungsabbazÄgeschwindigkeit mindestens 90 n^/Stunde beträgt.
11. Anwendung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 — 10 auf Hohlräume, die mehr als 925 m tief unter der Erdoberfläche liegen.
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.
KCI ist in mineralischen Lagerstätten im allgemeinen unmittelbar zusammen mit NaCI vorhanden. Oft existiert das KCI als Mischung ode, in Kombination mit NaCI in Form von KCI-reichen Schichten (diese enthalten 15—60% KCl bezogen auf das Gesamtgewicht von KCI und NaCI in der Schicht) oder einer Vielzahl derartiger Ablagerungen, die unmittelbar über oder unterhalb anderer, wenig KCI enthaltender Schichten (weniger als 15 Gewichtsprozent KCI) angeordnet sind. Diese Zwischenschichten können aber auch keinen wesentlichen Anteil an KCI aufweisen und/oder hauptsächlich aus NaCI bestehen. Die Schichten können gefaltet sein. Domform oder andere Formen aufweisen und können unterschiedliche Anteile anderer Mineralien, wie z. B. Ton, Kalzium und Magnesiumsulfat als auch Erdalkalichloride u.dgl. enthalten.
Derartige Lagerstätten findet man überall in Tiefen zwischen 700 und etwa 1800 m oder noch tiefer. Derartige Lagerstätten gibt es in Neu-Mexiko, Utah, den Nordamerikanischen Staaten und Kanada, ebenso in anderen Teilen der Welt.
Es besteht ein wirtschaftliches Interesse, das KCI aus derartigen unterirdischen Lagerstätten zu gewinnen. Es wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um das KCI durch Extraktionen mittels Wasser zu gewinnen. Entsprechend wurde eine Bohrung durch die KCI-reiche Schicht oder die Lagerstätte niedergebracht bis unterhalb in Bereiche mit niedrigem KCI-Gehalt. beispielsweise unter 15 Gewichtsprozent bezogen auf Gesamtmenge NaCI/KCI, oder in im wesentlichen KCI-freie Bereiche, in denen der NaCI-Gehalt ver-
gleichsweise hoch ist. Wasser oder eine bezüglich NaCI ungesättigte Lösung wurde durch ein Rohr oder neben dem Rohr in die Bohrung eingeleitet und unter Auflösen der KCI-armen, NaCI-reichen Schicht ein Hohlraum gebildet. Dieses Verfahren ist von der NaCI-Gewinnung durch Lösungsabbau aus unterirdischen Lagerstätten gut bekannt.
In GB-PS 6 86 932 ist beschrieben, daß man mehr KCl extrahieren kan.", wenn man ein Lösungsmittel verwendet, das mehr KCl als NaCI auflöst. Ein solches Lösungsmittel ist auf 40° — 70°C erwärmte Mutterlauge, die beim Auskristallisieren von KCI aus gewonnener Sole anfällt.
Nach einer anderen Arbeitsweise werden zwei Hohlräume durch Auflösen gebildet und durch seitliches Zusammenwachsen miteinander verbunden. Anschließend wird die Decke des Hohlraumes nach oben abgebaut durch die KCl-reiche Schicht In anderen Fällen wurden zwei Bohrungen durch die KCl-reiche Schicht oder Lagerstätte bis in Bereiche mit niedrigen KCI-Gchalten niedergebracht und eine Verbindung zwischen den Bohrungen durch Brechen mittels hydraulischen Druckes hergestellt Wieder erfolgt dann das Brechen nach oben durch die KCl-reiche Schicht
Zum Stand der Technik gehören auch noch andere Verfahren. In all diesen Fällen wird ein großer Hohlraum, am besten durch Zirkulieren von Wasser oder Sole durch die Bohrung und Abziehen der NaCI-reichen und KCI-armen Lösung durch eine zweite Bohrung, erzeugt Bei vielen dieser Verfahren wird KCI in einem solchen Verhältnis abgebaut das-näherungsweise dem Verhältnis des Auftretens in der Lagerstätte entspricht.
In US-PS 32 84 137 ist ein Verfahren zum Lösungsabbau unterirdischer Lagerstätten beschrieben, bei dem das wäßrige Lösungsmittel mittels eines im unterirdischen Hohlräume angeordneten Brenners erwärmt wird, so daß sich zusätzliches Mineral auflöst, dessen Löslichkeit mit der Temperatur ansteigt. Die Verbrennungsgase werden zum Fördern der Sole verwendet.
Nach dem aus US-PS 32 78 234 bekannten Verfahren des Lösungsabbaues ist es wirtschaftlich, beim Lösen von Kalium und NaCI aus einer Lagerstätte eine wäßrige Lösung zu bilden, die beide Salze in höherer Konzentration enthält, indem man das Lösungsmittel wärmer ha',; als den Ausfluß und wobei man die Temperatur innerhalb etwa 15° C Abweichung von der natürlichen ungestörten Lagerstättentemperatur hält und auf diese Weise unerwünschtes Abkühlen der Hohlraumlösung vermeidet. In dieser Patentschrift ist außerdem beschrieben, daß in Teufen unter etwa 700 m bis 900 m d.e Ausflußtemperatur innerhalb etwa 5°C und vorzugsweise 3° C Abweichung von der natürlichen Lagerstättentemperatur gehalten wird.
Aus DE-AS 12 29 941 bzw. der korrespondierenden US-PS 31 48 000 ist ein Verfahren zum Lösungsabbau unterirdischer Salzlagerstätten bekannt, bei dem zunächst ein Hohlraum durch Auslaugen hergestellt und dann durch Verminderung des Wasserdruckes ein Hereinbrechen der Decke des Hohlraumes bewirkt wird, so daß sich das Deckgestein in Form kleiner Teilchen auf dem Boden des Hohlraumes sammelt. Das Herabbrechen wird durch Erhöhen des Wasserdruckes unterbrochen. Durch die Oberflächenvergrößerung dfs Minerals ist es möglich, eine stärker KCI-haltige Sole zu gewinnen, als man sie nach den bekannten Verfahren aus dem Lagerstättenvf r!<iältnis von NaCl und KCI erwarten konnte.
In gleicher Weise kann Gesteinsschutt im Zentrum des Hohlraumes gebildet werden, durch Niederbringen einer Bohrung bis unmittelbar oberhalb der Decke des Hohlraumes und Ausüben eines hydraulischen Druckes auf die Hohlraumdecke, so daß diese in den Hohlraum fällt. Dies ist in US-PS 29 19 909 beschrieben. Auf diese Weise werden große Oberflächen von KCl-reichem Gestein innerhalb des Hohlraumes geschaffen. Auf diese Weise ist das Verhältnis an KCl, das aus dem
ίο Hohlraum gewonnen wird, größer als der Anteil dieses Minerals in der Lagerstätte.
Wenn Wasser als Lösungsmittel verwendet und ein großer Hohlraum entsprechend den vorstehend beschriebenen Verfahren gebildet wird, löst sich das KCl
is in dem Verhältnis auf, in dem es in der Lagerstätte vorhanden ist, beispielsweise etwa 30 Gewichtsprozent KCI.
Beim Verfahren des Zerkleinerungsabbaues werden Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzungen erreicht, wenn bei Lagerstattentemp-vatur gearbeitet wird. Beispielsweise erhält man eine Losung, in der das Verhältnis größer ist, als das Auftreten in der Lagerstätte, beispielsweise größer als das Lagerstättenverhältnis von 30Gew.-% KCl. Unter gleichmäSiger Zusammensetzung wird eine Lösung verstanden, die gesättigt ist bezüglich KCI und NaCl bei einer gegebenen Temperatur und wobei das Verhältnis der beiden Stoffe durch die Anwesenheit anderer Metallionen, beispielsweise Magnesium oder Kakium verändert wird.
Bei dem in US-PS 32 62 741 beschriebenen Verfahren wird eine Lösung in einem neuen Hohlraum erzeugt, die relativ gesättigt bezüglich NaCI, aber relativ ungesättigt bezüglich KCI ist und dann in einen voll entwickelten Hohlraum eingespeist Diese Lösung verbleibt darin solange, bis eine gleichbleibende Zusammensetzung bei der Lagerstättentemperatur erreicht wird. Die Verweilzeit für die relativ ungesättigte Lösung wird reduziert durch Einspeisen der relativ ungesättigten Lösung, wie sie aus einem neuen Hohlraum stammt, in einen Hohiraum, der bereits abgebaut wird. Aber der mittlere Durchfluß durch einen Hohlraum, der in dieser Weise abgebaut wird, ist sehr viel kleiner als es der mittlere Durchmesser der Röhren zulassen würde, beispielsweise kleiner als etwa 90 m3 pro Stunde.
All diese bekannten Methoden enthalten jedoch keinen Hinweis, daß man eine gleichbleibende Zusammensetzung der Hohlraumlösung bei erhöhter Temperatur, insbesondere oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperatur erhalten kann. Im Gegenteil lehrt der Stand der Technik, daß Lösungsabbau am besten funktioniert, wenn man beim Abbau mit der Lösungstemperatur so nahe als möglich an der natürlichen Lagerstättentemperatur bleibt.
Aufgabe der Erfindung ist es. die Geschwindigkeit des Abbaues von unterirdischen Lagerstätten durch Auflösen zu erhöhen, jedoch dabei Lösungen gleichbleibender Zusammensetzung zu gewinnen, in denen der KCl-Gehalt möglicl Jt hoch ist.
μ Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Verfahrensführungen beschrieben.
Es wurde gefunden, daß man KCI durch Lösungsab-
"■j bau aus unterirdische., Minerallagerstätten, die KCI und NaCI enthalten, bei Temperaturen, die höher sind als die natürliche Lagerstättentemperatur, gewinnen kann, wenn das lagernde Mineral in gebrochener Form im
Hohlraum vorliegt und eine große Berührungsoberfläche aufweist. Dabei wird eine gleichbleibende Zusammensetzung der Hohlraumlösung erreicht bei höchsten Temperaturen und vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperaiur, wenn > zugleich beträchtliche Pumpgeschwindigkeiten zur Anwendung kommen, beispielsweise etwa 90 m3 pro Stunde oder höher. Es wurde gefunden, daß solange große Oberflächen vorhanden sind, beispielsweise wenn die Lagerstätte gebrochen wurde, eine gleichmäßige m Zusammensetzung der Sole bei Temperaturen erreicht werden kann, die höher liegen als die natürliche Lagerstättentemperatur.
Es wurde festgestellt, daß etne erwärmte Lösung keine großen Anteile an Wärme an die umgebende ι > Lagerstätte verliert, wenn sich im Hohlraum ein großer Anteil an gebrochenem Mineral befindet. Es wurde ebenso festgestellt, daß man durch Einstellen der Temperatur der Hohlraumlösung aul die höchste Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammenset- :n 7iing gerade noch erreichbar ist, den effektivsten Abbau von KCI erreicht und wobei die meiste Zeit ein wesentlicher Anstieg des Anteiles an KCI verbunden ist. In allen Fällen ist die zusätzlich gewonnene KCI-Menge groß genug, um die irreversiblen Hitzeverluste in die r< Lagerstätte zu kompensieren. Die Ausflußlösung ist nahezu 100% gesättigt bezüglich NaCI und mindestens su 80% gesättigt bezüglich KCI. Der Sättigungsgrad der abgezogenen Sole beträgt vorzugsweise 90% bezüglich KCI, ganz besonders bevorzugt 95% bezüglich KCI bei so Temperaturen von mind. 5°C oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperatur Vorzugsweise arbeitet man mindestens 100C oberhalb der natürlichen Lagerstättentemperatur, wenn der Hohlraum weniger als 925 m unterhalb der Oberfläche liegt. i ■>
Ganz besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung bei einer Temperatur von mindestens 5°C oberhalb der natürlichen Lagersüättentemperatur, wenn der Hohlraum in der Lagerstätte tiefer als etwa 925 m unterhalb der Erdoberfläche liegt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher und besser verständlich durch eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
A b b. I ist ein Diagramm, das die Löslichkeiten eines 4 > KCI-Na-CI-Wasser-Systems zeigt. Die Lösungsverhältnisse werden für 50° und 80° C durch die Lösungsisothermen für KCI und NaCI, gelöst in Wasser wiedergegeben. A b b. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen unterirdischen Hohlraum beim Lösungsabbau, während ">» der Hohlraum gebrochenes Mineral enthält.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird KCI aus einem unterirdischen Hohlraum in einer Minerallagerstätte gewonnen, die KCI und NaCl enthält, bei dem das Gestein gebrochen wurde, um eine große Berührungsoberfläche zu schaffen. Bei dieser Verfahrensführung wird die Hohlraumlösung bei einer bestimmten Temperatur gehalten, die in der Nähe der höchsten Temperatur liegt, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei einer bestimmten Auflösegeschwindig- t>o keit erreicht wird.
F i g. 2 zeigt einen Hohlraum 1.0 in einer KCl-reichen Lagerstätte 6, bei der Mineral 5 vom Dach 9 heruntergebrochen ist Der Hohlraum 10 hat eine natürliche Lagerstättentemperatur von 50"C und *ί befindet sich in einer Tiefe von etwa 1500 m unterhalb der Erdoberfläche. Geröll 5 vom Hängenden 9 kann unbeabsichtigt in den Hohlraum 10 fallen, oder es kann durch Druckabnahme im Hohlraum ausgelöst werden. Man kann auch die Dachstützen entfernen und dadurch ein Zusammenbrechen des Hängenden auslösen, das auf den Boden des Hohlraumes herabfällt. Auf alle Fälle muß ausreichend zerkleinertes Geröll oder Mineral erzeugt werden, um eine große Berührungsoberfläche zu schaffen. Unter einer großen Berührungsoberfläche sind Flächen zu verstehen, die mindestens etwa 0,0002 m2 Mineraloberfläche im Hohlraum pro Liter Hohlraumlösung aufweisen, wobei das gebrochene Material als etwa 24 Gewichtsprozent KCI bezogen auf das Gesamtgewicht NaCI/KCI des Minerals enthält. Dieser Wert kann sich leicht mit der Hohlraumform, dem Anteil an freigelegtem KCI und anderen Einflußfaktoren verändern. Die Verbindung des Hohlraumes und der Erdoberfläche wird durch 2 Rohre (1) und (2) hergestellt. Bohrungen wurden niedergebracht und die Leitungen mittels bekannter Verfahrenstechnik installiert. Der Hohlraum kann durch Lösungsmitteiabbau hergestellt werden, kann aber auch durch konventionelle Bergbautechnik mittels Schachtbau und Stützabbau erzeugt und dann auf Lösungsmittelabbau umgestellt werden. Ein besonders empfehlenswertes Verfahren zum Erzeugen eines Hohlraumes durch Lösungsmitelabbau ist in US-Patentschrift 32 78 234 beschrieben.
Der Hohlraum 10 wird im Lösungsverfahren abgebaut durch Einführen eines Lösungsmittels 3 durch das Rohr i oei einer Temperatur von etwa 500C. Aus Fig. 1 ergibt sich, daß Wasser, das bei einer derartigen Temperatur als Lösungsmittel zum Auflösen von Mineral "erwendet wird, daß iu% KCI bezogen auf Gesamtgehalt KCI und NaCI in dem Mineral, 119 Gramm KCI pro Liter durch Lösen aufnimmt, wenn die Salze entsprechend ihrem Vorkommen im Mineral aufgelöst werden. Wenn jedoch das Mineral im Hohlraum gebrochen ist, erreicht die Lösung oder nähert sich zumindest der gleichbleibenden Zusammensetzung von etwa 182 Gramm pro Liter KCI und etwa 225 Gramm pro Liter NaCI. Die Lösung ist üblicherweise annähernd oder 100%ig gesättigt bezüglich NaCI. In Abhängigkeit von der Verweilzeit der Lösung im Hohlraum erreicht die Sole eine Sättigung bezüglich KCI von mehr als 80%, oftmals 90% und zeitweise 95%. Solange als das Lösungsmittel eingespeist wird, kann man eine Isolationsflüssigkeit 11 unterhalb des Daches des Hohlraumes anordnen, um das Hängende vor dem Auflösen durch das Lösungsmittel zu schützen.
Der Lösungsabbau im Hohlraum erfolgt zunächst für eine Zeit, die ausreichend ist, die Auflösegeschwindigkeit zu ermitteln, beispielsweise die Zeit, die erforderlich ist, um den Hohlraum um 20 Volumenprozent zu verändern. Das Löslichkeitsverhalten der Hohlraumlösung wird vor und nach dem Zeitraum bestimmt, für den die Abbaugeschwindigkeit ermittelt wurde, so daß sowohl der Nettoanstieg von KCI in der Hohlraumlösung während dieser Periode als auch der abgezogene Anteil bestimmt werden können. Dazu ist eine Apparatur geeignet, die ähnlich der ist, wie sie in US-Patentschrift 36 00 039 beschrieben ist Der Vorschrift entsprechend wird ein Einlegerohr eingeführt in eine Geröllschicht durch Verwendung eines Bohrrohres. Wenn der Bohrer in die Geröllschicht bis zur erwünschten Tiefe eingedrungen ist sind Vomchtungen vorgesehen, um den Bohrer von der Einrichtung abzutrennen. Ein spezielles Eir.lagerohr wird eingeführt in die Abzugsbohrung mittels dieses Verfahrens, und Proben werden gezogen vom Boden des Hohlraumes (Liegenden) und der Unterseite der Mineralschicht
nachdem Proben genommen wurden aus verschiedenen Höhen innerhalb des Hohlraumes durch schrittweises Anheben des Einlegerohres. Der KCI-Gehalt der Proben wird bestimmt. Auf diese Weise kann der KCI-Gehalt innerhalb des gesamten Hohlraumes genau ermittelt werden. Ebenso kann das Konzentrationsprofil der Lösung mittels eines Gamma-Logs, das an einem Seil abgelassen wird, bestimmt werden. Der Anteil an KCI. der durch das Lösungsmittel abgebaut und aus dem Hohlraum während dieser Zeit entfernt wird, wird ebenso festgehalten. Die Abbaugeschwindigkeit wird berechnet und ausgedrückt als Summe des Anstieges im Hohlraum plus dem Anteil, der aus dem Hohlraum pro Zeiteinheit abgezogen wurde.
Aus der Abbaugeschwindigkeit und der Auflösegeschwindigkeit kann die von in die Höhlung eingebrachten Lösungsmittel benetzte Oberfläche ermittelt werden.
Für die Bestimmung gilt folgende Abhängigkeit von der Abbaugeschwindigkeit:
Abbaugeschwindigkeit = f (Auflösegeschwindigkeit,
Kontaktoberfläche, T, AC)
Die Abbaugeschwindigkeit wird gemessen in Gramm pro Zeiteinheit. Die Auflösegeschwindigkeit wird gemessen in Gramm KCI pro Zeiteinheit pro Einheit KCI-Kontaktoberfläche.
T = Temperatur. C = Untersättigungsantriebskraft
(undersaturated driving force)
Die Auflösegeschwindigkeit kann durch Versuche bestimmt werden. Bei diesen Versuchen wird die Auflösegeschwindigkeit einer Mischung aus KCI und NaCI, die zu Pellets gepreßt wurden, bestimmt, wobei das Verhältnis von Natrium- und Kaliumchlorid gleich dem mittleren Verhältnis im Mineral entspricht. Dieses Verhältnis wird ermittelt aus Bohrkernen, die anfangs aus der Lagerstätte während der Bohrung gezogen werden. Weiterhin kann die Auflösegeschwindigkeit bestimmt werden als Funktion von zlCund als Funktion der Temperatur durch Verändern der Temperatur des Lösungsmittels und Aufzeichnen dieser Temperaturabhängigkeit, von AC und der Auflösegeschwindigkeit. Aus all diesen Daten läßt sich die Kontaktoberfläche innerhalb des Hohlraumes berechnen über ihre Abhängigkeit von der Abbaugeschwindigkeit. Danach läßt sich mit der bekannten Oberfläche aus der Abbaugeschwindigkeit die Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung erreicht wird, für bestimmte Auflösegeschwindigkeiten errechnen. Die höchste Temperatur, bei der eine gleichbleibende Zusammensetzung bei gegebener Auflösegeschwindigkeit erhalten werden kann, kann durch Versuche und Fehlerrechnung bestimmt werden. Diese Temperatur ist die höhere Temperatur, bei der der weitere Losungsabbau ausgeführt wird.
Aus F i g. 1 ist zu entnehmen, daß in dem Falle, in dem die Hohlraumlösung die gleichbleibende Zusammensetzung bei der natürlichen Lagerstättentemperatur (50° C) erreicht die Lösung 182 Gramm KCl pro Liter Lösung enthält- Wenn jedoch beispielsweise die gleichbleibende Zusammensetzung bei 800C erreicht werden kann, werden mit der Gesteinsauflösegeschwindigkeit 234 Gramm pro Liter KCl abgebaut Nachdem zerkleinertes Mineral von 50 auf 800C erwärmt worden ist kann es abgebaut werden mit einer zusätzlichen Geschwindigkeit von 52 Gramm KCI pro Liter Lösung. Dies steht im Gegensatz zu einer Geschwindigkeit von 119 oder 122 Gramm KCI pro Liter Lösung, wenn KCI bei 50 bzw. 80°C und dem in der Lagerstätte vorkommenden Verhältnis von KCI abgebaut wird.
Die Hohlraumlösung wird dann erhitzt, bis die höhere Temperatur erreicht ist. Dies kann man dadurch erreichen, daß man in den Hohlraum ein Lösungsmittel mit einer höheren Temperatur einbringt als die Temperatur auf die der Hohlraum erwärmt werden soll. Schneller kann jedoch die Temperaturerhöhung im Hohlraum durch Einspeisen von Dampf oder sehr heißem Lösungsmittel herbeigeführt werden. Langsamer erfolgt die Erwärmung, wenn man ein Lösungsmittel einbringt, das nur ein wenig heißer ist als die Temperatur der Hohlraumlösung. Das günstigste Verfahren wird der Fachmann der Erfahrung mit unterirdischem Hitze- und Flüssigkeitstransport hat, ohne Schwierigkeiten auswählen.
Der Hohlraum kann abgebaut werden bei der höheren Temperatur, solange wie die Gleichgewichtszusamrnensetzung der Hohlraumlösung bei der erhöhten Temperatur erreicht wird. Wenn die Konzentration der Lösung innerhalb des Hohlraumes abzusinken beginnt, kann es sinnvoll sein, ein weiteres Abbrechen des Hängenden im Hohlraum auszulösen, um wieder eine große Kontaktoberfläche für das Lösungsmittel zu schaffen. Dies kann durch verschiedene bekannte Methoden, wie sie bereits erwähnt wurden, erfolgen.
Dann wird das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt. C>.;bei wird der Hohlraum zunächst bei einer gegebenen Temperatur ausgebaut und Salz abgebaut (an diesem Punkt kann die Temperatur höher sein als die natürliche Lagerstättentemperatur), um die Abbaugeschwindigkeit bei dieser Temperatur zu bestimmen. Dann wird wieder ein Konzentrationsprofil der Lösung innerhalb des Hohlraumes vor und nach der Abbauperiode ermittelt, indem Proben aus unterschiedlichen Höhen innerhalb des Hohlraumes durch Anheben des Abzugsrohres gezogen werden. Das Konzentrationsgefälle kann auch mit anderen Methoden bestimmt werden. Dann wird die Abbaugeschwindigkeit für diese Periode berechnet. Dann wird eine neue Temperatur ermittelt durch die bereits beschriebene Methode. Dabei wird die höchste Temperatur, bei der die Hohlraumlösung gerade noch die gleichbleibende Zusammensetzung erreicht, bestimmt. Dann kann der Hohlraumabbau bei dieser neuen Temperatur ausgeführt und fortgesetzt werden, solange, als die Hohlraumlösung die Gleichgewichtszusammensetzung erreicht oder annähernd erreicht.
In einigen Fällen kann nach dem weiteren Zerbrechen von Mineral in dem Hohlraum relativ armes Mineral dominieren. In diesem Falle ist die einzustellende höchste Temperatur, bei der die Gleichgewichtszusammensetzung erreicht wird, niedriger als die vorhergehende Abbautemperatur, zeitweilig niedriger als die natürliche Lagerstättentemperatur und zeitweise höher als die natürliche Lagerstättentemperatur. Eine Einstellung der Hohlraumlösungstemperatur kann ebenso erfolgen zur Anpassung an die niedrigere Abbaugeschwincligkeit herrühren aus Erschöpfung des Minerals oder verursacht durch andere Gründe.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden auch erreicht wenn die höchste Temperatur, bei der die gleichbleibende Zusammensetzung erreichbar wäre, nicht erreicht wird.
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Es können Temperaturen zwischen der natürlichen Lagerstättentemperatur und der höchsten Temperatur der Gleichgewichtsziisammensetzung bei vorgegebener Abbaugeschwindigkeit verwendet werden. In Fällen, bei denen der Wärmeverlust im Hohlraum zu groU ist, ist es bevorzugt, bei niedrigeren Temperaturen als der optimalen Temperatur zu arbeiten. Das ist letztlich eine Frage der Wirtschaftlichkeit. Wenn der Anteil an Wärmeverlusten die Vorteile der erhöhten Ausbeute an KCI kompensiert, sollte die Temperatur im Hohlraum reduziert werden. Auf der anderen Seite sollte, wenn die Wärmeverluste aus dem Hohlraum relativ niedrig sind im Vergleich zum Anstieg der KClAusbeute bei der höchsten Temperatur, bei der die Gleichgewichtszusammensetzung der Hohlraumlösung noch erreicht werden kann, gearbeitet werden. Es kann aber auch Fälle geben, bei denen die gleichbleibende Zusammensetzung der Lösung im Hohlraum notwendigerweise nicht erreicht werden muß. Sobald die warmeveriusie aus dem Hohlraum relativ niedrig sind, sollte die optimale Temperatur verwendet werden, insbesondere wenn die Hohlraumlösung nur 80% Sättigung bezüglich KCI aufweist. Bei 90% noch mehr bei 95% Sättigung bezüglich KCI bietet die Anwendung einer optimalen Temperatur der Hohlraumlösung besondere Vorteile. Unter besonders günstigen Bedingungen erwärmt man die Temperatur des Hohlraumes auf eine Temperatur, die bis zu 15°C von der optimalen Temperatur abweicht. Vorzugsweise arbeitet man in solchen Fällen mit einer Temperaturabweichung von bis zu 100C von der optimalen Temperatur und ganz besonders bevorzugt ist die Verfahrensweise mit Abweichungen bis zu 50C von der optimalen Temperatur.
Wenn nach einer gewissen Abbauzeit und wenn ein weiteres Abbrechen von Mineral von Hängenden in den Hohlraum nicht möglich ist, die Konzentration der Lösung innerhalb des Hohlraumes absinkt, kann es sinnvoll sein, die Temperatur der Lösung im Hohlraum abzusenken auf einen Wert, bei dem die gleichbleibende Zusammensetzung der Lösung wieder erreicht wird. Dies kann so niedrig sein, wie die natürliche Lagerstättentemperatur, aber auch niedriger.
Es ist selbstverständlich, daß Fachleute auch in der Lage Mud, das eiTiriuurigsgciTisQc Losungsabbuüvcriah ren auf andere Salze, die die gleichen Eigenschaften wie Kalium- und Natriumchlorid aufweisen, anzuwenden. Dies ist insbcso.idcre dann möglich, wenn die Salze in Lösung eine gleichbleibende Zusammensetzung haben, die durch die Temperatur beeinflußt werden kann und von ihr abhängt.
Hierzu 2 Blatt Zcichnunnai

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Lösen von KCI aus einer unterirdischen KCI und NaCI enthaltenden Lagerstätte, bei dem das Mineral zur Vergrößerung seiner Angriffsfläche in einen unterirdischen Hohlraum hineingebrochen, durch ein Lösungsmittel gelöst und anschließend aus dem Hohlraum zur Erdoberfläche hin abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
DE3002757A 1979-02-01 1980-01-26 Verfahren zum Lösen von Kaliumchlorid aus einer unterirdischen Lagerstätte Expired DE3002757C2 (de)

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