鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解區(qū)域選擇研究

劉家強(qiáng)

摘 要：中國(guó)的鉀礦資源相對(duì)短缺，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前的鉀資源儲(chǔ)量?jī)H為3.46%，而且大部分為鹽湖固體鉀礦。因此，本文針對(duì)鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解區(qū)域選擇展開(kāi)研究，在簡(jiǎn)單了解鹽湖鉀資源賦存特征后，結(jié)合具體案例分析區(qū)域選擇方案，并且對(duì)溶解轉(zhuǎn)化實(shí)施及配套工程進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：鹽湖;固體鉀礦;精準(zhǔn)溶解;區(qū)域選擇

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)查明的鉀礦資源大部分在青海、新疆及西藏等地，且都是賦存在內(nèi)陸鹽湖或干鹽湖中。想要得到資源，必須要對(duì)鹽湖進(jìn)行開(kāi)發(fā)。但是，受到多方面因素的影響，鉀礦資源都被認(rèn)定為無(wú)法開(kāi)采或者開(kāi)采難度較大，直到近幾年，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，鹽湖固體鉀礦開(kāi)采精準(zhǔn)溶解工作得到了極大進(jìn)展。

1 鹽湖固體鉀礦資源的實(shí)際情況

2007年，國(guó)家先后在青海柴達(dá)木盆地的察爾汗鹽湖、馬海鹽湖、西臺(tái)吉乃爾鹽湖等地區(qū)開(kāi)展了固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化工業(yè)化試驗(yàn)。在上述幾個(gè)鹽湖的礦床中，存在著液體或固體鉀礦資源，其中含有豐富的資源，將其應(yīng)用在工業(yè)中，可以有效解決工業(yè)發(fā)展過(guò)程中的資源緊缺問(wèn)題。含鉀鹵水礦也被稱為液體鉀礦，根據(jù)賦存位置不同，分為地表和地下鹵水礦兩種，其中不僅含有鉀資源，還含有鈉、鎂、鋰、硼等多種礦物成分，在鹽湖中，地下鹵水礦大都賦存在固體鹽層晶間孔隙中。固體鉀礦在鹽湖中呈浸染狀散布于固體鹽層中[1]?？紤]到鹽湖中的鉀礦層較為特殊，不僅層數(shù)多、厚度小，KCl含量相對(duì)較低，因此開(kāi)采難度較大。

2 溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況

由上可知，想要完成鹽湖固體鉀礦資源的開(kāi)采工作，難度較大，經(jīng)過(guò)研究最終提出了溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)。該種技術(shù)起初被應(yīng)用在海相沉積型的地下可溶性鹽類礦床開(kāi)采中，并沒(méi)有應(yīng)用在鹽湖固體鉀礦資源的開(kāi)采中，因此還需要進(jìn)行進(jìn)一步應(yīng)用試驗(yàn)。在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，主要的開(kāi)采對(duì)象為地下鹵水礦和固體鹽層。實(shí)際上，通過(guò)濃縮析鹽結(jié)晶沉積，液體鹵水礦就會(huì)變成固體鹽層。由此可知，液體鹵水礦是固體鹽層形成的必要條件，在一定的自然條件下可以實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。之所以在鹽湖中會(huì)出現(xiàn)兩種不同的狀態(tài)，是受到了洪水影響，導(dǎo)致鹵水淡化，固體鹽層溶解，進(jìn)而產(chǎn)生了部分液體鹵水礦，而在干旱期鹵水蒸發(fā)濃縮后，就會(huì)出現(xiàn)部分固體鹽類礦物。由此可知，鉀礦資源的轉(zhuǎn)化主要受到了氣候的影響，但是這個(gè)過(guò)程的可控性較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)保證鉀礦資源持久穩(wěn)定的處于同一狀態(tài)。但是利用這一特點(diǎn)，可以采用溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)，通過(guò)人工干預(yù)的方式，將配置好的溶礦溶劑灌入采區(qū)，對(duì)采區(qū)內(nèi)的固體巖層實(shí)現(xiàn)溶解。在溶礦溶劑的影響，含鉀礦物就會(huì)溶解，編程有序、穩(wěn)定、連續(xù)的液體鹵水礦，簡(jiǎn)化開(kāi)采過(guò)程。但是該技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)條件有著一定的要求，具體如下：第一，溶解區(qū)域內(nèi)的固體鉀礦礦物中，應(yīng)該包括大量的光鹵石、鉀石鹽、軟鉀鎂礬等易溶礦物，以此將該項(xiàng)技術(shù)的作用最大化，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)情況。第二，溶解區(qū)域周邊需要具備豐富的淡水資源，從而為溶解轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工作奠定良好的基礎(chǔ)。第三，溶解區(qū)域內(nèi)的固體鉀礦的埋深不能過(guò)大[2]。

3 鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解區(qū)域選擇

由上述內(nèi)容可知，想要真正實(shí)現(xiàn)鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解，就要全面落實(shí)區(qū)域選擇工作，從而充分發(fā)揮出溶礦溶劑的作用，得到最多的鉀礦資源。

3.1 工程概況

根據(jù)前文可知，區(qū)域選擇極為重要，必須要保證區(qū)域滿足上述三個(gè)方面條件，同時(shí)，想要精確有效的溶解固體鉀礦，在選擇過(guò)程中，還需要遵循以下幾點(diǎn)原則：第一，選擇區(qū)域面積不能>20km2;第二，不能和現(xiàn)有的采鹵區(qū)域重合。以察爾汗鹽湖為主要開(kāi)采區(qū)域，作為綜合性鉀鎂鹽礦床鹽湖，其中還有大量待開(kāi)采的鉀礦資源。結(jié)合實(shí)際情況，選擇了兩個(gè)區(qū)域，其中一個(gè)位于兩個(gè)采鹵區(qū)域中間，另一個(gè)靠近公路，但沒(méi)有其他采鹵工程，兩個(gè)區(qū)域的面積分別為13.48km2、11.40km2。前者采用原有的滲水渠道進(jìn)行補(bǔ)給，后者則通過(guò)漫灘灌水方式補(bǔ)給。

3.2 選擇區(qū)域概況

3.2.1 基本信息

從試開(kāi)采情況來(lái)看，位于兩個(gè)采鹵區(qū)域中間的開(kāi)采地區(qū)，在補(bǔ)給過(guò)程中會(huì)對(duì)原有工程造成沖刷，因此，還需要對(duì)滲水渠進(jìn)行進(jìn)一步改造，以避免影響到整體效果。結(jié)合地區(qū)情況來(lái)看，選擇在滲水渠北側(cè)加設(shè)攔水壩。從試運(yùn)行的效果來(lái)看，位于兩個(gè)采鹵區(qū)域中間的開(kāi)采地區(qū)工程量較大。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)比分析這兩個(gè)選擇區(qū)內(nèi)的地質(zhì)情況及固體鉀礦含量。在實(shí)際調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)區(qū)區(qū)域的成分較為相似，屬于石鹽，整體透水性較強(qiáng)，可以支持溶解液滲入。通過(guò)實(shí)際的數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果來(lái)看，前者固體鉀礦含量約為404.35萬(wàn)t，后者含量約為313.18萬(wàn)t。

3.2.2 化學(xué)信息

除了要掌握上述基本信息之外，還需要掌握選擇區(qū)域的化學(xué)信息，從及檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，兩個(gè)區(qū)域的水位均存在一定的波動(dòng)，但由于后者處于礦區(qū)的邊界位置，因此水位變化較為明顯，但整體思維高于前者。根據(jù)計(jì)算機(jī)可知，水位每抬升1m，前者需要補(bǔ)給672.97萬(wàn)m3，后者需要補(bǔ)給292.37萬(wàn)m3。但兩個(gè)區(qū)域的補(bǔ)給方式存在差別，后者補(bǔ)給過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)的情況，因此，綜合考慮計(jì)算后，后者一共需要補(bǔ)給380.37萬(wàn)m3。兩個(gè)區(qū)域的是化學(xué)情況也不能夠忽視，從水質(zhì)量密度變化曲線和KCl品味變化區(qū)縣來(lái)看，前者螢愛(ài)適當(dāng)減少補(bǔ)給以保證開(kāi)采質(zhì)量，后者并沒(méi)有明顯的變化[3]。

總體來(lái)看，想要保證固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化工作得到充分全面的落實(shí)，保證鉀礦資源得到充分利用，應(yīng)該選擇后者作為主要生產(chǎn)區(qū)域，同時(shí)要優(yōu)先保證后者的補(bǔ)給非工作。這是因?yàn)閮蓚€(gè)區(qū)域之間雖然地質(zhì)情況一致、面積相差不大，關(guān)鍵區(qū)別在于，前者固體KCl儲(chǔ)量較大，但整體品位相對(duì)較低，而后者的KCl品位較高，且需要的溶劑補(bǔ)給量較少，成本較低，化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定，如果想要保證鉀礦資源的質(zhì)量，靠近公路、礦區(qū)的邊界位置，且沒(méi)有其他采鹵工程的區(qū)域位置更符合生產(chǎn)發(fā)展需要。

3.3 實(shí)際應(yīng)用情況

在確定具體開(kāi)采區(qū)域后，還要對(duì)溶劑進(jìn)行配置，溶劑的配置情況直接關(guān)系到了開(kāi)采質(zhì)量。在配置過(guò)程中需要遵循以下幾個(gè)原則：

第一，在溶解目標(biāo)區(qū)含鉀礦物的同時(shí)，盡可能避免對(duì)石鹽造成溶解破壞。第二，遵循循環(huán)利用生產(chǎn)原則，實(shí)現(xiàn)資源的最大哈偶利用，降低配置情況，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。第三，在調(diào)整最小化的情況下，保證溶解轉(zhuǎn)化生成的鹵水無(wú)限接近原液體。按照這三條原則完成溶解液配置，就可以在最大程度溶解含鉀礦物后，讓不需要的組分保留在固體鹽層中，讓后續(xù)的工作得到穩(wěn)定進(jìn)行。因此，采用相圖理論，明確不同鹽類組分溶解度，完成溶劑配制工作。以察爾汗鹽湖為例，根據(jù)相圖理論，選擇了飽和或接近飽和的MgCl2配合一定量的NaCl的鈉鎂混合型鹵水，作為溶解劑。在此基礎(chǔ)上，對(duì)配套工程進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)前文分析可知，所謂的溶解轉(zhuǎn)化，就是利用水位差，實(shí)現(xiàn)的選擇性溶解。因此，在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解過(guò)程中需要利用到外部淡水的輸引工程、溶劑混合及輸送工程、溶劑滲入補(bǔ)給工程、采鹵工程。從實(shí)際開(kāi)采情況來(lái)看，開(kāi)采效果加油，開(kāi)采過(guò)程穩(wěn)定安全，實(shí)現(xiàn)了綠色化生產(chǎn)開(kāi)采，但在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，還需要對(duì)有關(guān)理論進(jìn)行進(jìn)一步分析研究，為后續(xù)的開(kāi)采工作奠定基礎(chǔ)。

4 鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的實(shí)際應(yīng)用

4.1 外部淡水輸引工程

由上可知，在本文選擇的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解還需要將溶劑配制的原料輸入到指定地點(diǎn)，同時(shí)還要滿足工程的淡水需求量。不僅如此，還要考慮到地區(qū)的防洪系統(tǒng)，確保不同系統(tǒng)之間不會(huì)出現(xiàn)相互影響的情況。因此，在工程建設(shè)前，還需要對(duì)礦區(qū)周圍情況進(jìn)行充分的考察，包括：地表水體的平面分布、流量、補(bǔ)給條件、地形條件。在淡水輸引工程中應(yīng)該包括淡水泵站、輸引水渠、滾水壩等。考慮到實(shí)際施工需要，在建設(shè)過(guò)程中，還加入了老鹵泵站、老鹵輸送渠等。

4.2 溶劑制取輸送工程

在完成溶劑配制后，還要建設(shè)溶劑制取輸送工程，常見(jiàn)的構(gòu)建方式有兩種，分別為：混合渠+泵站前池+泵站或者混合池+泵站。因?yàn)殚_(kāi)采區(qū)域位于察爾汗鹽湖，在綜合考慮地區(qū)情況后，選擇了混合池+泵站溶劑制取輸送工程模式。通過(guò)試運(yùn)行所得到的結(jié)果來(lái)看，效果較好。通過(guò)溶劑制取輸送工程和外部淡水輸引工程合作，將熔接機(jī)輸送到目標(biāo)區(qū)域。由上文分析，并沒(méi)有對(duì)該系統(tǒng)工程設(shè)置擋水壩。但是考慮到該目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的固體鉀礦屬于具有湖盆沉積，為了保證系統(tǒng)工程的安全穩(wěn)定，避免出現(xiàn)不均勻沉降、地面塌陷等情況，選擇邊緣向中間補(bǔ)給，將溶劑輸送渠沿邊緣布置。

4.3 溶劑注入補(bǔ)給工程

除了上述兩個(gè)方面之外，溶劑注入補(bǔ)給工程也是固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化中必不可少的一點(diǎn)，為了保證工作的穩(wěn)定性，采用了一條采鹵渠、一排采鹵井的布置方式。實(shí)現(xiàn)一側(cè)補(bǔ)給一側(cè)采鹵，根據(jù)試運(yùn)行效果，設(shè)置滲水渠，切實(shí)提高設(shè)置效果。同時(shí)，確定采鹵方式，根據(jù)前文對(duì)開(kāi)采區(qū)域的調(diào)查分析情況來(lái)看，最終采用了采鹵渠、采鹵井、井渠相結(jié)合的方式，以此實(shí)現(xiàn)開(kāi)采效果最大化。

5 鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

第一，不能夠過(guò)度使用溶解劑。一部分地區(qū)因?yàn)槿鄙偾捌诳睖y(cè)，導(dǎo)致在配置溶劑過(guò)程中無(wú)法科學(xué)掌握濃度，導(dǎo)致溶劑過(guò)濃或者郭丹，導(dǎo)致固體鹽層出現(xiàn)過(guò)度溶解的情況，繼而出現(xiàn)地面沉降、塌陷等事故，不僅會(huì)對(duì)已有的構(gòu)筑物造成破壞，還會(huì)為威脅到附近的道路和農(nóng)田，造成環(huán)境污染。第二，不能夠過(guò)度開(kāi)采。任何開(kāi)采工作都要遵循可持續(xù)發(fā)展原因，但受到多方面因素影響，一些地區(qū)存在多度開(kāi)采情況，導(dǎo)致鹵水品位下降過(guò)快，最終無(wú)法實(shí)現(xiàn)開(kāi)采。第三，滲水渠的定期維護(hù)。滲水渠如果長(zhǎng)期運(yùn)行，就會(huì)出現(xiàn)沉淀淤積的情況，繼而影響到滲水效果。尤其是在鈉含量較高的情況下，非常容易出現(xiàn)結(jié)鹽情況，嚴(yán)重影響訴訟效率。第四，缺少相應(yīng)的檢測(cè)工作。在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，必須要全面檢測(cè)的液相鹵水，并不利于固體鉀礦動(dòng)態(tài)分析評(píng)價(jià)工作的準(zhǔn)確性。在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的實(shí)際應(yīng)用，必須要全面落實(shí)監(jiān)測(cè)工作，制定合理的采鹵規(guī)模，確保鹵水質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，以切實(shí)提高礦區(qū)資源動(dòng)態(tài)分析評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性[4]。

6 總結(jié)

綜上所述，固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化作為一門新技術(shù)工藝，在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中還需要得到進(jìn)一步完善和改進(jìn)。在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解中，區(qū)域的選擇非常重要，作為鹽湖鉀礦資源開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)，必須要從實(shí)際出發(fā)，綜合考慮多方面因素，最終確定具體的位置，確保溶解轉(zhuǎn)化工作穩(wěn)定進(jìn)行，為個(gè)國(guó)家資源開(kāi)采奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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