鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解區(qū)域選擇研究

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司,青海格爾木 816099)

0 引言

目前，國內(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，必須要對鹽湖進行開發(fā)。但是，受到多方面因素的影響，鉀礦資源都被認(rèn)定為無法開采或者開采難度較大，直到近幾年，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，鹽湖固體鉀礦開采精準(zhǔn)溶解工作得到了極大進展。

1 鹽湖固體鉀礦資源的實際情況

2007年，國家先后在青海柴達(dá)木盆地的察爾汗鹽湖、馬海鹽湖、西臺吉乃爾鹽湖等地區(qū)開展了固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化工業(yè)化試驗。在上述幾個鹽湖的礦床中，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)展過程中的資源緊缺問題。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含量相對較低，因此開采難度較大。

2 溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)的實際應(yīng)用情況

由上可知，想要完成鹽湖固體鉀礦資源的開采工作，難度較大，經(jīng)過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采中，并沒有應(yīng)用在鹽湖固體鉀礦資源的開采中，因此還需要進行進一步應(yīng)用試驗。在實際開采過程中，主要的開采對象為地下鹵水礦和固體鹽層。實際上，通過濃縮析鹽結(jié)晶沉積，液體鹵水礦就會變成固體鹽層。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現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。之所以在鹽湖中會出現(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，但是這個過程的可控性較差，無法實現(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，可以采用溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)，通過人工干預(yù)的方式，將配置好的溶礦溶劑灌入采區(qū)，對采區(qū)內(nèi)的固體巖層實現(xiàn)溶解。在溶礦溶劑的影響，含鉀礦物就會溶解，編程有序、穩(wěn)定、連續(xù)的液體鹵水礦，簡化開采過程。但是該技術(shù)對實現(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，以此將該項技術(shù)的作用最大化，避免出現(xiàn)資源浪費情況。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，想要真正實現(xiàn)鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解，就要全面落實區(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)域滿足上述三個方面條件，同時，想要精確有效的溶解固體鉀礦，在選擇過程中，還需要遵循以下幾點原則：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采區(qū)域，作為綜合性鉀鎂鹽礦床鹽湖，其中還有大量待開采的鉀礦資源。結(jié)合實際情況，選擇了兩個區(qū)域，其中一個位于兩個采鹵區(qū)域中間，另一個靠近公路，但沒有其他采鹵工程，兩個區(qū)域的面積分別為13.48km2、11.40km2。前者采用原有的滲水渠道進行補給，后者則通過漫灘灌水方式補給。

3.2 選擇區(qū)域概況

3.2.1 基本信息

從試開采情況來看，位于兩個采鹵區(qū)域中間的開采地區(qū)，在補給過程中會對原有工程造成沖刷，因此，還需要對滲水渠進行進一步改造，以避免影響到整體效果。結(jié)合地區(qū)情況來看，選擇在滲水渠北側(cè)加設(shè)攔水壩。從試運行的效果來看，位于兩個采鹵區(qū)域中間的開采地區(qū)工程量較大。在此基礎(chǔ)上進一步對比分析這兩個選擇區(qū)內(nèi)的地質(zhì)情況及固體鉀礦含量。在實際調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，兩個區(qū)區(qū)域的成分較為相似，屬于石鹽，整體透水性較強，可以支持溶解液滲入。通過實際的數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果來看，前者固體鉀礦含量約為404.35萬t，后者含量約為313.18萬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，從及檢測數(shù)據(jù)來看，兩個區(qū)域的水位均存在一定的波動，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)計算機可知，水位每抬升1m，前者需要補給672.97萬m3，后者需要補給292.37萬m3。但兩個區(qū)域的補給方式存在差別，后者補給過程中還會出現(xiàn)蒸發(fā)的情況，因此，綜合考慮計算后，后者一共需要補給380.37萬m3。兩個區(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)縣來看，前者螢愛適當(dāng)減少補給以保證開采質(zhì)量，后者并沒有明顯的變化[3]。

總體來看，想要保證固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化工作得到充分全面的落實，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，同時要優(yōu)先保證后者的補給非工作。這是因為兩個區(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儲量較大，但整體品位相對較低，而后者的KCl品位較高，且需要的溶劑補給量較少，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 實際應(yīng)用情況

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

第一，在溶解目標(biāo)區(qū)含鉀礦物的同時，盡可能避免對石鹽造成溶解破壞。第二，遵循循環(huán)利用生產(chǎn)原則，實現(xiàn)資源的最大哈偶利用，降低配置情況，實現(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，對配套工程進行建設(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，實現(xiàn)的選擇性溶解。因此，在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解過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、溶劑滲入補給工程、采鹵工程。從實際開采情況來看，開采效果加油，開采過程穩(wěn)定安全，實現(xiàn)了綠色化生產(chǎn)開采，但在實際開采過程中，還需要對有關(guān)理論進行進一步分析研究，為后續(xù)的開采工作奠定基礎(chǔ)。

4 鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的實際應(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，同時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)之間不會出現(xiàn)相互影響的情況。因此，在工程建設(shè)前，還需要對礦區(qū)周圍情況進行充分的考察，包括：地表水體的平面分布、流量、補給條件、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?？紤]到實際施工需要，在建設(shè)過程中，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。因為開采區(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。通過試運行所得到的結(jié)果來看，效果較好。通過溶劑制取輸送工程和外部淡水輸引工程合作，將熔接機輸送到目標(biāo)區(qū)域。由上文分析，并沒有對該系統(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，選擇邊緣向中間補給，將溶劑輸送渠沿邊緣布置。

4.3 溶劑注入補給工程

除了上述兩個方面之外，溶劑注入補給工程也是固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化中必不可少的一點，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。實現(xiàn)一側(cè)補給一側(cè)采鹵，根據(jù)試運行效果，設(shè)置滲水渠，切實提高設(shè)置效果。同時，確定采鹵方式，根據(jù)前文對開采區(qū)域的調(diào)查分析情況來看，最終采用了采鹵渠、采鹵井、井渠相結(jié)合的方式，以此實現(xiàn)開采效果最大化。

5 鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的注意事項

在實際應(yīng)用過程中，還需要注意以下幾點問題：

第一，不能夠過度使用溶解劑。一部分地區(qū)因為缺少前期勘測，導(dǎo)致在配置溶劑過程中無法科學(xué)掌握濃度，導(dǎo)致溶劑過濃或者郭丹，導(dǎo)致固體鹽層出現(xiàn)過度溶解的情況，繼而出現(xiàn)地面沉降、塌陷等事故，不僅會對已有的構(gòu)筑物造成破壞，還會為威脅到附近的道路和農(nóng)田，造成環(huán)境污染。第二，不能夠過度開采。任何開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)存在多度開采情況，導(dǎo)致鹵水品位下降過快，最終無法實現(xiàn)開采。第三，滲水渠的定期維護。滲水渠如果長期運行，就會出現(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)的檢測工作。在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的實際應(yīng)用過程中，必須要全面檢測的液相鹵水，并不利于固體鉀礦動態(tài)分析評價工作的準(zhǔn)確性。在鹽湖固體鉀礦精準(zhǔn)溶解的實際應(yīng)用，必須要全面落實監(jiān)測工作，制定合理的采鹵規(guī)模，確保鹵水質(zhì)量相對穩(wěn)定，以切實提高礦區(qū)資源動態(tài)分析評價的準(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，在實際發(fā)展過程中還需要得到進一步完善和改進。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發(fā)的重要環(huán)節(jié)，必須要從實際出發(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)定進行，為個國家資源開采奠定基礎(chǔ)。