鹽湖固體鉀礦精準溶解區域選擇研究

(青海鹽湖工業股份有限公司鉀肥分公司,青海格爾木 816099)

0 引言

目前，國內已經查明的鉀礦資源大部分在青海、新疆及西藏等地，且都是賦存在內陸鹽湖或干鹽湖中。想要得到資源，必須要對鹽湖進行開發。但是，受到多方面因素的影響，鉀礦資源都被認定為無法開采或者開采難度較大，直到近幾年，科學技術不斷發展，鹽湖固體鉀礦開采精準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木盆地的察爾汗鹽湖、馬海鹽湖、西臺吉乃爾鹽湖等地區開展了固體鉀礦溶解轉化工業化試驗。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，將其應用在工業中，可以有效解決工業發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，不僅層數多、厚度小，KCl含量相對較低，因此開采難度較大。

2 溶解轉化技術的實際應用情況

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，經過研究最終提出了溶解轉化技術。該種技術起初被應用在海相沉積型的地下可溶性鹽類礦床開采中，并沒有應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相互轉化。之所以在鹽湖中會出現兩種不同的狀態，是受到了洪水影響，導致鹵水淡化，固體鹽層溶解，進而產生了部分液體鹵水礦，而在干旱期鹵水蒸發濃縮后，就會出現部分固體鹽類礦物。由此可知，鉀礦資源的轉化主要受到了氣候的影響，但是這個過程的可控性較差，無法實現保證鉀礦資源持久穩定的處于同一狀態。但是利用這一特點，可以采用溶解轉化技術，通過人工干預的方式，將配置好的溶礦溶劑灌入采區，對采區內的固體巖層實現溶解。在溶礦溶劑的影響，含鉀礦物就會溶解，編程有序、穩定、連續的液體鹵水礦，簡化開采過程。但是該技術對實現條件有著一定的要求，具體如下：第一，溶解區域內的固體鉀礦礦物中，應該包括大量的光鹵石、鉀石鹽、軟鉀鎂礬等易溶礦物，以此將該項技術的作用最大化，避免出現資源浪費情況。第二，溶解區域周邊需要具備豐富的淡水資源，從而為溶解轉化生產工作奠定良好的基礎。第三，溶解區域內的固體鉀礦的埋深不能過大[2]。

3 鹽湖固體鉀礦精準溶解區域選擇

由上述內容可知，想要真正實現鹽湖固體鉀礦精準溶解，就要全面落實區域選擇工作，從而充分發揮出溶礦溶劑的作用，得到最多的鉀礦資源。

3.1 工程概況

根據前文可知，區域選擇極為重要，必須要保證區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，選擇區域面積不能＞20km2；第二，不能和現有的采鹵區域重合。以察爾汗鹽湖為主要開采區域，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。結合實際情況，選擇了兩個區域，其中一個位于兩個采鹵區域中間，另一個靠近公路，但沒有其他采鹵工程，兩個區域的面積分別為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，位于兩個采鹵區域中間的開采地區，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。結合地區情況來看，選擇在滲水渠北側加設攔水壩。從試運行的效果來看，位于兩個采鹵區域中間的開采地區工程量較大。在此基礎上進一步對比分析這兩個選擇區內的地質情況及固體鉀礦含量。在實際調查過程中發現，兩個區區域的成分較為相似，屬于石鹽，整體透水性較強，可以支持溶解液滲入。通過實際的數據調查結果來看，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 化學信息

除了要掌握上述基本信息之外，還需要掌握選擇區域的化學信息，從及檢測數據來看，兩個區域的水位均存在一定的波動，但由于后者處于礦區的邊界位置，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。但兩個區域的補給方式存在差別，后者補給過程中還會出現蒸發的情況，因此，綜合考慮計算后，后者一共需要補給380.37萬m3。兩個區域的是化學情況也不能夠忽視，從水質量密度變化曲線和KCl品味變化區縣來看，前者螢愛適當減少補給以保證開采質量，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，應該選擇后者作為主要生產區域，同時要優先保證后者的補給非工作。這是因為兩個區域之間雖然地質情況一致、面積相差不大，關鍵區別在于，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，化學性質更加穩定，如果想要保證鉀礦資源的質量，靠近公路、礦區的邊界位置，且沒有其他采鹵工程的區域位置更符合生產發展需要。

3.3 實際應用情況

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

第一，在溶解目標區含鉀礦物的同時，盡可能避免對石鹽造成溶解破壞。第二，遵循循環利用生產原則，實現資源的最大哈偶利用，降低配置情況，實現可持續發展。第三，在調整最小化的情況下，保證溶解轉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，讓后續的工作得到穩定進行。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。在此基礎上，對配套工程進行建設。根據前文分析可知，所謂的溶解轉化，就是利用水位差，實現的選擇性溶解。因此，在鹽湖固體鉀礦精準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，開采過程穩定安全，實現了綠色化生產開采，但在實際開采過程中，還需要對有關理論進行進一步分析研究，為后續的開采工作奠定基礎。

4 鹽湖固體鉀礦精準溶解的實際應用

4.1 外部淡水輸引工程

由上可知，在本文選擇的區域中實現鹽湖固體鉀礦精準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，還要考慮到地區的防洪系統，確保不同系統之間不會出現相互影響的情況。因此，在工程建設前，還需要對礦區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，還要建設溶劑制取輸送工程，常見的構建方式有兩種，分別為：混合渠+泵站前池+泵站或者混合池+泵站。因為開采區域位于察爾汗鹽湖，在綜合考慮地區情況后，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區域。由上文分析，并沒有對該系統工程設置擋水壩。但是考慮到該目標區域內的固體鉀礦屬于具有湖盆沉積，為了保證系統工程的安全穩定，避免出現不均勻沉降、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化中必不可少的一點，為了保證工作的穩定性，采用了一條采鹵渠、一排采鹵井的布置方式。實現一側補給一側采鹵，根據試運行效果，設置滲水渠，切實提高設置效果。同時，確定采鹵方式，根據前文對開采區域的調查分析情況來看，最終采用了采鹵渠、采鹵井、井渠相結合的方式，以此實現開采效果最大化。

5 鹽湖固體鉀礦精準溶解的注意事項

在實際應用過程中，還需要注意以下幾點問題：

第一，不能夠過度使用溶解劑。一部分地區因為缺少前期勘測，導致在配置溶劑過程中無法科學掌握濃度，導致溶劑過濃或者郭丹，導致固體鹽層出現過度溶解的情況，繼而出現地面沉降、塌陷等事故，不僅會對已有的構筑物造成破壞，還會為威脅到附近的道路和農田，造成環境污染。第二，不能夠過度開采。任何開采工作都要遵循可持續發展原因，但受到多方面因素影響，一些地區存在多度開采情況，導致鹵水品位下降過快，最終無法實現開采。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，非常容易出現結鹽情況，嚴重影響訴訟效率。第四，缺少相應的檢測工作。在鹽湖固體鉀礦精準溶解的實際應用過程中，必須要全面檢測的液相鹵水，并不利于固體鉀礦動態分析評價工作的準確性。在鹽湖固體鉀礦精準溶解的實際應用，必須要全面落實監測工作，制定合理的采鹵規模，確保鹵水質量相對穩定，以切實提高礦區資源動態分析評價的準確性[4]。

6 總結

綜上所述，固體鉀礦溶解轉化作為一門新技術工藝，在實際發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溶解中，區域的選擇非常重要，作為鹽湖鉀礦資源開發的重要環節，必須要從實際出發，綜合考慮多方面因素，最終確定具體的位置，確保溶解轉化工作穩定進行，為個國家資源開采奠定基礎。