一、 地 质 勘 查
(一) 钾盐矿床的勘探类型
钾盐矿床的勘探类型分固体和液体两类(表4.9.4、表4.9.5)。
表4.9.4固体钾盐矿床勘探类型
表4.9.5卤水钾盐矿床勘探类型
(二) 勘探工程网密度
钾盐矿床的勘探工程网密度见表4.9.6。
表4.9.6钾盐矿床勘探工程间距表
(三) 地质工作要求
由于钾盐矿床的易溶特性,因此评价矿床时,矿区水文地质条件应放在十分重要的位置。 勘探古钾盐矿床时为保护矿体,应防止地表水浸入造成对矿体的危害,在满足储量要求前提下尽可能少打钻孔;封孔措施必须可靠;储量级别不要求过高;矿体内部构造的了解尽可能留在开发勘探阶段等。
表4.9.7钾盐矿床地质工作要求
对现代盐湖矿床,应特别注意对周边水和地表水的调查研究。对卤水矿床应注意水化学的研究,如卤水的水化学特征,勘探阶段还应了解卤水动态变化规律,以便准确计算储量。
(四) 矿床工业要求
钾盐矿床的工业要求见表4.9.8、表4.9.9。
表4.9.8盐湖型钾盐矿露天开采工业要求
表4.9.9勐野井钾盐矿床工业要求
二、 矿 山 开 采
(一) 固体矿开采
旱采对各种盐类矿床的开拓方法基本相同。目前,国外广泛采用竖井开拓的传统房柱法,云南勐野井钾盐矿也采用此法。竖井对各种盐类矿床适应性较强,对品位高、埋深在1 000 m以内的矿体和生产能力较大的矿井尤为适用。开采的竖井大都为混凝土衬砌的圆形井,少量为矩形井。圆形井井径约4.5~5.5 m,矩形井断面一般为2 m×4 m~2 m×6 m。矿房和矿柱一般采用矩形和正方形。矩形矿房的回采宽度一般为15~20 m,长度100~200 m,高6~10 m,井深数百米至千余米。竖井生产能力,国外单井生产能力数千吨/日,云南勐野井的单井几百吨至千余吨/日。回采率国外一般为40%~60%,最高达75%,云南勐野井钾矿最高回采率达35%~40%。 钻井水溶开采与一般房柱法开采相比,主要优点是:可以开采较深的矿床,深度可达1 000~2 000 m,四川水采深度达1 200 m;适合于开采可采厚度小、品位低的矿体;采掘建设时间短,劳动强度小,易操作;无井下作业安全问题;可省去采掘运输工序。水溶法的主要缺点是:会产生大面积矿体崩塌;薄层矿体钻井费用高;管道腐蚀严重;回采率低于旱采。国外房柱法回采率40%~50%,钻孔水溶法2%~35%,单井对流法2%。中国单井对流法回采率较高,一般可达7%~8%。
(二) 地下卤水开采
地下卤水的开采是通过卤水井揭露卤水层,下套管固井后采卤。有的卤水层,卤水可喷出地面,此为自喷取卤。有的卤水不能喷出地面,在井内保持一个平衡液面,这时需借助采卤机械从井内抽出卤水,此为机械法取卤。 开采地下卤水常用的方法有:气举采卤法、抽油机-深井泵采卤法、电动潜卤泵采卤法和提捞采卤法。四川这几种采卤法都在使用。其机械设备对卤井条件的适应性及经济指标如表4.9.10所示。
表4.9.10各种地下采卤方法的技术经济指标比较
(三) 现代盐湖开采
现代盐湖钾矿床多出露地表,固体钾盐矿体埋藏较浅,多半使用人工开采,少数机械化开采。钾盐开采方法和石盐开采方法相类似。内蒙古吉兰泰盐场和青海茶卡盐场均实现机械化开采,每台班产量可达80~250 t。 盐湖卤水开采方法比较简单:将卤水泵入盐田,利用日光蒸发滩晒,经浓缩除去氯化钠,再浓缩得到钾盐。也可从卤水中直接提取产品。青海察尔汗盐湖即采用此种方法开采含钾晶间卤水。 从表中老卤排放量可见,盐湖每年以1 000万t计的老卤排入南霍布逊湖,天长日久势必会造成整个湖区的污染。必须解决老卤的综合利用问题,同时加强环境保护。
三、 选矿与加工
(一) 可溶性钾盐矿的选矿及加工技术
钾盐矿的选矿加工方法,氯化物型矿石通常有:热溶法、浮选法、静电法、重力法、冷分解法及冷分解-浮选联合法等。各种方法的基本原理为: 热溶法是利用钾石盐和石盐在不同温度下,水溶液中具有不同的溶解度而进行分离。其方法是将钾石盐与其他盐类矿物的共饱和溶液加热到某一温度,钾石盐全部进入溶液,而石盐的溶解度基本不变,以固相残渣而分离,然后将溶液冷却析出氯化钾。 浮选法是利用钾石盐与石盐表面润湿性差异进行分选。方法是把捕收剂、起泡剂、催化剂和介质调整剂放入饱和溶液中,使氯化钾表面形成一层薄膜与溶液隔离,当小空气泡通过时,氯化钾颗粒即吸附在气泡上,气泡把氯化钾晶体带到浮选槽顶部,经刮板刮出泡沫,过滤、干燥即为成品。 静电法是利用钾石盐和其他伴生盐类矿物加热、冷却及其他方法处理后表面带电性质的差异进行分选。分选前将物料加热到300~700℃,然后冷却到100~200℃,或用专门的调整剂处理,有选择地改变矿物表面的带电性质,从而达到分选的目的。 重介质法(或称重力法):利用钾盐和其他盐类矿物密度的不同,在特定介质中分离。其方法是选择一种介于钾石盐和石盐密度之间的悬浮溶液,在此溶液中使石盐下沉,钾石盐上浮,达到分选的目的。 冷分解-浮选联合法:是上述两种方法的结合。先将分解光卤石的料浆过滤,分离掉母液,得到近似钾石盐的粗钾,其中的氯化钾是刚从光卤石中分离出来的,具有新生态表面,加入一定量的水,经浮选、脱水、干燥得成品。 典型选矿实例如下:
2.青海察尔汗盐湖卤水选矿工艺 近年来,随着钾盐生产实践,化学工业部化工矿山设计研究院新开发了两个新工艺: (1)兑卤脱钠控速分解法将K+、Na+、Mg2+/Cl-、H2O四元体系的卤水,泵入盐田,日晒蒸发,在结晶出含钾矿物光卤石之前将浓度大大提高了的卤水(相当于相图共饱线E点组成)送到加工厂与老卤(相当于相图共饱线F点组成)相兑,NaCl在兑卤瞬间就从卤水中以极细的颗粒结晶出来,同时卤水中的钾以光卤石晶体形式从卤水中结晶出来,但颗粒较粗大。细粒氯化钠很容易地从溢流中排除,剩余的部分是含少量氯化钠的光卤石(低钠光卤石)。向低钠光卤石加水,控制光卤石分解速度,使其中大部分氯化镁溶于水排掉,就得到了最终产品氯化钾(氯化钾含量可达98%)。如需提高纯度,再加淡水清洗即可。
表4.9.11察尔汗盐湖卤水开采主要技术经济指标
图4.9.4勐野井钾盐矿浮选原则流程
图4.9.5青海钾肥厂光卤石冷分解—浮选联合法制取氯化钾工艺流程
1995年已建成两个万吨级生产装置。生产出优质氯化钾产品,其中间产品低钠光卤石已被用作电解金属镁的原料。该工艺流程不仅可获得高品质的氯化钾产品,而且节省了盐田面积,免去光卤石的采收过程,缩短了生产周期,设备可全部国产化。 (2)盐田光卤石溶解重结晶制取氯化钾:将原卤泵入钠盐池,经蒸发浓缩至光卤石时,再泵入兑卤池,同时泵入老卤兑卤,兑卤后析出的光卤石沉淀,达到一定厚度时(30~50 cm)停止兑卤,疏干池内卤水,加入淡水溶解光卤石,当接近饱和时,泵入钾盐池进行蒸发浓缩析出KCl,采收KCl经脱水、干燥得到钾盐产品;钾盐池卤水NaCl达到饱和时,排回钠盐池进行再循环生产。兑卤池析出光卤石后的卤水排入二段光卤石池,经蒸发浓缩析出二段光卤石,排放一部分终点卤水,另一部分排入老卤池兑卤和调节钠盐池卤水。二段光卤石池析出的光卤石,排干表面水后,加入淡水进行溶解,溶解液排回钠盐池供循环生产。 该工艺为中间试验规模,已运转数年。优点在于它全部利用盐田完成氯化钾生产的全过程,节省了选矿车间的设备;缺点是卤水的水质及生产过程,全部露天进行,受气候影响较大。
3.四川渠县农乐杂卤石矿生产工艺
将矿粉加入焙烧炉用烟道气加热焙烧后,粉尘经一级旋风分离器收尘回收,再经水洗塔循环水回收,尾气放空。将焙烧好的熟料加入已放好的循环液的溶液罐中溶出,30min后,料浆进入密压机中过滤与洗涤,洗涤甩干后的石膏渣取样后用水冲洗排放,石膏渣待自然脱水后送到制砖车间制砖或排放。滤液通过精滤泵入双效真空蒸发器内真空浓缩,当比重达到工艺要求后,放入结晶罐内冷却结晶,产品经离心甩干后立即包装,结晶后母液打入双效蒸发器内与新补充滤液继续蒸发浓缩。 该工艺是一个杂卤石制高浓度钾镁肥2 000 t/a中试开发科研项目。利用K2O含量为5%左右的杂卤石,K2O溶出率达90%以上。
(二) 不溶性含钾资源的综合利用
含钾的铝硅酸盐以及富钾岩石在我国分布十分广泛,储量巨大。为了开辟钾肥资源矿产资源,从含钾铝硅酸盐及富钾岩石中提取钾肥,开展了大量的工作,虽然目前尚处于扩大试验和推广阶段,但已有了良好的开端。已试验成功的范例有浙江平阳明矾石矿综合利用生产硫酸钾工艺、山西省闻喜县钾长石综合利用生产钾肥、碳酸钾和水泥工艺,以及云南个旧霞石综合利用生产碳酸钾工艺等。 |