钾盐矿资源开发阶段

地学 · 发表于 2011-4-14 16:48

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

钾盐矿床的地质工作要求详见表4.9.7。

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

古钾盐固体矿床开采方法有旱采和水采。旱采分露天开采与地下开采，水采又分硐室开采与钻井水溶；地下卤水的开采方法有自喷法和机械法；现代盐湖矿床开采方法有人工开采和机械开采。

(一) 固体矿开采

固体矿床旱采和水采都有悠久的历史。近年来，有些国家房柱法已逐步为水溶法所代替。

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%。
水采分为硐室水溶法和钻井水溶法。硐室水溶法是在泥沙多、品位低的特殊情况采用的，如勐野井钾矿即采用这种方法。国外普遍采用钻井水溶法。钻井水溶法又可分为单井作业和多井作业。这种方法是在深达2 000 m的钻孔中装设管道，与地下矿体相通，将淡水通过注水管注入地下，浸蚀矿体，造成一个足供容纳溶出盐溶液的人工空穴，将获得的溶液经管道抽至地面，再经人工或天然蒸发浓缩，结晶分离出产品。所得母液经加水调节后，重返地下，供反复使用。此法在四川、湖北等地普遍采用，开采盐矿。

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。
察尔汗盐湖的开采，首选地段在达布逊湖东岸，东西宽8 km，南北长12 km，面积96 km2。根据晶间卤水的变化及动态规律，采用渠道法开采浅层卤水。采卤渠道开凿在岩盐层中，渠道有南北方向两条，间距3 km，汇集于取水点A。在取水点设一固船泵站，从采卤渠道南端A将卤水泵入盐田进卤点B后灌入钠盐池，采用滩晒连续走水方式，当池内卤水的比重调节到约1.28均匀状态时，向东西两个光卤石池内连续排入晶间卤水，经过盐田蒸晒，生产光卤石原矿。察尔汗盐湖卤水开采主要技术经济指标见表4.9.11。

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

制取氯化钾的主要矿物是钾石盐和光卤石。钾石盐成分单一、溶解度高、选矿工艺最简单。光卤石的选矿工艺则较复杂，必须先除去光卤石中的氯化镁，获得钾石盐后进一步加工。硫酸盐矿石的加工更复杂，除一般的选矿方法外，还需一定的化学反应，才能制取硫酸钾。

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：

　　
1.云南勐野井钾盐矿选矿工艺

　　
勐野井钾盐矿，是一个钾石盐和石盐密切共生的矿床，主要含钾矿物为钾石盐，其次为光卤石。该矿现有小型选矿厂采用浮选法，年处理矿石2.4万t。入选矿石主要是青灰色类型钾石盐。原矿含KCl一般为10%～25%，含NaCl一般为60%～80%，含水不溶物3%～8%；原矿最大粒度300 mm，含水量3%～6%。浮选工艺原则流程见图4.9.4。　　

2.青海察尔汗盐湖卤水选矿工艺

　　
青海钾肥厂，一选厂年产氯化钾肥料约4万t，二选厂年产氯化钾肥料20万t，二者均采用光卤石冷分解-浮选联合法工艺生产氯化钾。将含钾卤水泵入盐田，经日晒生产光卤石矿，然后加水分解，再浮选洗涤出产品（图4.9.5）。盐田光卤石矿的化学组成：KCl＞16%、NaCl＜26.25%、MgCl2＜25.95%、CaSO4＜0.5%、水不溶物0.2%、游离水＜2%。

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。