同的采卤、输卤构筑物及相应措施(表1),根据矿床地质条件,水文地质条件和开采规模选择。
地下水位浅但含水层厚度大于10m,或含水层水位埋深在10m以下时,多选用管井开采,用深井泵抽卤。水位埋藏浅,含水层水量丰富,透水性良好,厚度大于3m时,可选用大口井开采。含水层透水性差时,可考虑选用辐射井。
地下卤水水位埋深接近地表,含水层厚度小于10m时采用渠道开采。含水层厚度小于5m宜采用完整渠,大于5m可采用非完整渠、井渠结合开采,一般以渠作为集卤构筑物,并作为取卤构筑物。图1所示,是几种典型的开采地下卤水的采卤布置系统。
地表卤水开采,一般采用固定式或囤船式(浮式)取卤构筑物。图2所示,是开采地表卤水的几种典型采卤布置系统。斜槽式采卤布置系统a,适用于湖水浅,用修筑斜槽来加深湖底,建固定式泵站抽卤,吉林省大布苏碱湖湖水的开采就是用这种布置系统。引水渠采卤布置系统b,适用于卤水不饱和,通过渠道蒸发浓缩达饱和后再供入盐田。拦坝式采卤布置系统c,适用于湖底有淤泥,能筑坝分隔湖湾建造盐田。囤船式采卤系统d,适用于湖底不能建造泵站,湖水水位变幅大的条件。用囤船使泵的吸入高度恒定,不受湖水涨落影响。
三、基本工艺参数的确定
(一)涌水量计算
不同采卤构筑物涌水量如表2所列。
(二)管井结构参数的确定
1、过滤器长度
过滤器长度根据含卤层厚度、涌水量大小及卤水化学组分垂直分布特征确定。当含卤层厚度不大,垂直方向卤水水质变化均匀时,过滤器长度等于含卤层厚度;当卤水化学组分有垂直分异时,以满足水质要求为前提,根据兑卤计算确定其长度。但是应该注意,井内不同部位涌水的兑卤混合随时间变化,加之兑卤产生液-固转化,水质变化就更为复杂。因此,除兑卤计算确定过滤器长度外,还应做到现场试验。
2、过滤器有效孔隙率
过滤器的类型很多,盐湖卤水开采多采用缠丝和包网过滤器。
四、液-固转化的利用和防治
开采条件下,地下卤水渗流场、水化学场、热力学条件均发生变化,液、固体间的平衡关系受到破坏,要建立新的平衡,就产生溶盐和析盐的液-固转化。
液-固转化在液体矿开采中有十分重要的意义。因为每个盐湖卤水都有特定的水化学类型和水盐体系特征。通过相图分析,可掌握一定条件下卤水的蒸发析盐规律,从而可按卤水的析盐阶段确定矿床的水化学和水质分区;确定矿床储量和水质指标,达到合理开发利用目的。对开采中的设备和地层结盐也可预先加以防治。
(一)晶间卤水水质指标的确定
以察尔汗盐湖察尔汗区段的卤水为例分析如下:统计察尔汗区段晶间卤水的水化学分析资料,绘于K+、Na+、Mg+2/Cl--H2O四元体系25℃相图上,所有点都位于NaCl相区(图3)。由图可见,任何一点做等温蒸发,在达到NaCl与KCl、KCl、MgCl2•6H2O、MgCl2•6H2O共饱和线之前,MgCl2/KCl的比值是恒定的,因此它对衡量卤水水质具有重要意义。根据统计分析,卤水比重增大,MgCl2/KCl值增大,在相图上位置升高。按含水层给水度、含水体积把卤水成分进行不同浓度界限的兑卤混合,新的组成点标在图上,如P1是全区段卤水兑卤后的组成点;P2是比重大于1.2卤水兑卤后的组成点;根据计算,MgCl2/KCl<30的卤水占总量的66%以上。从采矿角度确定矿床的储量指标,卤水比重1.21~1.30,MgCl2/KCl=30。矿床开采指标定为比重1.255~1.28,MgCl2/KCl=17是适宜的。当然,水质指标的最终确定,要进行技术经济的综合比较。
(二)矿床的水质分区
根据钻孔水样分析资料,做晶间卤水比重等值线图(图4)和MgCl2/KCl值平、剖面等值线图(图5)。根据相图分析确定水质分区:比重1.21~1.245,MgCl2/KCl<7.75(图3中E点)为石盐-钾石盐析出段卤水;比重1.243~1.292,MgCl2/KCl=7.7~30为石盐-光卤石析出段卤水;比重>1.275,MgCl2/KCl>30为石盐-光卤石-水氯镁石析出段卤水。根据水质要求圈定出采区。在采区内根据卤水含水层厚度、埋藏深度、水质分异规律确定采卤构筑物类型,布置采卤工程。
(三)结盐及其防治
晶间卤水开采中,不同水质卤水在一定条件下混合,由于同离子效应产生兑卤析盐,使地层和采、输卤设备结盐,影响正常生产。
防治设备结盐的途径很多,归纳起来分化学药剂法、物理法、机械除盐法和加淡水法等四类。其中,机械除盐属于治。目前国外资料报导只用于管道,泵的叶轮、叶片很难实现。加化学药剂防结盐,的牛磺酸和碱金属磷酸的混合物,防止油井卤水析盐。亚铁氰化钾抑制析盐的效果曾在抽取察尔汗盐湖晶间卤水时做过试验,效果良好,但价格昂贵,经济上不合理。实验证明,超声波、电、磁场及各种憎水性涂料,都具有防结盐能力,但因设备复杂、耗电量大,工程上应用受到限制。目前,美国及我国盐湖采矿中均采用加淡水防结盐。
在开采晶间卤水时加入一定量淡水防止抽、输卤工艺设备结盐的方法,是在井或渠内平行吸管引入淡水管,并在吸口下设置喷水环。图6所示,是渠式开采时加淡水装置。加淡水防结盐,具有工艺设施简单、成本低、无毒性、效果好的优点。
加淡水率与卤水浓度、化学组成及水质分异情况有关,可以根据液体开采过程中兑卤吸盐率计算,或用试验决定。
用蒸发试验求最小加淡水率的方法,是在抽卤时加过量淡水使设备不结盐,在管道出口取样蒸发,测有微晶出现时的失水量,该失水量实际是多加的淡水量。依此可求出防止设备结盐的最低加淡水率。察尔汗盐湖CK829钻孔不同降深抽卤试验中用蒸发试验的方法,求得加淡水率为0.4%~1.0%。
五、采卤构筑物的防腐蚀
卤水和卤水蒸汽、盐层和盐渍土对金属有很强的化学和电化学腐蚀作用,因此,对抽、输卤及供水设备、管道防腐问题应引起足够重视。
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