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柴达木盐湖难开发钾矿高效开采关健工程技术

2014-04-25

钾矿资源是国民经济发展的重要基础性资源,也是我国七大紧缺矿种之一,我国已探明的可溶性钾矿十分有限,探明的氯化钾储量90%以上集中在柴达木盆地盐湖中。截至2010年底,柴达木盆地保有氯化钾基础储量仅2.93亿吨,而难采的低品位固体钾矿资源量达3.43亿吨,与可采基础储量相当。通过技术攻关,突破低品位钾矿溶解转化开发产业化关键技术,实现资源转换开发,使我国可采钾资源供给量成倍增加,对延长钾矿开采服务年限,增加国家钾盐资源战略储备,改变我国钾肥供应格局,应对国际钾肥市场变化,降低我国钾肥对外依存度以及保证粮食安全,具有重大的战略意义。

“柴达木盐湖难开发钾矿高效开采关健工程技术”系“十一五”国家科技支撑计划项目,20061月正式启动,项目组历经6年多的艰苦努力,通过生产与科研紧密结合,经室内实验研究、矿区封闭试验、工业试验,开发出固体钾矿浸泡式溶解开采技术,研发了固体钾矿溶解的主要溶剂及其制取方法,建立固液转化参数预测模型,提出了固液并存盐湖钾资源规模论证公式,获取了固体钾矿溶解转化的工艺参数和固体钾矿溶解开采最低含量,建立了固体钾矿溶解转化示范工程,建成世界首座低品位固体钾矿选择式“浸溶”开采示范工程基地,促进了我国钾肥工业快速大规模发展。该项目由青海盐湖工业股份有限公司主持承担,主要完成人有王兴富、王石军、海吉忠、田红斌、严宝成、刘万平、杨小波、唐永新、李章峰、谢康民、巨积洪、刘东曲、王罗海、刘斌山。  

一、总体思路

项目以突破我国盐湖难采钾资源大规模高效开采工程技术、创新盐湖资源开采系统新理论、实现盐湖资源开采技术水平新跨越、大幅度提高盐湖钾资源开采利用率、增加可采钾资源战略储备量为目标,支撑我国钾肥工业可持续发展,提高国产钾肥自给率,保障农业稳定,努力实现我国难开发的盐湖低品位固体钾资源先进开采技术的开发与重大创新,推进国家柴达木循环经济试验区建设。

项目针对我国钾资源紧缺、可采储量少,察尔汗低品位固体钾矿丰富的特点,提出了“资源转换、溶解转化、液化开发”新思路,发明了“固体钾矿的浸泡式溶解转化方法”,研发固体钾矿溶解转化工艺技术和溶剂生产方法,建立固体钾矿溶解开采工业指标体系,取得固液转化溶剂物化特性及溶解转化工艺指标参数,实现固体钾矿溶解开采工业化,大幅度增加了可采钾盐战略储备量。项目针对盐湖晶间卤水分布面积广、厚度小、粘度大以及汇集速度慢等难点,提出“多点开采”、“分区轮采”、“固液转化、采补平衡”等新思路,创新了“采输分离、分散采卤、集中输卤”新技术,建立察尔汗盐湖矿床完整的开拓、采准、回采系统,实现了盐湖资源大规模开采,形成盐湖资源开采新理论。

二、主要技术发明与创新点

1.项目研发了固体钾矿浸泡式溶解转化开采技术,取得了低品位固体钾矿溶解转化的一系列工艺参数,并获得国家发明专利(发明专利证书第1024476号,专利号ZL200810149059.1)。项目针对柴达木察尔汗盐湖低品位固体钾矿数量大、品位低、分布不连续、呈薄层与浸染状零星分布的赋存特点,通过理论模拟计算与系统的室内试验、野外封闭试验,研发出单元固体钾矿的浸泡式溶解转化开采技术,掌握了溶解转化速度、溶解转化率、溶解转化所得卤水的质量和数量、溶剂数量和转化次数等重要的工艺参数,并进行了工程化开放试验,实现了固体钾矿资源按单元进行强制浸泡式溶解开采,既大大地节省了工程成本,提高了钾资源溶解转化开采回收率,又方便了开采生产作业组织。

2.研究出适应不同固体钾矿溶解转化的3种适宜溶剂。针对察尔汗盐湖不同地段固体钾矿的化学组成不同,别勒滩区段以钾石盐为主,察尔汗、达布逊区段以光卤石矿为主,试验研究选择了镁溶剂、钠溶剂和镁钠综合溶剂,有利于将转化后的卤水调节到光卤石点附近,有利于实现转化开采,优化盐田生产,并通过试验优选了静态混合器溶剂制取装备。

3.研究了盐湖固体钾矿溶解转化的(临界)工业品位。根据溶解转化试验结果,结合目前国内外钾肥市场销售情况,通过技术经济分析,提出了盐湖固体钾矿溶解转化的(临界)工业品位指标,使固液并存盐湖的固体钾矿开采工业指标大幅度降低,工业品位由8%降低到2%,边界品位由3%降低到0.5%,由此新增钾盐经济基础储量(111b13731万吨,实现“再造一个察尔汗盐湖”。

4.设计了固体钾矿溶解转化工程化六大环节,并实现产业化。系统设计了淡水水源工程、镁钠来源工程、溶剂制取工程、溶剂输送工程、溶剂渗入工程和溶解转化动态长期监测工程,实现溶解转化工程化。   

5.创新了固液并存盐湖钾矿的规模论证方法。针对固液并存盐湖钾矿过去只按给水度卤水进行开采规模论证问题,考虑增加持水度卤水实现驱动开采以及固体钾矿通过溶解转化开采因素,修订了规模论证方法。

6.建立了溶解转化基本公式,实现了低品位固体钾矿溶解转化科学开采。通过固体钾矿溶解理论分析和系统试验,建立了溶剂组分调剂、溶剂注入量、累计溶解率、溶解次数、溶解后卤水质量和数量预报等公式。

三、应用情况

项目以突破盐湖钾资源开采技术瓶颈,盘活难采的低品位固体钾矿,不断扩大青海钾肥基地规模,支持国家农业稳步发展为目标,紧密结合并指导青海盐湖工业股份公司察尔汗盐湖矿区采输卤系统高效生产,研究成果为察尔汗盐湖钾资源高效开发和扩大规模提供了科学依据。研究方法可推广应用到其它盐湖矿床的研究中,目前已经在柴达木盆地马海、西台等盐湖得到推广应用。成果先后成功应用于青海盐湖工业股份有限公司采矿分公司、青海盐湖工业股份有限公司发展分公司、青海盐湖工业股份有限公司钾肥分公司。

项目成果自2008年开始应用,2010年整体应用,多年来运行稳定,累计溶解转化低品位固体钾矿约900万吨,近三年来青海盐湖工业股份有限公司利用溶解转化的固体钾矿共生产优质钾肥720万吨,产品质量达到GB6549-2011农用钾肥优等品,产品KCl含量≥95%,产品水份(H2O)≤2.0%。累计实现税前利润937356万元,累计实现税金574102万元,工艺技术、经济指标全部超过设计值,并使察尔汗盐湖固体钾矿开采工业品位由8%降低至2%,新增可采钾资源基础储量13731万吨,启动了新增100万吨钾肥项目建设,使察尔汗盐湖钾矿开采规模由原100万吨扩大到300万吨以上。

四、社会效益

柴达木盐湖难采固体钾矿以察尔汗盐湖为代表取得了巨大成就,已经建成我国最大钾肥生产基地,也是世界第六大钾肥基地。察尔汗盐湖氯化钾总资源量5.40亿吨,其中2.96亿吨以低品位固体钾盐的形式零散地分布在盐层中,没有直接开采价值或难于经济开采,五十多年来一直被视为“呆矿”。察尔汗盐湖依靠科技创新大幅度地提高资源利用率,减少资源消耗,综合开发利用难采固体钾资源,对增加钾肥自给量,保障农业稳步发展具有重要而深远的意义。

项目破解了我国难采低品位固体钾矿开采技术瓶颈,打破了固体钾矿不能开采的局面,对国内外溶解采矿技术的发展产生重要推动作用,使中国钾肥规模实现跨越式发展,使察尔汗钾资源利用率由26.95%提高到56.23%,采矿回收率由75%提高到90%,新增可采钾盐储量13731万吨,公司钾肥生产规模由50万吨/年提升到300万吨/年以上,盐湖钾肥国内市场占有率由2000年不足10%提高到2011年的30%以上,使国产钾肥自给率由2006年的35.8%提升到2011年的58.1%,已经明显起到抑制进口钾肥价格的积极作用,为中国农业发展和粮食安全作出巨大贡献,为我国钾肥工业持续稳步发展提供了接替资源储备。