察爾汗鹽湖固體鉀礦儲量計算及應(yīng)用

察爾汗鹽湖固體鉀礦儲量計算及應(yīng)用

0鹽礦開發(fā)現(xiàn)狀與水平中國是一個沒有泵的國家。長期以來，我們依靠進口肥料來解決農(nóng)業(yè)需求的問題。作為中國七大支柱戰(zhàn)略資源之一，鉀資源的有效利用一直受到國家的高度重視。眾所周知,察爾汗鹽湖作為我國最大的可溶性鉀鎂鹽礦,是國家重點規(guī)劃礦區(qū),1989年列入對國民經(jīng)濟具有重要價值的礦床。鹽湖東西長168km,南北寬20~40km,面積5856km２,由東向西劃分為霍布遜、察爾汗、達布遜、別勒灘4個區(qū)段,探明液體鉀鹽儲量14553萬t,固體鉀鹽資源儲量29622萬t。由于鹽湖鉀礦固液并存、固體鉀總量大、品位低、分層多、零星分散,一直不能單獨開采,視為“死礦”。長期以來只能開采液體鉀礦,早在1975年國家就規(guī)劃利用液體鉀礦分兩期建設(shè)年產(chǎn)100萬t鉀肥規(guī)模。2000年隨著國家西部大開發(fā)重點工程年產(chǎn)100萬t鉀肥項目的建設(shè),青海鹽湖工業(yè)股份有限公司加大研發(fā)人員、資金、物資投入,破解了難采固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化開采技術(shù),并獲得了國家發(fā)明專利,2012年4月列入國家首批礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用高級采礦類先進技術(shù)目錄。為推廣先進的固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化開采技術(shù),實現(xiàn)“再造察爾汗鹽湖”,科學估算固體鉀礦儲量對評價察爾汗鹽湖鉀礦合理建設(shè)規(guī)模具有十分重要的意義。1汗鹽湖固碳儲量計算的方法和結(jié)果1.1固體鉀礦的性質(zhì)察爾汗鹽湖固體鉀礦于1958~1967年完成普查勘探,地勘部門計算了固體鉀礦資源儲量,1988年、2003年青海鉀肥廠、青海省地質(zhì)調(diào)查院兩次對固體鉀礦進行了重新計算。歷次計算采用的工業(yè)指標保持一致,具體如下:最低工業(yè)品位KCl,6%;邊界品位KCl,2%;低品位KCl,0.5%~2%(2003年計算包括KCl<0.5%);夾石或夾層厚度,0.5m。礦石工業(yè)品級:KCl品位大于12%的為表內(nèi)富礦(a),KCl品位在6%~12%范圍內(nèi)的為表內(nèi)貧礦(b),KCl品位在2%~6%范圍內(nèi)的為表外礦(c),KCl品位在0.5%~2%范圍內(nèi)的為低品位礦(d)。1.2礦床地質(zhì)特征察爾汗鹽湖系第四紀鹽湖沉積,礦體為層狀,一般水平延伸,且較穩(wěn)定規(guī)則,礦床構(gòu)造極為簡單,礦體埋藏淺。利用礦藏規(guī)則的勘探網(wǎng)將礦體圈定為若干規(guī)則的礦塊的地質(zhì)塊段法計算是合適的,實踐證明也是合理的。1.3未固結(jié)塊段面積、礦層平均厚度和總利用質(zhì)量儲量(P)=塊段面積(S)×塊段礦層平均厚度(H)×濕礦石的平均體積質(zhì)量(d)×塊段范圍內(nèi)干礦加權(quán)平均品位(c)×干礦品位修正系數(shù)(k)。式中,S———塊段面積,用幾何公式計算(m２);H———塊段范圍內(nèi)礦層的平均厚度,用勘探孔見礦厚度算術(shù)平均法計算(m);d———濕礦石平均體積質(zhì)量,用封蠟排水法測定,取各區(qū)段平均值(察爾汗1.57t/m３、達布遜1.52t/m３、別勒灘1.54t/m３);c———塊段范圍內(nèi)鉆孔干礦石加權(quán)平均品位(KCl%);k———干礦品位修正系數(shù),=1-礦石平均濕度(礦石濕度用烘干法測定,儲量計算取各區(qū)段平均值,察爾汗20.34%、達布遜22.09%、別勒灘16.06%)。1.4固體氯化鉀的計算1958~1967年對本礦床進行普查勘探,期間認為固體鉀礦單獨開采困難,經(jīng)濟價值不大,所以察爾汗、達布遜區(qū)段,在1959年初勘報告編寫時,樣品分析結(jié)果未全部收到時就計算了儲量,以后再未計算;別勒灘區(qū)段用壓縮法計算,精度差。僅計算了KCl≥2%以上的儲量,共計固體KCl儲量11612.89萬t。1988年青海鉀肥廠收集了絕大部分分析資料,對固體鉀礦KCl≥0.5%以上部分進行了計算,共計儲量29621.98萬t。綜上所述,勘探期間計算的固體氯化鉀儲量為11612.89萬t,主要是KCl≥2.0%儲量;1988年計算的固體氯化鉀資源量為29621.98萬t,包括KCl≥0.5%的資源量。2汗鹽久保田固鉀儲量計算中的一些問題的分析2.1固體鉀礦、原礦的儲量計算過快,造成了“兩由于察爾汗鹽湖固體鉀礦勘探時正處在“大躍進”時期,加之時間緊,地勘部門在部分分析成果未收到的情況下,執(zhí)行有多少成果算多少儲量的精神,第一次3個區(qū)段都漏算了大量固體鉀礦,尤為可惜的是部分化學分析結(jié)果未記錄下實際分析數(shù)據(jù),受當時下達的工業(yè)指標所限,僅以“<2.0%”、“<0.8%”等注記表示,由此導致1988年青海鉀肥廠對固體鉀礦進行儲量計算時,因數(shù)據(jù)不完全,部分儲量繼續(xù)被漏算。2.2水泥干體積質(zhì)量根據(jù)儲量計算報告中采用的方法,察爾汗鹽湖固體鉀礦采用礦層體積×體積質(zhì)量×干礦品位×干礦品位修正系數(shù)(即濕度校正系數(shù))。察爾汗鹽湖固體鉀礦主要分布在QｈＳ３中,根據(jù)S３礦層相關(guān)參數(shù)以及飽和孔隙度、持水度計算的濕度見表1。由表1可知,礦石的濕度要大于孔隙度全部被鹵水充填時的濕度,也即礦石被鹵水浸泡,顯然與實際情況不相符,濕度系數(shù)應(yīng)小于持水度鹵水全部計入的濕度值,應(yīng)小于10%。體積質(zhì)量數(shù)值都小于1.60t/m３,礦石主要組成為粉砂石鹽,孔隙度在20%左右,粉砂、石鹽的體積質(zhì)量都大于2t/m３,孔隙中鹵水密度1.25t/m３左右,因此礦石的理論體積質(zhì)量應(yīng)在1.80t/m３以上?！恫鞝柡果}湖別勒灘礦區(qū)鉀鎂鹽儲量勘探報告》中指出,根據(jù)336個體積質(zhì)量樣品統(tǒng)計,別勒灘礦區(qū)鹽礦體積質(zhì)量平均值為1.54t/m３,而儲量報告附表中299個樣品的統(tǒng)計值為1.83t/m３,筆者懷疑該值是修正過的干體積質(zhì)量值,如別勒灘區(qū)段礦石體積質(zhì)量1.83t/m３(濕)×(1-16.06%)=1.54t/m３(干)。事實上,1982年中國有色冶金西安勘察院在察爾汗首采區(qū)進行采鹵試驗勘探時,采集的117個樣品,濕度平均值僅3.57%,礦石體積質(zhì)量1.91t/m３。2.3干礦石金融質(zhì)量估算由于品位數(shù)據(jù)是化驗室在干樣品狀態(tài)下的分析結(jié)果,計算儲量采用化驗分析數(shù)據(jù),就應(yīng)通過濕度來修正。而濕度采用烘干法測定,即在野外采集濕度樣后立即稱得濕樣品凈質(zhì)量,再送化驗室在50~60℃下烘干后稱得干樣品凈質(zhì)量,進而計算得到濕度=(濕樣品質(zhì)量-干樣品質(zhì)量)/濕樣品質(zhì)量×100%。由于高濃度飽和鹵水烘干時僅能將液相中的水分蒸發(fā)掉,鹽分將結(jié)晶于固相中,因此干礦石品位并非礦石的真品位,而是包含部分液相鹽分的品位。干礦實際品位要低于測定品位,也就是含濕量中的鉀已經(jīng)全部計入到固相中,而干礦品位系數(shù)實際上僅僅將濕礦石量折算為干礦石量。根據(jù)固體鉀礦礦石量統(tǒng)計值(見表2),按10%含濕量(液相KCl按各區(qū)段平均值),多算儲量3889.6萬t,占總計算量13.03%。由以上分析可知,察爾汗鹽湖固體鉀礦儲量計算由于分析數(shù)據(jù)不全、濕度數(shù)據(jù)偏大、體積質(zhì)量數(shù)據(jù)偏小導致儲量計算結(jié)果減少量遠超過由于干礦品位偏大計算帶來的儲量增加量,因此察爾汗鹽湖固體鉀礦KCl≥0.5%儲量29622萬t是可靠的,完全可用于作為溶解轉(zhuǎn)化開采的依據(jù)。3汗鹽湖固體鉀礦溶解、精制、合理規(guī)模研究3.1氯化鉀產(chǎn)量計算鉀資源開發(fā)規(guī)模論證方法主要采用有效鉀資源法。式中:A———氯化鉀年產(chǎn)量,萬t/a;Q給———開采范圍內(nèi)礦層的氯化鉀給水度表內(nèi)儲量;β———精鉀品位;3.2采鹵、簡易浮選法生產(chǎn)培養(yǎng)礦層工業(yè)儲量1975年國家在編制開發(fā)察爾汗鹽湖規(guī)劃報告時,我國完全缺乏鉀肥建設(shè)經(jīng)驗和技術(shù),更對資源特性缺乏了解,因此當時規(guī)劃通過溝渠采鹵、簡易浮選法生產(chǎn)鉀肥,綜合回收率取60%,可采資源以上部QｈＳ３中的第I晶間鹵水礦層工業(yè)儲量9718萬t(孔隙度儲量)的給水度部分(約為孔隙度的50%)計,即9718×50%=4859萬t。在靜態(tài)條件下,察爾汗鹽湖鉀礦靜儲量只能滿足年產(chǎn)100萬t鉀肥規(guī)模。3.3固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化率為試驗結(jié)果。在下分層考察與3.2保持相同礦層范圍,可采鉀資源以賦存于QｈＳ３鹽層中,即以上部潛鹵水礦層+與潛鹵水礦層分布相同的固體鉀礦為可采量,產(chǎn)品品位提升到95%,固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化率以試驗值的50%計,服務(wù)年限仍以30年計。該方法是在完全沒有考慮固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化的情況下,實現(xiàn)液體鹵水的驅(qū)動開采,使大量持水度轉(zhuǎn)化為給水度鹵水,也沒有考慮綜合回收率的大幅度提升(實際綜合回收率已經(jīng)超過80%),結(jié)果明顯偏小。2011年察爾汗鹽湖實際鉀肥生產(chǎn)規(guī)模達到300萬t,因此固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化技術(shù)突破使察爾汗鹽湖鉀肥生產(chǎn)規(guī)?？沙掷m(xù)保持在300萬t以上。4結(jié)論4.1儲量計算的重要參數(shù)缺乏綜上所述,察爾汗鹽湖固體鉀礦歷經(jīng)多次計算,都沒有獲取全部分析資料,后期估算對于固體鉀礦儲量計算的重要參數(shù)體積質(zhì)量、濕度沒有重新研究,干礦品位沒有考慮鹵水介質(zhì)的特殊性,總的儲量是可靠的。按1988年青海鉀肥廠綜合地質(zhì)報告KCl>0.5%的儲量29622萬t,考慮體積質(zhì)量、濕度與干礦品位綜合影響因素,實際可溶解轉(zhuǎn)化儲量數(shù)據(jù)應(yīng)大于29600萬t。4.2固體鉀礦的溶解轉(zhuǎn)化察爾汗鹽湖鉀鎂礦固液并存,其可采資源量由鹵水鉀礦量和可溶解轉(zhuǎn)化的固體鉀礦量組成。根據(jù)《察爾汗鹽湖固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化試驗及工程化研究》成果,鹽層中晶間鹵水靜儲量可采部分主要為給水度鹵水,持水度鹵水仍然保留在鹽層中;在固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化過程中,實現(xiàn)了驅(qū)動開采,持水度鹵水轉(zhuǎn)換為給水度鹵水。因此對固液并存鹽湖鉀礦,在固液轉(zhuǎn)化條件下的可采鉀資源量應(yīng)等于孔隙度鹵水量+固體鉀礦溶解轉(zhuǎn)化量-稀釋后的持水度鹵水量,較天然條件下成倍增加。4.3我國鉀工業(yè)的年