察尔汗盐湖固体钾矿储量计算及应用

察尔汗盐湖固体钾矿储量计算及应用

0盐矿开发现状与水平中国是一个没有泵的国家。长期以来，我们依靠进口肥料来解决农业需求的问题。作为中国七大支柱战略资源之一，钾资源的有效利用一直受到国家的高度重视。众所周知,察尔汗盐湖作为我国最大的可溶性钾镁盐矿,是国家重点规划矿区,1989年列入对国民经济具有重要价值的矿床。盐湖东西长168km,南北宽20~40km,面积5856km２,由东向西划分为霍布逊、察尔汗、达布逊、别勒滩4个区段,探明液体钾盐储量14553万t,固体钾盐资源储量29622万t。由于盐湖钾矿固液并存、固体钾总量大、品位低、分层多、零星分散,一直不能单独开采,视为“死矿”。长期以来只能开采液体钾矿,早在1975年国家就规划利用液体钾矿分两期建设年产100万t钾肥规模。2000年随着国家西部大开发重点工程年产100万t钾肥项目的建设,青海盐湖工业股份有限公司加大研发人员、资金、物资投入,破解了难采固体钾矿溶解转化开采技术,并获得了国家发明专利,2012年4月列入国家首批矿产资源节约与综合利用高级采矿类先进技术目录。为推广先进的固体钾矿溶解转化开采技术,实现“再造察尔汗盐湖”,科学估算固体钾矿储量对评价察尔汗盐湖钾矿合理建设规模具有十分重要的意义。1汗盐湖固碳储量计算的方法和结果1.1固体钾矿的性质察尔汗盐湖固体钾矿于1958~1967年完成普查勘探,地勘部门计算了固体钾矿资源储量,1988年、2003年青海钾肥厂、青海省地质调查院两次对固体钾矿进行了重新计算。历次计算采用的工业指标保持一致,具体如下:最低工业品位KCl,6%;边界品位KCl,2%;低品位KCl,0.5%~2%(2003年计算包括KCl<0.5%);夹石或夹层厚度,0.5m。矿石工业品级:KCl品位大于12%的为表内富矿(a),KCl品位在6%~12%范围内的为表内贫矿(b),KCl品位在2%~6%范围内的为表外矿(c),KCl品位在0.5%~2%范围内的为低品位矿(d)。1.2矿床地质特征察尔汗盐湖系第四纪盐湖沉积,矿体为层状,一般水平延伸,且较稳定规则,矿床构造极为简单,矿体埋藏浅。利用矿藏规则的勘探网将矿体圈定为若干规则的矿块的地质块段法计算是合适的,实践证明也是合理的。1.3未固结块段面积、矿层平均厚度和总利用质量储量(P)=块段面积(S)×块段矿层平均厚度(H)×湿矿石的平均体积质量(d)×块段范围内干矿加权平均品位(c)×干矿品位修正系数(k)。式中,S———块段面积,用几何公式计算(m２);H———块段范围内矿层的平均厚度,用勘探孔见矿厚度算术平均法计算(m);d———湿矿石平均体积质量,用封蜡排水法测定,取各区段平均值(察尔汗1.57t/m３、达布逊1.52t/m３、别勒滩1.54t/m３);c———块段范围内钻孔干矿石加权平均品位(KCl%);k———干矿品位修正系数,=1-矿石平均湿度(矿石湿度用烘干法测定,储量计算取各区段平均值,察尔汗20.34%、达布逊22.09%、别勒滩16.06%)。1.4固体氯化钾的计算1958~1967年对本矿床进行普查勘探,期间认为固体钾矿单独开采困难,经济价值不大,所以察尔汗、达布逊区段,在1959年初勘报告编写时,样品分析结果未全部收到时就计算了储量,以后再未计算;别勒滩区段用压缩法计算,精度差。仅计算了KCl≥2%以上的储量,共计固体KCl储量11612.89万t。1988年青海钾肥厂收集了绝大部分分析资料,对固体钾矿KCl≥0.5%以上部分进行了计算,共计储量29621.98万t。综上所述,勘探期间计算的固体氯化钾储量为11612.89万t,主要是KCl≥2.0%储量;1988年计算的固体氯化钾资源量为29621.98万t,包括KCl≥0.5%的资源量。2汗盐久保田固钾储量计算中的一些问题的分析2.1固体钾矿、原矿的储量计算过快,造成了“两由于察尔汗盐湖固体钾矿勘探时正处在“大跃进”时期,加之时间紧,地勘部门在部分分析成果未收到的情况下,执行有多少成果算多少储量的精神,第一次3个区段都漏算了大量固体钾矿,尤为可惜的是部分化学分析结果未记录下实际分析数据,受当时下达的工业指标所限,仅以“<2.0%”、“<0.8%”等注记表示,由此导致1988年青海钾肥厂对固体钾矿进行储量计算时,因数据不完全,部分储量继续被漏算。2.2水泥干体积质量根据储量计算报告中采用的方法,察尔汗盐湖固体钾矿采用矿层体积×体积质量×干矿品位×干矿品位修正系数(即湿度校正系数)。察尔汗盐湖固体钾矿主要分布在QｈＳ３中,根据S３矿层相关参数以及饱和孔隙度、持水度计算的湿度见表1。由表1可知,矿石的湿度要大于孔隙度全部被卤水充填时的湿度,也即矿石被卤水浸泡,显然与实际情况不相符,湿度系数应小于持水度卤水全部计入的湿度值,应小于10%。体积质量数值都小于1.60t/m３,矿石主要组成为粉砂石盐,孔隙度在20%左右,粉砂、石盐的体积质量都大于2t/m３,孔隙中卤水密度1.25t/m３左右,因此矿石的理论体积质量应在1.80t/m３以上。《察尔汗盐湖别勒滩矿区钾镁盐储量勘探报告》中指出,根据336个体积质量样品统计,别勒滩矿区盐矿体积质量平均值为1.54t/m３,而储量报告附表中299个样品的统计值为1.83t/m３,笔者怀疑该值是修正过的干体积质量值,如别勒滩区段矿石体积质量1.83t/m３(湿)×(1-16.06%)=1.54t/m３(干)。事实上,1982年中国有色冶金西安勘察院在察尔汗首采区进行采卤试验勘探时,采集的117个样品,湿度平均值仅3.57%,矿石体积质量1.91t/m３。2.3干矿石金融质量估算由于品位数据是化验室在干样品状态下的分析结果,计算储量采用化验分析数据,就应通过湿度来修正。而湿度采用烘干法测定,即在野外采集湿度样后立即称得湿样品净质量,再送化验室在50~60℃下烘干后称得干样品净质量,进而计算得到湿度=(湿样品质量-干样品质量)/湿样品质量×100%。由于高浓度饱和卤水烘干时仅能将液相中的水分蒸发掉,盐分将结晶于固相中,因此干矿石品位并非矿石的真品位,而是包含部分液相盐分的品位。干矿实际品位要低于测定品位,也就是含湿量中的钾已经全部计入到固相中,而干矿品位系数实际上仅仅将湿矿石量折算为干矿石量。根据固体钾矿矿石量统计值(见表2),按10%含湿量(液相KCl按各区段平均值),多算储量3889.6万t,占总计算量13.03%。由以上分析可知,察尔汗盐湖固体钾矿储量计算由于分析数据不全、湿度数据偏大、体积质量数据偏小导致储量计算结果减少量远超过由于干矿品位偏大计算带来的储量增加量,因此察尔汗盐湖固体钾矿KCl≥0.5%储量29622万t是可靠的,完全可用于作为溶解转化开采的依据。3汗盐湖固体钾矿溶解、精制、合理规模研究3.1氯化钾产量计算钾资源开发规模论证方法主要采用有效钾资源法。式中:A———氯化钾年产量,万t/a;Q给———开采范围内矿层的氯化钾给水度表内储量;β———精钾品位;3.2采卤、简易浮选法生产培养矿层工业储量1975年国家在编制开发察尔汗盐湖规划报告时,我国完全缺乏钾肥建设经验和技术,更对资源特性缺乏了解,因此当时规划通过沟渠采卤、简易浮选法生产钾肥,综合回收率取60%,可采资源以上部QｈＳ３中的第I晶间卤水矿层工业储量9718万t(孔隙度储量)的给水度部分(约为孔隙度的50%)计,即9718×50%=4859万t。在静态条件下,察尔汗盐湖钾矿静储量只能满足年产100万t钾肥规模。3.3固体钾矿溶解转化率为试验结果。在下分层考察与3.2保持相同矿层范围,可采钾资源以赋存于QｈＳ３盐层中,即以上部潜卤水矿层+与潜卤水矿层分布相同的固体钾矿为可采量,产品品位提升到95%,固体钾矿溶解转化率以试验值的50%计,服务年限仍以30年计。该方法是在完全没有考虑固体钾矿溶解转化的情况下,实现液体卤水的驱动开采,使大量持水度转化为给水度卤水,也没有考虑综合回收率的大幅度提升(实际综合回收率已经超过80%),结果明显偏小。2011年察尔汗盐湖实际钾肥生产规模达到300万t,因此固体钾矿溶解转化技术突破使察尔汗盐湖钾肥生产规模可持续保持在300万t以上。4结论4.1储量计算的重要参数缺乏综上所述,察尔汗盐湖固体钾矿历经多次计算,都没有获取全部分析资料,后期估算对于固体钾矿储量计算的重要参数体积质量、湿度没有重新研究,干矿品位没有考虑卤水介质的特殊性,总的储量是可靠的。按1988年青海钾肥厂综合地质报告KCl>0.5%的储量29622万t,考虑体积质量、湿度与干矿品位综合影响因素,实际可溶解转化储量数据应大于29600万t。4.2固体钾矿的溶解转化察尔汗盐湖钾镁矿固液并存,其可采资源量由卤水钾矿量和可溶解转化的固体钾矿量组成。根据《察尔汗盐湖固体钾矿溶解转化试验及工程化研究》成果,盐层中晶间卤水静储量可采部分主要为给水度卤水,持水度卤水仍然保留在盐层中;在固体钾矿溶解转化过程中,实现了驱动开采,持水度卤水转换为给水度卤水。因此对固液并存盐湖钾矿,在固液转化条件下的可采钾资源量应等于孔隙度卤水量+固体钾矿溶解转化量-稀释后的持水度卤水量,较天然条件下成倍增加。4.3我国钾工业的年