沉积型铝土矿原位溶浸技术可行性分析及开采设想

张毅, 李志忠, 罗腾跃, 汤晓君, 穆华一, 郭科, 孙萍萍, 王鑫. 沉积型铝土矿原位溶浸技术可行性分析及开采设想[J]. 地质与资源, 2022, 31(6): 821-832. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.015
引用本文: 张毅, 李志忠, 罗腾跃, 汤晓君, 穆华一, 郭科, 孙萍萍, 王鑫. 沉积型铝土矿原位溶浸技术可行性分析及开采设想[J]. 地质与资源, 2022, 31(6): 821-832. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.015
ZHANG Yi, LI Zhi-zhong, LUO Teng-yue, TANG Xiao-jun, MU Hua-yi, GUO Ke, SUN Ping-ping, WANG Xin. FEASIBILITY ANALYSIS AND MINING SUGGESTION OF IN-SITU LEACHING TECHNOLOGY FOR SEDIMENTARY BAUXITE[J]. Geology and Resources, 2022, 31(6): 821-832. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.015
Citation: ZHANG Yi, LI Zhi-zhong, LUO Teng-yue, TANG Xiao-jun, MU Hua-yi, GUO Ke, SUN Ping-ping, WANG Xin. FEASIBILITY ANALYSIS AND MINING SUGGESTION OF IN-SITU LEACHING TECHNOLOGY FOR SEDIMENTARY BAUXITE[J]. Geology and Resources, 2022, 31(6): 821-832. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.015

沉积型铝土矿原位溶浸技术可行性分析及开采设想

  • 基金项目:
    国家重点研发计划课题"SO2和NOX多组分气体的精确检测仪器应用技术开发"(2016YFF0102805);中国地质调查局项目"黄河中上游生态地质调查"(DD20221774)
详细信息
    作者简介: 张毅(1985—), 男, 硕士研究生, 工程师, 主要从事油气田开发及绿色矿山建设工作, 通信地址  陕西省西安市高新区唐延路61号, E-mail//315890200@qq.com
    通讯作者: 李志忠(1963—), 男, 研究员, 从事遥感地质应用研究, 通信地址  陕西省西安市碑林区友谊东路438号, E-mail//lizz2009@vip.163.com
  • 中图分类号: P618.45

FEASIBILITY ANALYSIS AND MINING SUGGESTION OF IN-SITU LEACHING TECHNOLOGY FOR SEDIMENTARY BAUXITE

More Information
  • 沉积型铝土矿是我国主要的铝土矿类型, 经过几十年的开发, 储采比逐渐下降, 深部难动用资源的绿色开发迫在眉睫. 通过开展静态溶浸实验和电极加热仿真模拟, 结合原位溶浸技术在铀矿和稀土矿开采中的成功经验, 总结出该技术在固体矿产开采中应用的适用条件包括: 矿物可溶性、矿体分布稳定性、顶底板条件、矿体渗透性. 我国北方铝土矿资源与以上条件切合程度高, 适合采用原位溶浸技术进行开采. 本次研究还提出了沉积型铝土矿原位溶浸开采的工艺方案, 为下一步开展先导试验提供了设计思路.

  • 加载中
  • 图 1  铝土矿静态溶出实验

    Figure 1. 

    图 2  鄂尔多斯盆地南部铝土岩分布图

    Figure 2. 

    图 3  鄂尔多斯盆地南部地区铝土矿沉积连井剖面图

    Figure 3. 

    图 4  陕西省府谷铝土矿含矿岩系垂向剖面图

    Figure 4. 

    图 5  山西省保德-兴县铝土矿含矿岩系垂向剖面图(据文献[26]修改)

    Figure 5. 

    图 6  铝土矿微观孔喉结构特征

    Figure 6. 

    图 7  沉积型铝土矿原位溶浸开采技术路线图

    Figure 7. 

    图 8  铝土矿原位溶浸开采水平井井网示意图

    Figure 8. 

    图 9  导电流体介入的铝土矿层电极加热方法及装置

    Figure 9. 

    图 10  温升时间随电压变化曲线

    Figure 10. 

    图 11  硫酸铝制取氧化铝工艺流程图(据文献[30]修改)

    Figure 11. 

    表 1  国内铝土矿主要含铝矿物溶出条件正交优化

    Table 1.  Orthogonal optimization of dissolution conditions of main aluminum- containing minerals in China's bauxite deposits

    NaOH
    矿物类型 温度/℃ 浓度/(g/L) 时间/min 液固比
    一水硬铝石 260~280 220~240 >60 3.8∶ 1
    三水铝石 140~145 160~180 30~50
    H2SO4
    矿物类型 温度/℃ 浓度/% 时间/min 液固比
    一水硬铝石 160~180 60~90 60~120 8∶ 1
    三水铝石 30 30 30 10∶ 1
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    表 2  一定块度铝土矿静态溶出实验数据表

    Table 2.  Static leaching test data of massive bauxite

    样品号 颜色
    及构造
    质量/
    g
    硫酸
    浓度/%
    硫酸
    容积/mL
    溶浸
    时间/h
    温度/
    浸出液元素含量/(mg/L)
    Al Ca Fe K Mg Mn Na Ti
    1 褐色块状 64.16 50 70 1 120 99.92 31.12 308.1 6.21 14.6 0.43 25.79 1.79
    140 75.83 23.38 280.5 3.76 8.28 0.17 7.89 0.84
    160 131.5 40.62 390.8 6.84 10.77 0.16 7.16 1.13
    2 灰白色土状 40.17 50 70 1 120 41.35 16.13 47.88 2.45 5.91 0.11 3.38 0.65
    140 27.96 5.41 57.7 2.82 1.81 0.1 4.35 0.72
    160 68.88 18.47 288.5 5.29 3.96 0.11 4 1.42
    3 褐色块状 33.768 50 65 50 160 17 237.5 114.9 1108 292.8 115.4 15.31 584
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    表 3  沉积型铝土矿原位溶浸开采技术指标优选

    Table 3.  Optimization of technical indexes for in-situ leaching mining of sedimentary bauxite

    开采区 致密块状铝土矿 多孔土状铝土矿
    钻井工艺 浅层采用直井注采对应井网,深层采用垂向平行双水平井井网 直井注采对应井网
    完井工艺 套管采用两段式组合,封隔器采用过电缆封隔器,封隔器以上10 m位置为界,上部采用耐腐蚀不锈钢,下部采用高分子材质;油管材质组合与套管相同,在压裂工艺结束后更换管柱 套管采用两段式组合,封隔器采用过电缆封隔器,封隔器以上10 m位置为界,上部采用耐腐蚀不锈钢,下部采用高分子材质;油管材质组合与套管相同,在压裂工艺结束后更换管柱
    矿层改造工艺 浅层采用水力压裂工艺,压裂砂采用石英砂;深层,上部水平井向下进行定向压裂,也可在下部水平井采用向上的定向爆破 目的段套管预开窗口或者割缝下入,不做改造措施
    溶浸工艺 优选硫酸作为溶浸剂,利用浓硫酸水化放热的特点,可在井口注入前进行现场配制;加热方式推荐“导电流体介入的铝土矿层电极加热方法及装置” 优选硫酸作为溶浸剂,利用浓硫酸水化放热的特点,可在井口注入前进行现场配制;加热方式推荐“导电流体介入的铝土矿层电极加热方法及装置”
    地面处理单元 萃取硫酸铝装置萃取硫酸铝装置
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    表 4  流体介入的地层电极加热仿真参数表

    Table 4.  Simulation parameters of electrode heating in strata intervened by fluid

    建模类型 模型长度/m 模型直径/cm 介质类型 恒压热容/(J/kg·K) 导热系数/(W/m·K) 比热率 介电常数 电导率/(S/m)
    圆柱形空洞 100 5 H2SO4及其盐溶液 90.2 2.33 0.9 5.60.405
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出版历程
收稿日期:  2022-03-24
修回日期:  2022-06-10
刊出日期:  2022-12-25

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