Перейти к основному содержанию

Технология добычи и переработки бишофита


До настоящего времени в народном хозяйстве использовался бишофит, получаемый на комбинате «Карабогазсульфат» из рапы залива. Процесс получения бишофита здесь состоит из многократной естественной выпарки рапы в специальных бассейнах. На подобное производство бишофита влияют погодные условия и изменения гидрогеологического режима залива. На заключительной стадии испарения образовывается хлормагниевый рассол, который окончательно упаривается до твердой соли в аппаратах погружного горения. Таким образом получается несколько десятков тысяч тонн бишофита, который отправляется потребителям в герметичных полиэтиленовых мешках. Что касается рассолов, то они могут транспортироваться в обычных железнодорожных цистернах.
Пласты бишофита на Приволжской моноклинали залегают я интервале глубин 1000—2000 м. Мировая практика эксплуатация месторождений натриевых (каменная соль) и калийно-магниевых (сильвинит, карналлитовая порода) образований показывает принципиальную возможность добычи этих солей шахтным способом до глубины порядка 1500 м. Что касается бишофитовых пород, то применение шахтного способа даже при малых глубинах залегания полезного ископаемого будет заведомо малоэффективным и нерациональным ввиду его чрезвычайной гигроскопичности. Высокая растворимость бишофита обусловливает наиболее рентабельный способ его добычи — метод подземного растворения.
К настоящему времени проделаны лабораторные (ВНИИгалургии) и опытно-промышленные (объединение «Нижневолжскнефть» на скв. 7 Наримановской площади) работы по подземному растворению и выносу бишофита на поверхность. Мировая галургическая промышленность не имеет подобного опыта добычи бишофита, и проведенные исследования являются в этом отношении первыми. Во ВНИИгалургии были изучены физико-механические свойства естественного бишофита и вмещающих его пород, а также линейные скорости их растворения при различных температурах в воде и растворах с целью получения исходных данных для выбора  параметров системы разработки месторождения хлормагниевых ) солей; определены зависимости концентрации получаемых рассолов от производительности скважины в подготовительный и эксплуатационный периоды и экономическая эффективность подземного растворения бишофита.


Расчет баланса подземного растворения бишофитовой породы  при 35°С показал, что для растворения 1 м3 породы требуется 1 0,5 м3 воды; при этом на поверхность извлекается 0,55 м3 раствора,  а 1 м3 его остается в камере и заполняет растворенный объем породы.  Следовательно, из растворенного объема на поверхность извлекается лишь 33,5% рассола. Сотрудники объединения «Нижневолжскнефть» и ВНИИ галургии в 1974—1975 гг. разработали и предложили метод (замещения растворов хлористого магния, остающихся в отработанной камере, малоценным заполнителем, что позволяет извлекать до 75—85% получаемых в камере рассолов. Объем камер определяется их допустимым радиусом, равным 30—40 м, при ширине целика между соседними камерами 100 м. Проведенные исследования доказали техническую возможность и экономическую целесообразность добычи хлормагниевых рассолов методом подземного растворения.
С целью отработки методики добычи таким способом, решения Задач технологии переработки полученных рассолов на магний, окись магния, бром, а также выяснения возможностей более широкого применения бишофита в народном хозяйстве было принято решение о переводе одной из пробуренных нефтяных поисковых скважин в разряд опытно-эксплуатационных. В качестве первоочередного объекта была выбрана скв. 7 Наримановская глубиной 3202 м, щ разрезе которой вскрыты два бишофитовых пласта на глубинах 1725—1777 м и 1623—1643 м. Каждый из них разрабатывался отдельно. Насосно-компрессорные трубы диаметром 73 мм были загружены на глубину 1761 м. Получение рассола достигалось способом прямой и обратной промывки скважины пресной водой. Количество извлекаемых растворов целиком определялось потребностью в них и было не постоянным.


Полученный рассол представляет собой прозрачную жидкость с плотностью 1,32—1,37 г/см3 и концентрацией по MgCl2 400—450 г/л. Средний солевой состав рассола в весовых процентах составил: MgCl2—45,27; MgSO4—0,11; КСl—0,78; CaSO4—0,8; NaCl—0,25—0,30; MgBr2—0,58. Содержание брома, таким образом, составляет 6 г/л против 0,7—0,8 г/л в рапе Сиваша; 1,1 —1,2 г/л в Кара-Богаз-Голе; 0,5 г/л в нефтяных водах Небит-Дага и 0,6 г/л в Челекене.


За 10-летний период эксплуатации скважины не наблюдалось каких-либо осложнений и не проводилось сложных ремонтных работ, что свидетельствует о технологичности процесса растворения бишофита и его добычи. При суточном дебите 70—100 м3 химический состав рассола практически оставался неизменным на протяжении всего периода эксплуатации. Следует подчеркнуть, что используемая скважина является поисковой на нефть и ее конструкция не оптимальна для решения задач подобного рода. При увеличении диаметра рассолоподающей колонны до 150 мм суточная производительность возрастает до 500 м3.
По заключению сотрудников объединения «Нижневолжскнефть», из 9 скважин, вскрывших бишофиты на Наримановской площади, 5 скважин (№ 4, 7, 9, 10, 11) при относительно небольших затратах могут быть восстановлены с целью добычи бишофитового рассола.
Опыт эксплуатации скв. 7 Наримановской показал принципиальную возможность добычи бишофита методом подземного растворения. Однако прерывистый характер опытной эксплуатации, ограниченные возможности нефтяных скважин (в силу специфики их конструкции) не позволяют научно отработать оптимальные технологические параметры подземного растворения. В связи с этим была определена целесообразность строительства опытно-промышленной установки (рассолопромысла). Такая установка по добыче бишофита с проектной мощностью 170 тыс. м3 рассола бишофита в год была пущена в эксплуатацию в 1986 г. на Светлоярской площади.
В процессе эксплуатации установки предусматривается разработать технологию процесса растворения, отработать режим подачи растворителя и извлечения рассолов, определить оптимальную скорость размыва камеры и степень насыщенности растворов хлоритого магния на различных этапах развития подземной выработки, иследовать тепловой режим в камере и в стволе скважины, определить себестоимость получаемых в промышленных условиях бишофитовых рассолов, разработать рациональную схему их переработки и т. д. Кроме этого, рассолы будут испытаны с целью определения возможности практического их использования в различных отраслях народного хозяйства в сыром виде, а также для получения продуктов переработки: металлического магния, окиси магния, брома и др. Положительное решение перечисленных вопросов позволит перейти к промышленному освоению участков месторождения, выбранных по результатам поисково-оценочных работ и подготовленных к эксплуатации материалами предварительной и детальной разведок с определением запасов сырья и по утверждениям их промышленных категорий.


Результаты опытного подземного растворения, осуществленного на Светлоярской антиклинальной структуре, по-видимому, будут показательны в той или иной мере для любого участка перспективной площади Приволжской моноклинали.
Бишофитовый рассол, получаемый методом подземного растворения, может широко использоваться не только как товарный продукт, но также в качестве исходного сырья для получения бишофита, карналлита, металлического магния, окиси магния, брома и хлора. Для переработки рассолов используются технологические схемы, разработанные в России, Германии,Австрии (Резников, 1976).
Имеющиеся данные о высоком содержании брома в бишофитовой породе Нижнего Поволжья свидетельствуют о целесообразности его предварительного извлечения. Известно несколько методов получения брома и бромсодержащих рассолов: воздушно-десорбционный, десорбция паром, экстракционный и ионно-обменный. Наиболее эффективным методом (при высоких концентрациях брома в рассолах) является паровой. Он включает следующие стадии производства: подогрев рассола, его подкисление, окисление бромида хлора: 2Br+Cl2  →Br2+2Сl ; паровая десорбция брома; рафинирование паров, конденсация брома из паровой фазы; абсорбция брома из сдувок; осушка брома на цеолите; разлив брома в контейнеры; нейтрализация обезбромленного щелока; нейтрализация вентиляционных выбросов.
Горячие хлормагниевые щелоки, из которых был извлечен бром, поступают в реактор для производства искусственного карналлита, который используется в качестве исходного сырья для получения металлического магния. Схема переработки щелоком предусматривает глубокую очистку от сульфат-иона и от бора. В соответствии с техническими требованиями искусственный карналлит, поступающий на производство металлического магния, должен иметь следующий состав: MgCl2—30—32%, CaSO4—0,06%; В—0,01%; КСl— 23—25%, NaCl—5—8%. Процессы обессульфачивания и удаления бора осуществляются также при производстве кристаллического бишофита.


Получение искусственного карналлита из хлормагниевых щелоков состоит из нескольких стадий: обессульфачивание раствором хлористого кальция; вымешивание; выпарка; конверсия; кристаллизация; фильтрация; промывка. Попутно при производстве металлического магния получается анодный хлор.
Для получения окиси магния используют два метода. В России отработан гидратный; другой — метод термического гидролиза — разработан и хорошо освоен калийным исследовательским центром в Зондерсхаузене и комбинатом «Калий» в Стассфурте (Германия), а также фирмой «Рутнер» (Австрия).
Гидратный метод применяется при переработке рассолов Сиваша, карбонатного сырья — известняков и доломитов и рассолов Калушского химико-металлургического комбината. Технологический процесс получения окиси магния этим методом включает следующие операции: приготовление известкового молока; осаждение гидроокиси магния; сушка и брикетирование гидроокиси магния. Недостатком этого метода является наличие большого количества промышленных стоков — растворов СаСl2, которые необходимо захоронить в подземные резервуары или поглощающие горизонты, однако преимущество этого процесса перед термическим заключается в отсутствии токсичных газовых отходов.
Метод термического гидролиза на установках фирмы «Рутнер» позволяет получать чистую окись магния (99,5%) и 100%-й хлористый водород. Стадии технологического процесса производства окиси магния методом термогидролиза следующие: термическое разложение обезбромленного рассола хлористого магния в реакторе при температуре 1000—1200°С на окись магния и хлористый водород; отмыв порошкообразной окиси магния от примесей хлоридов, частично сульфатов, и фильтрация образующейся при этом гидроокиси магния; кальцинация при температуре 900—1000°С; брикетирование; спекание при температуре 1800—2000°С с получением периклаза. Хлористый водород поглощается водой с образованием 20%-й соляной кислоты и направляется на концентрирование до получения 100%-го сухого хлористого водорода.
Комплексная переработка хлормагниевых рассолов Волгоградского месторождения бишофитов позволит обеспечить многие отрасли промышленности ценными, высококачественными продуктами.


Поделиться с друзьями


 


Mineralmarket