盐湖补水与补水水源选择
摘要:本文从盐湖环境水文地质问题出发,提出了盐湖补水、补水水量及其补水水源选择。
关键词:盐湖环境水文地质问题、盐湖补水、补水水源。
一、盐湖环境水文地质问题
吉兰泰盐湖位于自治区西部阿拉善左旗吉兰泰镇境内,地理坐标:东经105?30′,北纬39?48′。湖区面积120平方公里,矿床面积37.19平方公里,已探明的经济可开采储量3956.56万吨,资源总量9186.61万吨,属内陆中型盐湖,是内蒙古主要的盐化工业生产基地之一。
盐湖资源在大规模的生产开拓过程中,由于自然和人类工程活动,已强烈地改变着原有的天然平衡条件,从而导致产生了如下一系列的盐湖环境水文地质问题。
1、受区域性干旱气候条件及人为开拓条件的影响,湖区卤水水位呈现出持续下降的态势,这对再生盐生长和船采船运生产工艺极为不利。据湖区多年动态资料统计表明:1974年至2007年大规模生产开拓的33年间,晶间卤水和承压卤水水位平均下降速率分别是0.039米/年和0.036米/年;2012年较2010年卤水水位呈现出大幅度下降的趋势,其中晶间卤水平均下降速率是0.042米/年,较多年平均速率大0.003米/年;
2、主采区内Na+/Mg2+值逐年降低,卤水水质趋于老化,这对再生盐的生长极为不利,据2012年资料统计,在再生盐采区范围内Na+/Mg2+值仅为2.84—5.96,其中人工再生盐采区西部卤水Na+/Mg2+值仅为0.99,盐槽内挖掘出大块结晶物MgS04·7H20,所采53037吨盐中有45755吨按企业内控标准检验不合格,发生盐质问题;部分采区挖掘出10—60mm厚的板状无水芒硝;
3、采区裸露面积逐年扩大,卤水垂向蒸发消耗量加剧,资源量相对减少。据统计湖区卤水的裸露面积由1999年的5.4 Km2增大到2012年的9.84Km2,卤水蒸发消耗量由773.2万m3/a增大到1269.5万m3/a(该值相当于0.34米/年水柱高),这是导致卤水水位下降的最主要原因之一;
4、资源总量虽丰富,但经济的可开采储量有限。依据GB/T17766—1999《固体矿产资源/诸量分类》标准计算,探明的经济的可开采储量只有3956.56万吨。按目前年设计生产能力100万吨计,盐湖资源的有效服务年限只有35—39年。目前,如何通过水溶法将边矿、尾矿及贫矿转化为可开采资源,是合理开发利用资源的重中之重;
5、从盐湖的形成、演化及发展趋势来看,该盐湖已步入壮年期正向着它的老年期迈进。老年期突出的特点是,湖水完全干涸,盐量补给甚微,至此盐湖寿命告终。因此,实施人工补水,抑制盐湖老化其意义重大。
上述种种环境水文地质问题,其突出的表现在于盐湖严重缺水,问题的严重性更在于,它业已危及到盐业生产的正常运行和可持续发展。因此,如何进一步控制卤水位持续下降,科学有效地实施人工补水工程体系的优化配置,将“补水(抬高卤水位)——溶盐(包括边矿、尾矿和贫矿)——水采(再生盐结晶生长)”有机的结合起来,最大限度地开发利用盐湖资源,以其延缓盐湖的老化期,延长其使用寿命和服务年限,确保盐业生产的正常运行和可持续发展,无疑是盐业生产上首当其冲的重大科研课题之一。
二、盐湖补水
盐湖补水是充分利用盐类矿床的可变性特征——固液相转化原理,采用化学开采法{或水溶法)来采掘高品位的再生盐资源,进而提高盐湖资源的回采率和可利用率。其功效与作用如下:
(1)利用盐类矿床易溶于水的特性,借助补水,对边矿、尾矿及贫矿采用水溶法开采,可为采区提供或输送新鲜卤源,最大限度提高资源的回采率和可利用率。
(2)利用固液相转化原理,可将含泥沙及杂质量高的低品位固相矿床转化为液相卤水,再经滩晒、蒸发浓缩后重新结晶出高品位的再生盐,进而提高盐的质量;
(3)可抑制或抬高湖区日愈下降卤水水位,进而增加卤水水量,改善卤水水质,对延缓盐湖老化,延长使用寿命起着举足轻重的作用;
(4)再生盐生长和船采船运的生产工艺需一定的卤水水位或深度作保证,补水有利于再生盐的生长和现行的生产工艺;
(5)可改善湖区日愈干旱的小气候条件,进而恢复盐湖生态环境;
(6)补水溶盐沟渠可阻挡流沙漫流,有利于盐湖资源的环境保护。
就补水工程体系而言,其关键在于:补什么样的水?应采取什么样的补水方式,补水水量的多与少?补水时空的优化配制如何?补水水位的最佳适控深度是多少?补水后卤水水位与水质的转化方向怎样?补水过程中再生盐的结晶生长速度及补水方案的优化设计等等……都是值得进一步探索和研究的实质性问题,因此如何科学有效的实施人工补水工程体系,就显得尤为重要。
2.1卤水位下降与盐湖补水
现以近两年卤水位平均下降速率0.042米/年为控制目标,对盐湖静态补水量进行估算,计算式如下:
V=a·F·Δh
式中:V—水文年内控制卤水位持续下降所需补水量(万立方米/年);
a—给水度;
F—湖区计算面积(37.19Km2),其中卤水裸露面积按9.84km2计;
Δh —水文年内卤水平均变幅值(m);
经上式计算:在现状补水量基础上,尚需新增补水量75.9万立方米/年,即日补水0.2万立方米方可缓解和控制卤水位的持续下降。
2.2技改工程与盐湖补水
2.2.1技改工程
《吉兰泰盐湖技术改造工程》(包括一期和二期)的主要内容为:
a.在开采对象上,由原盐生产过渡为再生盐生产。即在湖区主采区开拓再生盐结晶池,以盐湖补水溶盐制取的卤水和晶间卤水为原料,通过自然蒸发,析出再生盐结晶;
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