專利名稱：溶液開采含碳酸鈉和碳酸氫鈉的礦石的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過溶液開采一種含有碳酸鈉和碳酸氫鈉復鹽的礦石而回收多種堿值物質(alkali value)的方法，該礦石是例如天然堿或碳氫鈉石，此方法解決了這種復鹽的不諧溶問題。
背景技術：
含碳酸鈉和碳酸氫鈉二者的地下沉積物在組成上從一個位置到另一個位置發(fā)生變化，這是可以預期的，然而，主要的在商業(yè)上可開發(fā)的沉積物一般具有兩種基本組成之一。天然存在的碳酸氫鈉礦物之一 被稱為“碳氫鈉石”并且還可以被稱為“得瑟米特(decemite) ”。這種礦物包含按重量計29.6% Na2CO3和70.4% NaHCO3,呈現(xiàn)每個Na2CO3分子帶三個NaHCO3分子的形式，如下=Na2CO3.3NaHC03。第二種碳酸氫鈉礦物是天然存在的被稱為“天然堿”的礦物。粗天然堿礦是可含高達99%的倍半碳酸鈉(一般為約70% -99% )的一種礦物。倍半碳酸鈉是碳酸鈉-碳酸氫鈉復鹽，具有化學式Na2CO3.NaHCO3.2H20并且它包含46.90wt.% Na2CO3^37.17wt.%NaHCOJP 15.93wt.% H2O0粗天然堿還含包含較少量的氯化鈉(NaCl)、硫酸鈉(Na2SO4)、有機物質、以及不溶物，如粘土和頁巖。對在綠河(Green River)中開采的天然堿礦的典型分析顯示在表I中。在美國從商業(yè)角度看天然堿是重要的，至少是由于在懷俄明州是非常巨大的沉積物。從天然堿生產(chǎn)的最有價值的堿是碳酸鈉(Na2CO3)15碳酸鈉是在美國生產(chǎn)的最大量的堿類商品之一。在2007年，自懷俄明州的基于天然堿的碳酸鈉占整個美國蘇打灰產(chǎn)量的大約91%。碳酸鈉的主要用途是在玻璃制造工業(yè)中并且用于生產(chǎn)小蘇打、洗滌劑以及紙制品。由天然堿還可以生產(chǎn)出其他產(chǎn)品，如碳酸氫鈉(NaHCO3)、亞硫酸鈉(Na2SO3)、苛性鈉(NaOH)、倍半碳酸鈉(Na2CO3.NaHCO3.2H20)、磷酸鈉(Na5P3Oltl)或其他含鈉的化學品。表權利要求
1.一種用于從地下礦石地層的至少一個空腔中回收堿值物質的方法，所述礦石包含天然堿和/或碳氫鈉石，所述方法包括: 在至少一個空腔中進行礦石溶解階段(a)，所述礦石溶解階段包括:將來自所述空腔的一個礦石面的至少一部分礦石原位溶解到第一水性溶劑中以形成包含碳酸鈉的第一液體并使碳酸氫鈉沉積在至少部分礦石面上； 在發(fā)生所述礦石溶解階段(a)的相同空腔中進行空腔清洗階段(b)，以使至少部分所述沉積的碳酸氫鈉從所述礦石面中被去除，所述清洗階段(b)包括將至少部分所述沉積的碳酸氫鈉原位溶解并任選地將來自該礦石面的至少部分礦石原位溶解到第二水性溶劑中以形成包含碳酸鈉的第二液體，所述第二水性溶劑具有選自pH、氫氧化物濃度、溫度、以及它們中兩個或更多個的任何組合的參數(shù)，優(yōu)選表面參數(shù)，其具有比所述溶解階段(a)中使用的第一水性溶劑更高的值；并且重復所述礦石溶解階段(a)。
2.根據(jù)前述權利要求所述的方法，其中所述第二水性溶劑包含在所述溶解階段(a)中使用的至少部分第 一水性溶劑。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑是通過以下方式非原位形成的:添加蒸汽；添加溫度高于第一水性溶劑的熱流；和/或添加堿，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化銨、氫氧化鎂、或它們中兩種或更多種的任何組合，優(yōu)選地，含氫氧化鈉和/或氫氧化鈣的溶液，至所述溶解階段(a)中使用的至少部分所述第一水性溶劑中，所述非原位形成是在將通過如此形成的第二水性溶劑注入空腔中以開始清洗階段(b)之前進行。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其還包括:使從所述空腔中抽出的第一或第二液體的至少一部分通過至少一個電滲析裝置以產(chǎn)生含氫氧化鈉的溶液，所述含氫氧化鈉的溶液提供至少部分所述第二水性溶劑。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其還包括使從所述礦石空腔中抽出的第一液體的至少一部分再循環(huán)而被包括在溶解階段(a)中的第一水性溶劑中；和/或還包括使從所述礦石空腔中抽出的第二液體的至少一部分再循環(huán)而被包括在空腔清洗階段(b)中的第二水性溶劑中。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑的參數(shù)選擇為具有比所述第一水性溶劑的參數(shù)更高的值以使第二液體中的碳酸氫鈉濃度維持在按重量計3.5%以下、優(yōu)選按重量計2%以下、更優(yōu)選按重量計I %以下。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第一和第二水性溶劑兩者包含的碳酸鈉的濃度都低于其對應的階段(a)和(b)中使用的操作條件下的碳酸鈉的飽和水平，并且其中所述第二液體包含的碳酸氫鈉的濃度低于碳酸氫鈉的飽和水平。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑包含一種選自如下的堿:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化銨、氫氧化鎂、以及其中的兩種或更多種的任何組合，并且其中所述第一水性溶劑不包含所述堿。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑包含的氫氧化鈉的濃度為按重量計從0.5%至10%、優(yōu)選按重量計從3%至6%。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述礦石溶解階段(a)進行了第一時間段，優(yōu)選為從6天至15天；并且其中所述空腔清洗階段(b)進行了比第一時間段更短的第二時間段，例如礦石溶解階段(a)的第一時間段是從6天至15天且空腔清洗階段(b)的第二時間段是從I天至3天。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑具有高于所述第一水性溶劑的流速。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑的所述參數(shù)具有的PH或氫氧化物濃度的值高于溶解階段(a)中使用的第一水性溶劑的值，并且其中所述第二水性溶劑的所述pH或氫氧化物濃度有效地將至少一些溶解的碳酸氫鈉轉化為所述第二液體中的碳酸鈉，并且在所述空腔清洗階段(b)的過程中還有效地防止碳酸氫鈉重新沉積到溶解礦石面上。
13.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述第二水性溶劑具有比所述第一水性溶劑更高的表面溫度。
14.一種用于從地下礦石地層中生產(chǎn)一種或多種鈉基產(chǎn)品的制造方法，所述礦石包含天然堿和/或碳氫鈉石，所述方法包括: -進行根據(jù)權利要求1至13中任一項所述的用于回收多種堿值物質的方法，以獲得包含碳酸鈉和/或碳酸氫鈉的液體，所述液體包含在階段(a)中獲得的所述第一液體的至少一部分、在階段(b)中獲得的所述第二液體的至少一部分、或所述第一液體的至少一部分與所述第二液體的至少一部分的任何組合；并且 -使至少部分所述液體通過選自結晶器、反應器、以及電滲析裝置的一種或多種裝置，以形成至少一種鈉基產(chǎn)品；并且 -回收所述至少一種鈉基產(chǎn)品。
15.通過權利要求14 所述的制造方法獲得的鈉基產(chǎn)品，其選自倍半碳酸鈉、一水碳酸鈉、十水碳酸鈉、七水碳酸鈉、無水碳酸鈉、碳酸氫鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、以及氫氧化鈉。
全文摘要
一種用于從含有碳酸氫鈉復鹽(如天然堿或碳氫鈉石)的地下礦石地層的一個空腔中回收多種堿值物質的溶液開采方法；使用此方法生產(chǎn)至少一種鈉基產(chǎn)品的制造工藝；以及通過所述制造工藝獲得的鈉基產(chǎn)品。該溶液開采方法包括一個礦石溶解階段(a)在該階段中將該不協(xié)調(diào)復鹽從一個礦石面中溶解在一個第一溶劑中；以及一個空腔清洗階段(b)在該階段中使該溶解階段(a)的過程中沉積在該礦石面上的碳酸氫鈉溶解到一個具有更高pH、氫氧化物含量和/或溫度的第二水性溶劑中并且在原位部分地或完全地轉化成碳酸鈉。該方法進一步包括將從任一階段中產(chǎn)生的液體抽到地表面上，任選地將一些液體再循環(huán)到空腔內(nèi)；并且使一些液體通過結晶器、反應器和/或電滲析器而形成至少一種經(jīng)回收的鈉基產(chǎn)品。
文檔編號E21C41/22GK103174426SQ20121059601
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者J·D·菲利普, A·范登多倫 申請人:索爾維公司