DE1229941B

DE1229941B - Process for the extraction of potassium chloride from natural deposits containing KCl and NaCl

Info

Publication number: DE1229941B
Application number: DEP31091A
Authority: DE
Inventors: James Bowen Dahms; Byron Priestly Edmonds
Original assignee: Pittsburgh Plate Glass Co
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1962-02-28
Filing date: 1963-02-06
Publication date: 1966-12-08
Also published as: US3148000A; GB962527A; ES284853A1

Description

Verfahren zur Gewinnung von Kaliumchlorid aus natürlichen, KCl und NaCI enthaltenden Lagerstätten Zusatz zur Anmeldung: P 29483 VI a/5 a -Auslegeschrift 1224 231 In der Patentanmeldung P 29 483 VI a/5 a ist ein Verfahren zur Gewinnung von Kaliumchlorid aus natürlichen, KCl und NaCl enthaltenden Lagerstätten, in welchen eine reichere KCl-Schicht über einer Schicht liegt, die ärmer an KCI, aber reicher an NaCl ist, beschrieben, bei welchem durch Einleiten von Wasser und Herausziehen von Sole in der Lagerstätte ein Hohlraum erzeugt wird, dessen Fortschritt darin besteht, daß zunächst ein Hohlraum unter der an KCl reichen Schicht erzeugt und eine große Auslaugungsoberfläche an der Decke des Hohlraums geschaffen wird, worauf die Decke des Hohlraums durch weiteres Auslaugen allmählich höher gelegt wird, bis sie in die KCl-reiche Schicht hineinreicht, worauf das KCl ausgelaugt wird.Process for the extraction of potassium chloride from natural, KCl and Deposits containing NaCI Addition to registration: P 29483 VI a / 5 a -Auslegeschrift 1224 231 In the patent application P 29 483 VI a / 5 a is a method of extraction of potassium chloride from natural deposits containing KCl and NaCl, in which a richer KCl layer overlies a layer that is poorer in KCI but richer of NaCl is described, in which by introducing water and pulling it out a cavity is created by brine in the deposit, its progress in it consists that initially a cavity is created under the layer rich in KCl and a large leaching surface is created on the ceiling of the cavity, whereupon the ceiling of the cavity is gradually raised by further leaching until it extends into the KCl-rich layer, whereupon the KCl is leached out.

Es wurde nun gefunden, daß sich dieses Verfahren technisch besonders vorteilhaft so gestalten läßt, daß man den in der Lagerstätte erzeugten Hohlraum mittels einer Verminderung des Wasserdrucks, die ein Hereinbrechen der Decke des Hohlraums hervorruft, vergrößert. Nachdem durch die Extraktion in der NaCl-reichen Schicht ein Hohlraum hergestellt worden ist, wird zunächst durch eine Regelung der Extraktion der Hohlraum vergrößert und seine Decke bis zur Berührung mit der KCl-reichen Schicht angehoben. Danach wird der Wasserdruck im Hohlraum so weit verringert, daß die Hohlraumdecke einbricht, worauf sich ein Teil der KCl-reichen Schicht in Form von kleinen Teilchen auf dem Boden des Hohlraums sammelt. Die Extraktion der Salze im Hohlraum wird fortgesetzt, um das KCl an der Oberseite des Hohlraums und die auf dem Boden befindlichen Salzteilchen zu entfernen.It has now been found that this process is technically particularly useful can be advantageously designed so that the cavity created in the deposit by means of a reduction in water pressure, which causes the ceiling to collapse Causes cavity, enlarged. After through the extraction in the NaCl-rich Layer a cavity has been produced, is first of all by a regulation of the Extraction of the cavity enlarges and its cover reaches up to the point of contact with the KCl Layer raised. Then the water pressure in the cavity is reduced so much that the cavity ceiling collapses, whereupon part of the KCl-rich layer forms of small particles collecting on the bottom of the cavity. The extraction of the salts in the cavity continues to the KCl at the top of the cavity and the Remove any salt particles on the ground.

Man hat bereits vorgeschlagen, die Decke eines Hohlraums in der Weise zum Zusammenbrechen zu bringen, daß man einen direkten Druck auf die Formation über der Decke ausübt. Dazu muß ein besonderes Bohrloch geschaffen werden, um diesen Druck ausüben zu können. Erfindungsgemäß wird -ohne Schaffung eines neuen Bohrloches, die Kosten verursacht - durch Verringerung des Wasserdrucks in dem Bohrloch ein Einbrechen der Decke verursacht, was technisch ein wesentlich einfacheres Verfahren darstellt.It has already been proposed to make the ceiling of a cavity in the manner to collapse that you put direct pressure on the formation over the ceiling exercises. For this purpose, a special borehole must be created around this To be able to exert pressure. According to the invention -without creating a new borehole, the cost incurred - by reducing the water pressure in the borehole Ceiling collapse caused what is technically a much simpler process represents.

Bei der praktischen Durchführung wird wie im Hauptverfahren ein Bohrloch durch die kaliumchloridreichen Schichten oder Lager hindurch und weiter abwärts in eine Schicht getrieben, deren Kaliumchloridkonzentration niedrig ist, d. h. unter 15% liegt, und deren Natriumchloridgehalt verhältnismäßig hoch ist. Dann extrahiert man das Natriumchlorid aus der natriumchloridreichen Schicht und erzeugt so einen Hohlraum in der Lagerstätte.In practice, as in the main procedure, a borehole is used through the potassium chloride rich strata or beds and further down driven into a layer the potassium chloride concentration of which is low, d. H. under 15%, and the sodium chloride content of which is relatively high. Then extracted you remove the sodium chloride from the sodium chloride-rich layer and thus create one Cavity in the deposit.

Erfindungsgemäß wird dann zur Vergrößerung des Hohlraums in der natriumchloridreichen Schicht bis zu einer Größe von mindestens 30 m Durchmesser und in Kontakt oder fast in Kontakt mit der kaliumchloridreichen Schicht der Wasserdruck so weit herabgesetzt, daß die Decke einbricht. Die hierzu erforderliche Druckherabsetzung ist vom Durchmesser des Hohlraums, von dem Abstand der Erdoberfläche bis zur Decke des Hohlraums und von der Verteilung der Verunreinigungen innerhalb des Minerals, welches die Decke des Hohlraums bildet, abhängig. Die Druckherabsetzung läßt sich leicht in jedem erforderlichen Ausmaß erreichen, wenn man aus einer mit dem Hohlraum in Verbindung stehenden Bohrung Flüssigkeit herauspumpt und so den Flüssigkeitsstand in der Bohrung verringert. Durch dieses Verfahren wird in dem Hohlraum eine Fläche von kaliumchloridreichem Mineral geschaffen. die bisher für Extraktionszwecke nicht vorhanden war. Dies ermöglicht eine stärkere Extraktion. Man erhält dadurch eine stärker KCl-haltige Sole, als man sie aus dem Lagerstättenverhältnis von NaCl und KCl erwarten kann. Infolgedessen sind die Gewinnungskosten für das KCl beträchtlich geringer.According to the invention is then used to enlarge the cavity in the sodium chloride-rich Layer up to a size of at least 30 m in diameter and in contact or almost in contact with the potassium chloride-rich layer, the water pressure is reduced to such an extent that that the ceiling collapses. The pressure reduction required for this depends on the diameter of the cavity, from the distance from the surface of the earth to the ceiling of the cavity and of the distribution of impurities within the mineral that covers the ceiling of the cavity forms, depending. The pressure reduction can be easily done in each Reach the required extent when one comes out of a connection with the cavity standing bore pumps out fluid and so the fluid level in the bore decreased. This process creates an area rich in potassium chloride in the cavity Mineral created. those previously used for extraction purposes unavailable was. This allows for a stronger extraction. This gives a more KCl-containing one Brine than can be expected from the ratio of NaCl and KCl deposits. As a result, the cost of extracting the KCl is considerably lower.

Bisher wurde der Abbau von KCl mittels Extraktion durch die Abnahme der Lösung des KCl in der Lagerstätte beeinträchtigt, die durch die Anhäufung von Natriumchloridkristallen in den Poren der Hohlraumwände verursacht wird. Poren entstehen bei der Extraktion, weil nur das KCl aus der Hohlraumwand ausgelaugt wird und in der Wand eine Schicht von NaCl zurückbleibt, die schwammige Beschaffenheit hat. In dieser Schicht vollzieht sich eine konstante Auflösung und Ausfällung von NaCI, so daß die Poren innerhalb kurzer Zeit durch NaCl-Kristalle verstopft werden.So far, the breakdown of KCl by means of extraction was due to the decrease the solution of the KCl in the deposit is affected by the accumulation of Sodium chloride crystals are caused in the pores of the cavity walls. Pores arise during extraction, because only the KCl is leached out of the cavity wall and in a layer of NaCl remains on the wall, which is spongy in nature. In this layer a constant dissolution and precipitation of NaCl takes place, so that the pores are clogged with NaCl crystals within a short time.

Das neue Verfahren beseitigt dies, weil es eine genügend große Fläche von Hohlraumwänden schafft und sich, unabhängig von dem Umfang der NaCl-Kristall-Ansammlung, größere Mengen von KCl gewinnen lassen. Außerdem kann man im Falle einer Beeinträchtigung der Förderung durch NaCl-Kristallbildung es ermöglichen, die Hohlraumdecke durch nochmalige Druckherabsetzung wiederum einbrechen zu lassen und dadurch genügend Oberfläche im Hohlraum schaffen.The new method eliminates this because it has a large enough area of cavity walls and, regardless of the size of the NaCl crystal accumulation, let win larger amounts of KCl. Also, you can in case of impairment the promotion by NaCl crystal formation make it possible to pass through the cavity ceiling to let another decrease in pressure again collapse and thereby sufficient Create surface in the cavity.

Zur Extraktion wird Wasser, welches frei von NaCI und/oder KCl ist, oder Wasser, das teilweise oder ganz mit Natriumchlorid gesättigt ist, verwendet. Vorzugsweise liegt die NaCl-Gehalt der wäßrigen Lösung über 50 Gewichtsprozent, bezogen auf den NaCl-Gehalt einer entsprechenden gesättigten Lösung.Water that is free of NaCl and / or KCl is used for the extraction. or water partially or fully saturated with sodium chloride is used. The NaCl content of the aqueous solution is preferably above 50 percent by weight, based on the NaCl content of a corresponding saturated solution.

Abgesehen davon, daß in dem Hohlraum eine Oberflächenvergrößerung geschaffen wird, verursacht der Deckeneinbruch auch eine rasche Vergrößerung des Hohlraums selbst. Im übrigen bedeutet diese Oberflächenvergrößerung, daß sich aus Schichten mit außerordentlich niedrigem KCl-Gehalt befriedigende Mengen KCl gewinnen lassen. Das neue Verfahren steigert die Möglichkeit des Abbaus von solchen KG-Minerallagerstätten, die bisher ohne Interesse waren.Apart from the fact that there is an increase in surface area in the cavity is created, the collapse of the ceiling also causes a rapid enlargement of the Cavity itself. Incidentally, this increase in surface area means that from Layers with an extremely low KCl content gain satisfactory amounts of KCl permit. The new process increases the possibility of mining such KG mineral deposits, who were previously of no interest.

Bei der Extraktion der Salze ist der Wasserdruck im Hohlraum im allgemeinen 0,028 bis 0,07 kg/cm2, vorzugsweise 0,029 bis 0,036 kg/em2 pro 30 cm Tiefe von der Erdoberfläche bis zum Boden des Hohlraums. Wird der Wasserdruck im Hohlraum verringert, so bricht die Hohlraumdecke ganz oder zum Teil ein. Vorzugsweise wird der Wasserdruck 50 % oder mehr herabgesetzt. Die Wirkung des Deckeneinbruchs zeigt sich an der erhöhten Solekonzentration, insbesondere der KCl-Konzentration, der Sole. Die Verringerung des Wasser- oder Salzwasserdrukkes im Hohlraum kann man durch Verringerung oder Unterbrechung des Wasserzuflusses zum Hohlraum und Steigerung des Abzugs der Sole bewirken.In the extraction of the salts, the water pressure in the cavity is generally 0.028 to 0.07 kg / cm2, preferably 0.029 to 0.036 kg / cm2 per 30 cm of depth from the Earth's surface to the bottom of the cavity. If the water pressure in the cavity is reduced, so the cavity ceiling collapses in whole or in part. Preferably the water pressure 50% or more discounted. The effect of the ceiling collapse can be seen in the increased Brine concentration, in particular the KCl concentration, of the brine. The reduction the water or salt water pressure in the cavity can be reduced by reducing or Interruption of the flow of water to the cavity and increase in the withdrawal of the brine cause.

Ein Deckeneinbruch wird im allgemeinen ausgelöst, wenn die Decke des Hohlraums nahe der Sohle der kaliumchloridreichen Schicht liegt. Ein Deckeneinbruch kann aber auch schon hervorgerufen werden, wenn die Decke noch in einem Abstand von bis zu 3 m von der kaliumchloridreichen Sohle liegt.A ceiling break-in is generally triggered when the ceiling of the Void near the bottom of the potassium chloride-rich layer. A slump in the ceiling but can also be caused when the ceiling is still at a distance up to 3 m from the potassium chloride-rich bed.

In vielen Fällen liegt zwischen der unteren natriumchloridreichen Schicht und der darüberliegenden kaliumchloridreichen Schicht eine Tonschicht. Man kann in einem solchen Fall die Entwicklung des Hohlraums in der natriumchloridreichen Schicht so leiten, daß ein Kontakt mit dieser Tonschicht erreicht wird und die Tonschicht die Decke des Hohlraums bildet. Wird dann der Wasserdruck im Hohlraum herabgesetzt, so stürzt die Tonschicht ein, und es entsteht ein unmittelbarer Kontakt mit der kaliumchloridreichen Schicht. Ein weiteres Hereinbrechen der Decke nach Kontakt mit der kaliumchloridreichen Schicht ist dann möglich.In many cases, sodium chloride lies between the lower ones Layer and the overlying potassium chloride-rich layer a clay layer. Man In such a case, the development of the cavity in the sodium chloride can occur Conduct the layer in such a way that a contact with this clay layer is achieved and the clay layer forms the ceiling of the cavity. If the water pressure in the cavity is then reduced, so the clay layer collapses and there is direct contact with the potassium chloride-rich layer. Another collapse of the ceiling after contact with the potassium chloride-rich layer is then possible.

Man kann den Deckeneinbruch dadurch regeln, daß man den geringstmöglichen Wasserdruck verwendet, welcher einen Einbruch bewirkt. Auf diese Weise läßt sich die Ansammlung von stückigem KClreichem Mineral auf dem Boden des Hohlraums regeln. Am besten ist es, den Deckeneinbruch dann vorzunehmen, sobald eine Lauge mit maximaler KCl-Konzentration aus dem Hohlraum abfließt.One can regulate the ceiling break-in by the least possible Water pressure is used, which causes a break-in. In this way you can regulate the accumulation of lumpy KCl-rich mineral at the bottom of the cavity. It is best to break into the ceiling as soon as a lye with maximum KCl concentration drains from the cavity.

Auf diese Weise ist es möglich, die sich auf dem Boden des Hohlraums sammelnde Menge an stückigem KCl-reichem Mineral gering zu halten. Bei weiterer Extraktion des Hohlraums durch Wiedersteigerung des Wasserdrucks wird man eine Erhöhung der KCl-Konzentration der aus dem Hohlraum abgezogenen Salzsole feststellen. Durch wiederholte Herabsetzung und jeweils folgende Erhöhung des Wasserdrucks läßt sich eine maximale Konzentration an KCl in der aus dem Schacht kommenden Sole erreichen. Die Extraktion sollte so lange fortgesetzt werden, bis man eine leichte Abnahme in der KCl-Konzentration der Sole feststellen kann. Diese Abnahme in der KCl-Konzentration sollte geringer sein als die höchste KCl-Konzentration der Sole nach dem Einbruch, jedoch höher als die KG-Konzentration der Sole, die normalerweise vor dem Deckeneinbruch erhalten wird. Sobald man eine solche Abnahme feststellt, wird der Druck bei normalen Extraktionswerten gehalten, um einen weiteren Deckeneinbruch zu verhindern, bis die KG-Konzentration der Sole einen Wert zu zeigen beginnt, welcher sich den Werten der vor dem Deckeneinbruch geförderten Sole nähert.In this way it is possible to get on the bottom of the cavity to keep the accumulating amount of lumpy KCl-rich mineral low. With further Extraction of the cavity by re-increasing the water pressure becomes an increase determine the KCl concentration of the brine withdrawn from the cavity. By repeated decrease and in each case subsequent increase in the water pressure can be achieve a maximum concentration of KCl in the brine coming out of the shaft. The extraction should continue until there is a slight decrease can determine in the KCl concentration of the brine. This decrease in the KCl concentration should be lower than the highest KCl concentration of the brine after the break-in, but higher than the KG concentration of the brine, which is normally before the ceiling collapse is obtained. As soon as one notices such a decrease, the pressure becomes normal Extraction values held up to prevent a further break in the ceiling the KG concentration of the brine begins to show a value, which corresponds to the values approaches the brine pumped before the ceiling collapse.

Eine schematische Zeichnung der Lagerstätte und des Hohlraums sowie der Bohrungen ist in dem Hauptpatent gegeben. Die kaliumchloridreiche Schicht kann etwa die folgende Zusammensetzung hahen- Gewichtsprozent KCl .............................. 15 bis 40 Wasserunlöslicher Ton ........ etwa 1 bis 5 Calciumsulfat ...................... 1 bis 5 Wasserlösliche Calcium- und Magne- siumsalze, wie MgC12, MgS0¢ und Ca(HCO3)2 ................. etwa 2 NaCI ............................. Rest Die kaliumchloridarme und natriumchloridreiche Schicht kann die folgende typische Zusammensetzung haben: Gewichtsprozent KCl .............................. 0 biss Wasserunlöslicher Ton ............. 1 bis 5 Calciumsulfat . . .-. . . . . . . . . ..... etwa 1 bis 5 Wasserlösliche Calcium- und Magne- siumsalze .................. etwa 1 bis 2 NaCl ............................. Rest Im allgemeinen ist es nicht notwendig, das Bohrloch in die natriumchloridreiche Schicht tief einzutreiben. Gewöhnlich wird die Extraktion von Natriumchlorid aus der natriumchloridreichen Schicht etwa 0,3 bis 15 m unterhalb der kaliumchloridreichen Schicht durchgeführt. Man läßt das Wasser rasch in das Bohrloch einfließen, während die Natriumchloridlösung daraus abgezogen wird. Der Hohlraum verbreitert sich erheblich, z. B. zu einem Durchmesser von 30 m oder mehr, während sich die Hohlraumdecke im Kontakt oder fast im Kontakt mit der KClreichen Schicht befindet.A schematic drawing of the deposit and the cavity as well as the bores is given in the main patent. The potassium chloride-rich layer can have the following composition Weight percent KCl .............................. 15 to 40 Water-insoluble clay ........ about 1 to 5 Calcium sulfate ...................... 1 to 5 Water-soluble calcium and magnesium sium salts, such as MgC12, MgS0 [and Ca (HCO3) 2 ................. about 2 NaCI ............................. rest The low potassium chloride and high sodium chloride layer can have the following typical composition: Weight percent KCl .............................. 0 to Water-insoluble clay ............. 1 to 5 Calcium sulfate. . .-. . . . . . . . . ..... about 1 to 5 Water-soluble calcium and magnesium sium salts .................. about 1 to 2 NaCl ............................. remainder In general, it is not necessary to drive the borehole deep into the sodium chloride rich layer. Usually the extraction of sodium chloride from the sodium chloride-rich layer is carried out about 0.3 to 15 m below the potassium chloride-rich layer. The water is allowed to flow rapidly into the borehole while the sodium chloride solution is withdrawn therefrom. The cavity widens considerably, e.g. B. to a diameter of 30 m or more, while the cavity ceiling is in contact or almost in contact with the KCl-rich layer.

An diesem Punkt angekommen, kann der Wasserdruck oder Salzwasserdruck im Hohlraum auf die obenerwähnten Werte herabgesetzt und so ein Dekkeneinbruch hervorgerufen werden. Danach wird die KCl-Extraktion unter gleichzeitiger Kontrolle der Lage der Hohlraumdecke durchgeführt, wobei sie sich allmählich oder rasch durch Deckeneinbruch nach oben verlagert.Once at this point, it can be water pressure or salt water pressure in the cavity is reduced to the above-mentioned values, thus causing the ceiling to collapse will. Then the KCl extraction is carried out with simultaneous control of the position of the Voided ceiling carried out, whereby it is gradually or rapidly due to ceiling collapse shifted upwards.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Schaffung einer großen Oberfläche innerhalb des Hohlraums infolge Ablagerung von stückigem Mineral eine Extraktion erreicht wird, die selektiv ist und den besten erreichbaren Ausbeuten entspricht, wobei die schädlichen Wirkungen auf Grund einer Natriumchloridkristallbildung in der Wand in dem Hohlraum nicht eintreten, welche die Verwendung von Salzlösungen als Extraktionsmittel normalerweise ausschließen.It has been shown that by creating a large surface area an extraction within the cavity as a result of the deposition of lumpy mineral is achieved, which is selective and corresponds to the best achievable yields, the harmful effects due to the formation of sodium chloride crystals in the wall in the cavity does not occur, which requires the use of saline solutions normally exclude as extractant.

Es ist anzuraten, darauf zu achten, daß nach dem Deckeneinbruch das nahe der Einbruchzone befindliche Eingangs- oder Ausgangsrohr an der Sohle des Hohlraums endet. Dies ist besonders für das Einlaßrohr zweckmäßig, welches sich in der Regel näher bei der Einbruchszone befindet als die Ausgangsbohrung. Sollte die Eingangsbohrung infolge des Deckeneinbruchs beschädigt worden sein, so wird ein neues Rohr eingesetzt und in bekannter Weise auf die Sohle des Hohlraums vorgetrieben. Das Verfahren kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Zum Beispiel kann der Hohlraum auch in anderer Weise als durch Extraktion hergestellt werden. Er kann z. B. durch Minieren in der unteren natriumchloridreichen Schicht oder in dem unteren Teil der kaliumchloridreichen Schicht erzeugt werden, worauf dann die Hohlraumdecke durch Extraktion und Deckeneinbruch allmählich zu der kaliumchloridreichen Schicht angehoben wird. Es können auch mehr als zwei ummantelte Bohrlöcher zur Bildung eines Hohlraumes eingebracht werden.It is advisable to ensure that the Entrance or exit pipe located near the break-in zone at the bottom of the cavity ends. This is particularly useful for the inlet pipe, which is usually is closer to the collapse zone than the exit well. Should be the entrance hole have been damaged as a result of the ceiling collapse, a new pipe is inserted and propelled in a known manner onto the sole of the cavity. The procedure can can be modified in various ways. For example, the cavity can also be in other than extraction. He can z. B. by mining in the lower sodium chloride-rich layer or in the lower part of the potassium chloride-rich Layer are generated, whereupon the cavity ceiling by extraction and ceiling collapse is gradually raised to the potassium chloride rich layer. It can do more as two jacketed drill holes to form a cavity.

Claims

Claims: 1. Process for the extraction of potassium chloride from natural deposits containing KCl and NaCl, in which a richer KC1 layer lies over a layer which is poorer in KCl but richer in NaCl, in which case a cavity is created in the deposit by introducing water and extracting brine is generated in an embodiment of the method of patent application P29483VIa / Sa, thereby marked that the cavity by means of reducing the water pressure through Collapse of its ceiling layers is enlarged.

2. Embodiment of the method according to claim 1, characterized in that the water pressure is alternately increased and then reduced in order to bring the ceiling of the cavity to collapse until a significantly greater concentration of potassium chloride has formed in the extract liquor, and that one then the liquor is further extracted while introducing water at increased pressure. References considered: USA: Patent Nos. 2,772,868, 2,850,270, 2919909.