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溶液开采含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石

阅读:1049发布:2020-07-31

IPRDB可以提供溶液开采含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种用于从含有碳酸氢钠复盐(如天然碱或碳氢钠石)的地下矿石地层的一个空腔中回收多种碱值物质的溶液开采方法;使用此方法生产至少一种钠基产品的制造工艺;以及通过所述制造工艺获得的钠基产品。该溶液开采方法包括一个矿石溶解阶段(a):在该阶段中将该不协调复盐从一个矿石面中溶解在一个第一溶剂中;以及一个空腔清洗阶段(b):在该阶段中使该溶解阶段(a)的过程中沉积在该矿石面上的碳酸氢钠溶解到一个具有更高pH、氢氧化物含量和/或温度的第二水性溶剂中并且在原位部分地或完全地转化成碳酸钠。该方法进一步包括将从任一阶段中产生的液体抽到地表面上,任选地将一些液体再循环到空腔内;并且使一些液体通过结晶器、反应器和/或电渗析器而形成至少一种经回收的钠基产品。,下面是溶液开采含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石专利的具体信息内容。

1.一种用于从地下矿石地层的至少一个空腔中回收碱值物质的方法,所述矿石包含天然碱和/或碳氢钠石,所述方法包括:在至少一个空腔中进行矿石溶解阶段(a),所述矿石溶解阶段包括:将来自所述空腔的一个矿石面的至少一部分矿石原位溶解到第一水性溶剂中以形成包含碳酸钠的第一液体并使碳酸氢钠沉积在至少部分矿石面上;

在发生所述矿石溶解阶段(a)的相同空腔中进行空腔清洗阶段(b),以使至少部分所述沉积的碳酸氢钠从所述矿石面中被去除,所述清洗阶段(b)包括将至少部分所述沉积的碳酸氢钠原位溶解并任选地将来自该矿石面的至少部分矿石原位溶解到第二水性溶剂中以形成包含碳酸钠的第二液体,所述第二水性溶剂具有选自pH、氢氧化物浓度、温度、以及它们中两个或更多个的任何组合的参数,优选表面参数,其具有比所述溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂更高的值;并且重复所述矿石溶解阶段(a)。

2.根据前述权利要求所述的方法,其中所述第二水性溶剂包含在所述溶解阶段(a)中使用的至少部分第一水性溶剂。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂是通过以下方式非原位形成的:添加蒸汽;添加温度高于第一水性溶剂的热流;和/或添加碱,如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵、氢氧化镁、或它们中两种或更多种的任何组合,优选地,含氢氧化钠和/或氢氧化钙的溶液,至所述溶解阶段(a)中使用的至少部分所述第一水性溶剂中,所述非原位形成是在将通过如此形成的第二水性溶剂注入空腔中以开始清洗阶段(b)之前进行。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其还包括:使从所述空腔中抽出的第一或第二液体的至少一部分通过至少一个电渗析装置以产生含氢氧化钠的溶液,所述含氢氧化钠的溶液提供至少部分所述第二水性溶剂。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其还包括使从所述矿石空腔中抽出的第一液体的至少一部分再循环而被包括在溶解阶段(a)中的第一水性溶剂中;和/或还包括使从所述矿石空腔中抽出的第二液体的至少一部分再循环而被包括在空腔清洗阶段(b)中的第二水性溶剂中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂的参数选择为具有比所述第一水性溶剂的参数更高的值以使第二液体中的碳酸氢钠浓度维持在按重量计

3.5%以下、优选按重量计2%以下、更优选按重量计1%以下。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第一和第二水性溶剂两者包含的碳酸钠的浓度都低于其对应的阶段(a)和(b)中使用的操作条件下的碳酸钠的饱和水平,并且其中所述第二液体包含的碳酸氢钠的浓度低于碳酸氢钠的饱和水平。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂包含一种选自如下的碱:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵、氢氧化镁、以及其中的两种或更多种的任何组合,并且其中所述第一水性溶剂不包含所述碱。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂包含的氢氧化钠的浓度为按重量计从0.5%至10%、优选按重量计从3%至6%。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述矿石溶解阶段(a)进行了第一时间段,优选为从6天至15天;并且其中所述空腔清洗阶段(b)进行了比第一时间段更短的第二时间段,例如矿石溶解阶段(a)的第一时间段是从6天至15天且空腔清洗阶段(b)的第二时间段是从1天至3天。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂具有高于所述第一水性溶剂的流速。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂的所述参数具有的pH或氢氧化物浓度的值高于溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂的值,并且其中所述第二水性溶剂的所述pH或氢氧化物浓度有效地将至少一些溶解的碳酸氢钠转化为所述第二液体中的碳酸钠,并且在所述空腔清洗阶段(b)的过程中还有效地防止碳酸氢钠重新沉积到溶解矿石面上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述第二水性溶剂具有比所述第一水性溶剂更高的表面温度。

14.一种用于从地下矿石地层中生产一种或多种钠基产品的制造方法,所述矿石包含天然碱和/或碳氢钠石,所述方法包括:-进行根据权利要求1至13中任一项所述的用于回收多种碱值物质的方法,以获得包含碳酸钠和/或碳酸氢钠的液体,所述液体包含在阶段(a)中获得的所述第一液体的至少一部分、在阶段(b)中获得的所述第二液体的至少一部分、或所述第一液体的至少一部分与所述第二液体的至少一部分的任何组合;并且-使至少部分所述液体通过选自结晶器、反应器、以及电渗析装置的一种或多种装置,以形成至少一种钠基产品;并且-回收所述至少一种钠基产品。

15.通过权利要求14所述的制造方法获得的钠基产品,其选自倍半碳酸钠、一水碳酸钠、十水碳酸钠、七水碳酸钠、无水碳酸钠、碳酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、以及氢氧化钠。

说明书全文

溶液开采含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2011年12月23日提交的美国临时申请号61/579,652以及于2011年12月23日提交的美国临时申请号61/579,654的权益,为所有目的将这些申请各自的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种通过溶液开采一种含有碳酸钠和碳酸氢钠复盐的矿石而回收多种碱值物质(alkali value)的方法,该矿石是例如天然碱或碳氢钠石,此方法解决了这种复盐的不谐溶问题。

背景技术

[0004] 含碳酸钠和碳酸氢钠二者的地下沉积物在组成上从一个位置到另一个位置发生变化,这是可以预期的,然而,主要的在商业上可开发的沉积物一般具有两种基本组成之一。天然存在的碳酸氢钠矿物之一被称为“碳氢钠石”并且还可以被称为“得瑟米特(decemite)”。这种矿物包含按重量计29.6%Na2CO3和70.4%NaHCO3,呈现每个Na2CO3分子带三个NaHCO3分子的形式,如下:Na2CO3·3NaHCO3。
[0005] 第二种碳酸氢钠矿物是天然存在的被称为“天然碱”的矿物。粗天然碱矿是可含高达99%的倍半碳酸钠(一般为约70%-99%)的一种矿物。倍半碳酸钠是碳酸钠-碳酸氢钠复盐,具有化学式Na2CO3·NaHCO3·2H2O并且它包含46.90wt.%Na2CO3、37.17wt.%NaHCO3和15.93wt.%H2O。粗天然碱还含包含较少量的氯化钠(NaCl)、硫酸钠(Na2SO4)、有机物质、以及不溶物,如粘土和页岩。对在绿河(Green River)中开采的天然碱矿的典型分析显示在表1中。在美国从商业角度看天然碱是重要的,至少是由于在怀俄明州是非常巨大的沉积物。从天然碱生产的最有价值的碱是碳酸钠(Na2CO3)。碳酸钠是在美国生产的最大量的碱类商品之一。在2007年,自怀俄明州的基于天然碱的碳酸钠占整个美国苏打灰产量的大约91%。碳酸钠的主要用途是在玻璃制造工业中并且用于生产小苏打、洗涤剂以及纸制品。由天然碱还可以生产出其他产品,如碳酸氢钠(NaHCO3)、亚硫酸钠(Na2SO3)、苛性钠(NaOH)、倍半碳酸钠(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)、磷酸钠(Na5P3O10)或其他含钠的化学品。
[0006] 表1
[0007]
[0008] 大多数采矿作业使用由煤炭开采行业适配的多种技术实施了某种形式的地下矿石机械提取。用于从地下地层中机械开采含碳酸氢钠的矿石存在着多种不同的系统和开采技术(例如长壁开采、短壁开采、房柱式开采、或不同的组合)。从1940年代末,已经开始对靠近绿河盆地(Green River Basin)的怀俄明州西南部的矿物天然碱的大量沉积物进行了机械开采,并且经过这段时间已经通过五种单独的采矿作业进行了开发。这些采矿作业在地表以下的额定深度的范围是从约800英尺至2000英尺。虽然可以采用这些不同的开采技术中的任何一种来开采天然碱矿,但当使用机械开采技术时,优选的是长壁开采。
[0009] 为了回收这些有价值的碱类产品,通常使用所谓的“一水合物”商业方法以用天然碱来生产苏打灰。当将天然碱机械开采出来时,将粉碎的天然碱矿石进行煅烧(即,加热)来将碳酸氢钠转化成碳酸钠、去除结晶水并形成粗的苏打灰。然后将该粗的苏打灰溶解在水中,并从得到的溶液中分离出不溶物质。将碳酸钠的澄清溶液送入一台一水合物结晶器中,例如一般具有一种或多种效果的高温蒸发器系统(有时称为“蒸发器-结晶器”)中,在此一些水被蒸发掉,并且一些碳酸钠形成一水碳酸钠结晶(Na2CO3·H2O)。将这些一水碳酸钠结晶从其母液中去除并且随后干燥来将这些晶体转化为细密的苏打灰。将大部分母液再循环回到蒸发器系统中,用于另外加工成一水碳酸钠晶体。
[0010] 长壁开采、短壁开采和房柱式开采要求矿工和重型机械处于地下。天然碱的机械开采方法的成本高,占苏打灰生产成本的多达40%。此外,因为首先开发了具有高品质(更少污染)天然碱沉积物的最厚床层(更容易达到的储备)并且现在正被耗尽,所以通过这些方法回收天然碱变得更困难。因此使用机械开采技术接着一水合物方法的组合来生产碳酸钠正变得越来越昂贵,因为更高品质的天然碱沉积物被耗尽并且劳动力和能力成倍升高。此外,新储备的开发是昂贵的,要求多达数百万美元的资本投资以投下新的开采升降井并安装相关的开采和安全(通风)设备。
[0011] 认识到地下机械开采技术的经济和物理限制,已经提出了不同的溶液开采技术。溶解开采允许从包含水溶性矿石的地下地层中回收多种钠值物质而不需要投下昂贵的开采升降井和在地下矿井中使用工人。在其最简单的形式中,溶液开采包括将水或一种水溶液注入地下地层的空腔中、允许该溶液溶解尽可能多的水溶性矿石、将所得盐水泵取到表面上、并且从该盐水中回收所溶解的矿石。
[0012] 关于含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石(有时称为“含碳酸氢钠的矿石”),虽然在室温下天然碱是比碳氢钠石在水中更可溶,但这些矿石在与其他天然存在的、用溶液开采技术“原位”开采的矿物(如岩盐(主要是氯化钠)和钾碱(主要是氯化钾))相比时仍具有较低的溶解度。因此,实施一种开发含碳酸氢钠的矿石(尤其是通过机械开采技术不能经济可行地开采的那些矿石)的溶液开采技术,是相当有挑战性的。
[0013] 首先的尝试可以在授予派克(Pike)的美国专利号2,388,009中提出的一种溶液开采技术中找到。派克披露了一种从怀俄明州的地下天然碱沉积物中生产苏打灰的方法,通过注入一种含与碳酸氢盐相比实质上更多碳酸盐的加热后的盐水(对于天然碱而言它是不饱和的)、将该溶液从地层中抽出、用吸附剂从该溶液中去除有机物质、将该溶液与该吸附剂分离、进行结晶、并从该溶液中回收倍半碳酸钠、煅烧该倍半碳酸盐以产生苏打灰、并且将来自该结晶步骤的母液重新注入该地层中。
[0014] 授予派克的另一个专利美国专利号2,625,384披露了另一种溶液开采方法,该方法使用水作为溶剂在环境温度下从天然碱沉积物的现有开采部分中提取天然碱。将后来的溶液从该矿中抽出并加热,然后将另外干的开采的天然碱溶解于该溶液中以形成具有更浓缩的钠盐值物质的碳酸盐液体,该液体可以随后被处理成碳酸钠。
[0015] 然而,该用于含碳酸氢钠的矿石的溶液开采方法不像其中使用溶液开采多种单盐矿石诸如以便回收氯化钠或氯化钾的情况那样简单,这是由于在含有倍半碳酸钠的矿石(天然碱的主要成分)或碳氢钠石中复杂的溶解度关系。在原位溶解这些类型的地下复盐矿石的一个复杂因素是,碳酸钠和碳酸氢钠在水中具有不同的溶解度和溶解速率。碳酸钠和碳酸氢钠的这些不协调溶解度可能造成在溶液开采过程中碳酸氢钠“堵塞(blinding)”(有时称为“碳酸氢钠堵塞”)。
[0016] 当随着溶液中碳酸盐饱和度的增加,已经溶解在开采溶液中的碳酸氢盐趋向于从溶液中重新沉积到矿石的暴露面上时,发生堵塞,从而阻塞该溶解面并且“堵塞”其碳酸盐值物质进一步溶解和回收。因此堵塞可以减慢溶解并且可能导致在矿井中留下显著量的储备。
[0017] 它可以表明上述问题是由于以下原因而发生:当天然碱例如被溶解于水中时,碳酸氢钠和碳酸钠部分二者同时开始进入溶液中直到溶液对于碳酸氢钠达到饱和。不幸的是,在这一点上存在的所得液相是与呈固相的碳酸氢钠处于平衡的,并且碳酸钠继续溶解而碳酸氢盐开始沉淀出来,直到最终所得的溶液与倍半碳酸钠(天然碱)是处于的平衡状态下,在事实上达到了稳定的固相,其中一个实质性部分的碳酸氢钠从溶液中沉淀出并且更多的碳酸钠已经进入溶液中。碳氢钠石表现出与天然碱非常相同的方式,因为它们均根据其碳酸氢钠和碳酸钠的相应固体百分比组成而进入溶液中,然而更多的碳酸钠想要进入溶液中并且因为这,使得一部分碳酸氢钠返回沉淀出。所得的平衡条件是这样一种:其中与存在于原始固相矿物组成中的相比,实质上更多的碳酸钠以及少得多的碳酸氢钠存在于溶液相中。
[0018] 对该阻塞问题负责的就是这种在该固相矿物的存在下天然碱和碳氢钠石二者在溶液中的不稳定性质的现象。更确切地说,沉淀出的碳酸氢钠如此作用在环境上,因此产生了一种阻碍来抑制水对被捕获和密封在重新沉积的碳酸氢钠下面的更多水溶性碳酸钠的溶剂作用。这个现象的最终结果是逐渐改变这个地层(该水性溶剂作用在该地层上)的有效组成直到它似乎是仅仅由碳酸氢钠构成的。换言之,随着越来越多的碳酸氢钠沉淀出来,这个沉积物密封了多个间隙,穿过这些间隙该水性溶剂可以接近地层中的碳酸钠,由此准许该水性溶剂作用在逐渐更小量的碳酸钠上,直到该水性溶剂可以达到的几乎所有就是该碳酸氢钠阻碍物本身。如之前所述的,两种天然存在的含碳酸氢钠的矿物(即,碳氢钠石和天然碱)表现为相同的方式。苏打石,一种主要包含碳酸氢钠的矿物,由于苏打石基本上不含碳酸钠的事实而不会遭受这种现象。
[0019] 因此预期的是,对一种含碳酸氢钠的矿物的长期溶液开采可能会产生与开始看到的那些相比具有更低碳酸钠值物质和更高碳酸氢钠值物质的盐水。这要求一种方法能够处理变化的盐水等级或必须通过某种手段来避免不谐溶。
[0020] “碳酸氢钠堵塞”是一种已经被公认为是关于天然碱的溶液开采的一项问题的现象。解决此现象的方法例如描述在了一些美国专利中。授予甘西(Gancy)的美国专利号3,184,287披露了一种用于防止矿井中的不谐溶和碳酸氢盐堵塞的方法,是通过使用碱的水溶液,如具有高于碳酸钠的pH的氢氧化钠,作为溶剂来进行溶液开采。在US’287中,在天然碱溶液开采中使用的水性氢氧化钠溶剂通过用石灰将水性碳酸钠苛化而进行再生。
[0021] 授予库比(Kube)的美国专利号3,953,073和福伦特(Frint)的美国专利号4,401,635也披露了使用含氢氧化钠的溶剂进行溶液开采的方法。US‘073描述了水性氢氧化钠用于天然碱和苏打石的溶液开采的用途以及其他含NaHCO3的矿石的用途,并且披露了可以或者通过用氢氧化钙将苏打灰苛化亦或通过将氯化钠电解转化成氢氧化钠来满足这些溶剂要求。
[0022] 授予哥本哈弗(Copenhafer)等人的美国专利号4,652,054披露了在一个三区式槽中使用电渗析法制备的水性氢氧化钠对地下天然碱矿沉积物进行溶液开采的方法,其中从这个抽出的开采溶液中回收苏打灰。
[0023] 授予艾拉迪(Ilardi)等人的美国专利号4,498,706披露了多种电渗析装置副产品,氯化氢和氢氧化钠,作为分离的水性溶剂在用于回收苏打灰的一体溶液开采方法中的用途。该电渗析法生产的水性氢氧化钠被用作主要的溶液开采溶剂并且共同产生的水性氯化氢被用于对NaCl污染的矿石沉积物进行溶液开采以回收一种盐水进料,用于电渗析装置的运行。
[0024] 通过引用将这些专利的它们涉及用碱如氢氧化钠的水溶液来进行溶液开采、以及涉及通过电渗析来制备含氢氧化钠的水性溶剂的传授内容结合在此。
[0025] 不幸的是,为了避免不谐溶,需要在溶液开采过程中一直使用碱,如氢氧化钠或石灰,并且由于其成本高,这样的一直使用会不利地影响此类溶液开采方法的经济性。
[0026] 因此本发明提供了对于在天然碱和/或碳氢钠石的溶液开采过程中与“碳酸氢钠堵塞”相关联的一些问题的补救方案。
[0027] 虽然上述这个“碳酸氢钠堵塞”问题已经并且将要关于天然碱和/或碳氢钠石的开采进行描述,但它还可能应用于任何具有不协调溶解度的复盐矿石的溶液开采。
[0028] 概述
[0029] 本发明涉及一种从地下矿石地层的至少一个空腔中回收多种碱值物质的方法,所述矿石包含碳酸钠和碳酸氢钠的复盐(例如天然碱或碳氢钠石),这种用于多种碱值物质回收的方法包括:在一个溶解阶段中将来自一个自由矿石面的不协调复盐进行溶剂,同时解决碳酸氢钠沉积到该溶解矿石面上(由于这个面的潜在阻塞而造成)的溶解度抑制作用,该抑制作用将限制或阻止进一步的矿石溶解。本发明的方法包括一个空腔清洗阶段,在该阶段中在一种水性溶剂中将所沉积的碳酸氢钠进行溶解并部分或完全地转化成碳酸钠。本发明的方法还包括将从各个阶段获得的一种液体从该地下地层移到表面,在这里该液体一般被进一步处理以回收多种碱值物质,例如苏打灰、碳酸氢钠、亚硫酸钠、和/或从一种含碳酸钠的溶液中可能获得的其他衍生物类。
[0030] 本发明的第一方面涉及一种溶液开采方法。本发明这个第一方面的一个具体实施方案涉及一种用于从地下矿石地层的至少一个空腔中回收多种碱值物质的方法,所述矿石包含天然碱和/或碳氢钠石,所述方法包括:
[0031] 在至少一个空腔中进行一个矿石溶解阶段(a),所述矿石溶解阶段(a)包括:将来自该空腔的一个矿石面的至少一部分矿石原位溶解到一种第一水性溶剂中以形成一种包含碳酸钠的第一液体,并且使碳酸氢钠(发生沉淀)进一步沉积在至少部分矿石面上;
[0032] 在发生该矿石溶解阶段(a)的相同空腔中进行一个空腔清洗阶段(b),以便使至少部分所述沉积的碳酸氢钠从该矿石面中被去除,所述清洗阶段(b)包括:将至少部分所沉积的碳酸氢钠原位溶解并且任选地将来自该矿石面的至少部分矿石原位溶解到一种第二水性溶剂中以形成一种包含碳酸钠的第二液体,所述第二水性溶剂具有选自pH、氢氧化物浓度、温度以及它们的任何组合的参数,该第二水性溶剂具有比在该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂更高的值;并且
[0033] 重复该矿石溶解阶段(a)。
[0034] 所述第二水性溶剂的参数优选地被选择为在该第二液体中有效地将至少一些所溶解的碳酸氢钠转化成碳酸钠。
[0035] 所述第二水性溶剂的参数可以进一步被选择为在该空腔清洗阶段(b)的过程中有效地防止碳酸氢钠重新沉积到该溶解矿石面上。
[0036] 本发明这个第一方面的一个特别优选的实施方案涉及一种用于从地下矿石地层的至少一个空腔中回收多种碱值物质的方法,该矿石地层包含一种选自由天然碱和或碳氢钠石组成的组中的矿石,所述方法包括:
[0037] 在该至少一个空腔中进行一个矿石溶解阶段(a),所述矿石溶解阶段(a)包括:将来自该空腔的一个矿石面的至少一部分矿石原位溶解到一种第一水性溶剂中以形成包含碳酸钠的所述一种液体,并且使碳酸氢钠沉积在至少部分矿石面上;
[0038] 在发生该溶解阶段(a)的相同空腔中进行一个空腔清洗阶段(b),以便使至少部分所述沉积的碳酸氢钠从该矿石面中被去除,所述清洗阶段(b)包括:将至少部分所沉积的碳酸氢钠原位溶解并且任选地将来自该矿石面的至少部分矿石原位溶解到一种第二水性溶剂中以形成一种包含碳酸钠的第二液体,所述第二水性溶剂具有的pH或氢氧化物浓度是高于在该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂的;并且
[0039] 重复该矿石溶解阶段(a)。
[0040] 所述第二水性溶剂的这样的pH或氢氧化物浓度优选地被选择为在该第二液体中有效地将至少一些所溶解的碳酸氢钠转化成碳酸钠并且进一步被选择成在该空腔清洗阶段(b)的过程中有效地防止碳酸氢钠重新沉积到该溶解矿石面上。
[0041] 本发明的第一方面的另一个具体的实施方案涉及一种用于从地下矿石地层的至少一个空腔中回收多种碱值物质的方法,该矿石地层包含一种选自由天然碱和或碳氢钠石组成的组中的矿石,所述方法包括:
[0042] 在该至少一个空腔中进行一个矿石溶解阶段(a),所述矿石溶解阶段(a)包括:将来自该空腔的一个矿石面的至少一部分矿石原位溶解到一种第一水性溶剂中以形成包含碳酸钠的所述一种液体,并且使碳酸氢钠沉积在至少部分矿石面上;
[0043] 在发生该溶解阶段(a)的相同空腔中进行一个空腔清洗阶段(b),以便使至少部分所述沉积的碳酸氢钠从该矿石面中被去除,所述清洗阶段(b)包括:将至少部分所沉积的碳酸氢钠原位溶解并且任选地将来自该矿石面的至少部分矿石原位溶解到一种第二水性溶剂中以形成一种包含碳酸钠的第二液体,所述第二水性溶剂具有的温度高于在该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂的;并且
[0044] 重复该矿石溶解阶段(a)。
[0045] 所述第二水性溶剂的温度优选地被选择为在该第二液体中有效地将至少一些所溶解的碳酸氢钠转化成碳酸钠。所述第二水性溶剂的温度可以进一步被选择为在该空腔清洗阶段(b)的过程中有效地防止碳酸氢钠重新沉积到该溶解矿石面上。
[0046] 本发明的另一方面涉及一种用于从地下矿石地层中制造一种或多种钠基产品的制造工艺,所述矿石包含天然碱和/或碳氢钠石,所述工艺包括:
[0047] 进行根据本发明的第一方面的用于回收多种碱值物质的方法、通过用该第一或第二溶剂来溶解该矿石面以获得一种包含碳酸钠和/或碳酸氢钠的液体,所述液体包含在阶段(a)中获得的所述第一液体的至少一部分、在阶段(b)中获得的所述第二液体的至少一部分、或所述第一液体的至少一部分与所述第二液体的至少一部分的任何组合;
[0048] 使至少部分所述液体通过一个或多个选自下组的装置,该组由以下各项组成:结晶器、反应器、以及电渗析装置,以形成至少一种钠基产品;并且
[0049] 回收所述至少一种钠基产品。
[0050] 这样的钠基产品可以选自下组,该组由以下各项组成:倍半碳酸钠、一水碳酸钠、十水碳酸钠、七水碳酸钠、无水碳酸钠、碳酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、以及其他衍生物。
[0051] 而本发明的第三方面涉及一种选自下组的钠基产品,该组由以下各项组成:倍半碳酸钠、一水碳酸钠、十水碳酸钠、七水碳酸钠、无水碳酸钠、碳酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、氢氧化钠、以及其他衍生物,所述产品是通过根据本发明的第二方面的制造方法而获得的。
[0052] 为了可以更好地理解本发明以下的详细说明,以上内容已经相当概括地指出了本发明的特征和技术优点。下文中将对本发明的另外的特征和优点进行说明,这些形成了本发明的权利要求的主题。本领域的普通技术人员应该认识到,为了实现本发明的相同目的,所披露的概念和具体实施方案可以作为基础容易地用于修改或设计其他方法或工艺。本领域的普通技术人员还应该意识到此类等效的方法或工艺并不偏离如在所附权利要求书中列出的本发明的精神和范围。
[0053] 附图简要说明
[0054] 为了对这些优选实施方案进行详细说明,现在将参考附图,这些附图是为了举例而非限制而提供的,其中:
[0055] 图1a展示了根据本发明的第一实施方案的一种方法,其中对在矿石溶解阶段(a)与空腔清洗阶段(b)之间一个选定的参数有一个阶梯式调整(从值y到y’);
[0056] 图1b展示了根据本发明的第二实施方案的一种方法,其中对在一个矿石溶解阶段(a)之后并且在一个空腔清洗阶段(b)之前进行的过渡阶段(t)的过程中一个选定的参数有一个逐步的调整(从值y到y’),并且其中对在空腔清洗阶段(b)结束时该选定参数的值有一个陡降,以引发下一个矿石溶解阶段(a);
[0057] 图1c展示了根据本发明的第三实施方案的一种方法,其中对在一个矿石溶解阶段(a)之后并且在一个空腔清洗阶段(b)之前进行的过渡阶段(t)的过程中一个选定的参数有一个逐步的升高(从值y到y’),并且其中对在空腔清洗阶段(b)之后并且在随后的矿石溶解阶段(a)之前进行的另一个过渡阶段(t’)的过程中选定的参数有一个逐步的降低;
[0058] 图1d展示了根据本发明的第四实施方案的一种方法,其中在一个矿石溶解阶段(a)之后并且在一个中间阶段(t”)之前有着对一个选定的参数进行的一个阶梯式升高(从值y到y”),并且其中在中间阶段(t”)之后并且在一个空腔清洗阶段(b)之前有着对该选定参数进行的又另一个阶梯式升高(从值y”到y’),随后是参数值的一个陡降(从值y’到y)以引发随后的矿石溶解阶段(a);
[0059] 图2a展示了根据本发明的第五实施方案的一种方法,该方法包括多个阶段的若干循环,每个循环包括进行一个矿石溶解阶段(a)和一个空腔清洗阶段(b),其中对两个选定的参数同时进行调整(在值y1与y1’之间和在y2与y2’之间);
[0060] 图2b展示了根据本发明的第六实施方案的一种方法,该方法包括多个阶段的若干循环,每个循环包括进行一个第一矿石溶解阶段(a)、一个第一空腔清洗阶段(b)、一个第二矿石溶解阶段(a)、以及一个第二空腔清洗阶段(b’),其中对一个第一选定的参数在值y1与y1’之间进行调整以引发该第一清洗阶段(b)并且对一个第二选定的参数在y2与y2’之间进行调整以引发该第二清洗阶段(b’);
[0061] 图2c展示了根据本发明的第七实施方案的一种方法,该方法包括多个阶段的若干循环,每个循环包括进行一个矿石溶解阶段(a)、一个第一空腔清洗阶段(b)、另一个矿石溶解阶段(a)、以及一个第二空腔清洗阶段(b’),其中对该溶剂参数在值y与y’之间和y与y”之间(y”不同于y’)进行调整,图2c使用了图1a中展示的实施方案的重复(周期性使用);
[0062] 图2d展示了根据本发明的第八实施方案的一种方法,该方法包括多个阶段的若干循环,每个循环包括进行一个矿石溶解阶段(a)、一个过渡阶段(t)、一个第一空腔清洗阶段(b)、另一个矿石溶解阶段(a)、另一个过渡阶段(t”)、以及一个第二空腔清洗阶段(b’),其中对该溶剂参数在值y与y’之间和y与y”之间(y”不同于y’)进行调整,图2d使用了图1b中展示的实施方案的重复(周期性使用);
[0063] 图3是一个简化流程图,示意性展示了根据本发明的一种方法的矿石溶解阶段(a)的运行;
[0064] 图4是一个简化流程图,示意性展示了根据本发明的一个实施方案的空腔清洗阶段(b)的运行;
[0065] 图5是一个简化流程图,示意性展示了根据本发明的另一个实施方案的空腔清洗阶段(b)的运行;
[0066] 图6是一个简化流程图,示意性展示了根据本发明的又另一个实施方案的空腔清洗阶段(b)的运行;并且
[0067] 图7是碳酸钠-碳酸氢钠在水中的溶解度的图。
[0068] 在这些附图中,相同的数字对应于相似的参考对象。
[0069] 附图不必是按刻度或按比例的。一些特征可能被省略或在尺寸上强化以更好地展示它们。
[0070] 定义
[0071] 在以下说明中,一组要素包括一个或多个要素。
[0072] 多个要素包括两个或更多个要素。
[0073] 对“一个”要素的任何提及应理解为包含“一个或多个”要素。
[0074] 术语“溶解度”是指一种化合物在一种水溶液中的溶水度。
[0075] 术语“脱碳酸氢盐”是指减少一个流中的碳酸氢盐的量的作用。
[0076] 术语“碳酸氢盐”是指在一种组合物中存在着碳酸氢钠和碳酸钠二者,无论该组合物是呈固体的形式(如天然碱)或是呈液体的形式(如一种液体)。例如,含碳酸氢盐的流描述了一种含碳酸氢钠和碳酸钠二者的流。
[0077] 表征了地表处的一种溶剂和/或液体(例如,在注入空腔中之前)的参数可以指定为“地表”参数。
[0078] 表征了在该空腔内的一种溶剂和/或液体的参数可以指定为“原位”参数。
[0079] 术语“包括”囊括了“主要由……组成”以及还有“由……组成”。
[0080] 在本申请中,在将一种要素或组分说成是包括在和/或选自一列所列举的多个要素或组分之中的地方,应该理解的是在此处明确考虑到的相关实施方案中,该元素或组分还可以是这些单独的列举出的要素或组分中的任何一个并且还可以选自一个由这些明确列举出的要素或组分中的任何两个或更多个所组成的组。在一列要素或组分中列举的任何要素或组分可以从这个列表中省去。进一步地,应该理解的是在此描述的一种设备、工艺或方法的要素和/或特征可以按多种方式进行组合而并不背离本传授内容的范围和记载,无论在此是明显的或是暗示的。
[0081] 在此使用的单数“一个或一种(a/one)”包括复数(并且反之亦然),除非另外明确地陈述。
[0082] 如在此使用的,用于要素A和B的短语“A和/或B”是指以下可能的选项:要素A;或要素B;或要素A与B的组合(A+B)。
[0083] 用于元素Ai(i=1至n,其中n≥3)的短语‘A1、A2、...和/或An’是指以下选择:任何单一的要素Ai(i=1、2、...n);或选自A1、A2、...、An中的两个至(n-1)个要素的任何子组合;或所有要素Ai(i=1、2、...n)的组合。例如,短语“A1、A2、和/或A3”是指以下选择:A1;A2;A3;A1+A2;A1+A3;A2+A3;或A1+A2+A3。此外,如果在一个数值之前使用术语“大约”,那么当前的这些传授内容同样包括该具体的数值其本身,除非另外确切地指明。如在此使用的,术语“大约”是指从额定值的+-10%的变化,除非另外明确地陈述。
[0084] 详细说明
[0085] 以下详细说明通过举例方式并且不是必然地以限制的方式展示本发明的实施方案。
[0086] 应该注意的是,关于一个方面或一个实施方案所描述的任何特征都与另一个方面或实施方案是可互换的,除非另外陈述。
[0087] 本发明的第一方面提供了一种用于从包含碳酸钠和碳酸氢钠二者的地下矿石地层的空腔中回收多种碱值物质的溶液开采方法,该方法采用了至少两个溶液开采阶段、使用了在选自下组的至少一个参数上不相同的多种水性溶剂,该组由以下各项组成:pH、氢氧化物浓度、以及温度。一个阶段优选是矿石溶解阶段(a),该阶段包括在空腔中的一个自由矿石面与一种第一水性溶剂相接触时矿石溶解在该空腔中并且该阶段可以进一步包括使碳酸氢钠沉积到该溶解矿石面的一些上。另一个阶段优选是空腔清洗阶段(b),该阶段包括使用一种第二水性溶剂来清洗可能被沉积的碳酸氢钠所阻塞的这个或这些矿石面。应当理解的是,该空腔清洗阶段(b)还可以包括使来自与该第二水性溶剂相接触的并且没有被阻塞和/或不再被沉积的碳酸氢钠所阻塞的矿石面的至少一部分的矿石溶解。
[0088] 在优选的实施方案中,在溶解开采过程中中有着周期性使用该空腔清洗阶段(b)。
[0089] 虽然在这些不同阶段中使用的这些(第一和第二)水性溶剂各自中有意义的一个或多个特定参数(温度、pH、和/或氢氧化物浓度)可以在将这些(第一和第二)水性溶剂注入该空腔中之后并且在其与要溶解的种类相接触的过程中进行原位测量,但此参数优选是在将这些(第一和第二)水性溶剂注入该空腔之前在地表处测量的。这样,在地表处测量的一种参数可以被指定为“地表”参数。
[0090] 这些第一和第二水性溶剂在至少一个参数上不相同,并且该第二水性溶剂的这个参数被选择为在该第二液体中有效地将至少一些所溶解的碳酸氢钠转化成碳酸钠。该第二水性溶剂的这个参数还可以根据它在该空腔清洗阶段(b)的过程中防止碳酸氢钠重新沉积到该溶解矿石面上方面的有效性进行选择。
[0091] 优选地,在该空腔清洗阶段(b)的过程中使用的(第二)水性溶剂不同于在矿石溶解阶段(a)中使用的(第一)水性溶剂之处是具有更高的氢氧化物浓度、更高的pH、和/或更高的温度。
[0092] 更优选地,在该空腔清洗阶段(b)的过程中使用的第二水性溶剂与在矿石溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂相比具有更高值的一个地表参数,例如具有更高的地表氢氧化物浓度、更高的地表pH、和/或更高的地表温度。
[0093] 该清洗阶段(b)的持续时间可以等于或小于该矿石溶解阶段(a)的持续时间,优选地小于阶段(a)的持续时间。
[0094] 这两个阶段(a)和(b)可以按交替模式使用。就是说,存在着由使一个矿石溶解阶段(a)和一个空腔清洗阶段(b)交替而组成的一个操作循环。
[0095] 根据一种用于从地下矿石地层的至少一个空腔中回收多种碱值物质的方法的另一个方面,其矿石包含天然碱或碳氢钠石或由这些组成,此方法包括:
[0096] 在以下各项之间进行交替
[0097] 在该至少一个空腔内进行的并且产生了一种第一液体的一个矿石溶解阶段(a);以及
[0098] 在发生溶解阶段(a)的相同空腔之内进行的一个空腔清洗阶段(b),并且该阶段产生了一种第二液体,
[0099] 所述第一和第二液体均包含碳酸钠,所述第一和第二液体各自的至少一部分从该地下矿石地层中被抽出并且被用于回收多种碱值物质,
[0100] 其中该矿石溶解阶段(a)包括:将来自该矿石面的至少一部分矿石原位溶解到一种第一水性溶剂中以形成包含碳酸钠的所述第一液体并且使碳酸氢钠沉积到至少部分矿石面上;并且
[0101] 其中进行该空腔清洗阶段(b)是为了使至少部分所述沉积的碳酸氢钠从该矿石面上被去除,所述空腔清洗阶段(b)包括:将至少部分所沉积的碳酸氢钠原位溶解并且任选地将来自该矿石面的至少一部分矿石原位溶解到一种第二水性溶剂中以形成所述第二液体,所述第二水性溶剂具有与在该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂相比更高的pH、更高的氢氧化物浓度和/或更高的温度;
[0102] 所述第二水性溶剂的pH、氢氧化物浓度和/或温度在该第二液体中有效地将至少一些所溶解的碳酸氢钠转化成碳酸钠;并且
[0103] 所述第二水性溶剂的pH、氢氧化物浓度和/或温度进一步有效地防止碳酸氢钠重新沉积到该溶解矿石面上。
[0104] 所述第二水性溶剂的pH、氢氧化物浓度和/或温度优选地是“地表”参数。
[0105] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂包含在该溶解阶段(a)中使用的至少部分第一水性溶剂。
[0106] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂是在将如此形成的第二水性溶剂注入该空腔中以引发该清洗阶段(b)之前非原位形成的,是通过将蒸汽、一种热流和/或一种碱加入在该溶解阶段(a)中使用的至少部分所述第一水性溶剂之中。
[0107] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂是在将如此形成的第二水性溶剂注入该空腔中以引发该清洗阶段(b)之前非原位形成的,是通过一种将含氢氧化钠和/或氢氧化钙的溶液加入在该溶解阶段(a)中使用的至少部分所述第一水性溶剂之中。
[0108] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂是非原位形成的,是通过使从该空腔中抽出的第一或第二液体的至少一部分通过至少一个电渗析装置以产生一种含氢氧化钠的溶液,所述含氢氧化钠的溶液提供了至少部分所述第二水性溶剂。
[0109] 在一些实施方案中,该方法进一步包括使从该矿石空腔中抽出的至少部分第一液体再循环而被包括在该溶解阶段(a)中的第一水性溶剂中;和/或进一步包括使从该矿石空腔中抽出的至少部分第二液体再循环而被包括在该空腔清洗阶段(b)中的第二水性溶剂中。
[0110] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂的参数值(高于该第一水性溶剂的参数值)被选择为使该第二液体中的碳酸氢钠浓度维持在按重量计3.5%以下、优选按重量计2%以下、更优选按重量计1%以下。例如,当该参数为pH并且该第二水性溶剂中的pH值高于该第一水性溶剂中的时,该第二水性溶剂中的pH值被选择为使该第二液体中的碳酸氢钠浓度维持在按重量计3.5%以下、优选按重量计2%以下、更优选按重量计1%以下。
[0111] 在一些实施方案中,该第一和第二水性溶剂两者包含的碳酸钠的浓度是低于在其对应的阶段(a)和(b)中使用的运行条件下的碳酸钠的饱和水平。
[0112] 在一些实施方案中,该第二液体包含的碳酸氢钠的浓度是低于碳酸氢钠的饱和水平。
[0113] 在一些实施方案中,该第一水性溶剂包含的总碱含量是从0至12%,并且其中该第二水性溶剂包含的总碱含量是从0至8%。
[0114] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂包含一种选自下组的碱,该组由以下各项组成:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵、氢氧化镁、以及其中的两种或更多种的任何组合。在这样的情况下,该第一水性溶剂也可以包括这样的碱,但浓度远低于该第二溶剂,或者可能不包括这样的碱。
[0115] 在多个具体实施方案中,该第二水性溶剂可以包含浓度为从按重量计0.5%至10%、优选按重量计从3%至6%的氢氧化钠。在这样的情况下,该第一水性溶剂还可以包含的氢氧化钠具有比第二溶剂相比更低的NaOH浓度,例如按重量计从0.1%至3%的NaOH;
或该第一水性溶剂可以不包含氢氧化钠。
[0116] 在一些实施方案中,该矿石溶解阶段(a)进行了第一时间段;并且该空腔清洗阶段(b)进行了第二时间段,该第二时间段是等于或优选短于该第一时间段。例如,该矿石溶解阶段(a)的第一时间段可以是从6天至15天;而该空腔清洗阶段(b)的第二时间段可以是从1天至3天。在一些情况下,该矿石溶解阶段(a)的第一时间段与该空腔清洗阶段(b)的第二时间段之比是从2至15、优选从5至10。
[0117] 在一些实施方案中,该第二水性溶剂可以具有高于该第一水性溶剂的流速。
[0118] 在一些实施方案中,当该第二水性溶剂具有高于在该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂的pH和/或氢氧化物浓度(优选地表pH、地表氢氧化物浓度)时,该第二水性溶剂的此pH或氢氧化物浓度在第二液体中有效地将至少部分所溶解的碳酸氢钠转化为碳酸钠、并且进一步在该空腔清洗阶段(b)的过程中有效地防止碳酸氢钠重新沉积到该溶解矿石面上。
[0119] 在另外的或替代的实施方案中,该第二水性溶剂具有高于该第一水性溶剂的地表温度。
[0120] 现在将参照附图来描述根据本发明的不同的优选实施方案。关于这些附图所描述的参数涉及选自下组的溶剂参数,该组由以下各项组成:pH、氢氧根含量、和温度。该参数优选地是选自下组的溶剂地表参数,该组由以下各项组成:地表pH、地表氢氧根含量、和地表温度。
[0121] 图1a展示了根据本发明的方法的这样的方面,其中在一个矿石溶解阶段(a)之后与一个空腔清洗阶段(b)之前该选定的参数值有一个阶梯式调整(从基线值y到调整后值y’),以及该空腔清洗阶段(b)之后并且在另一个矿石溶解阶段(a)之前该选定参数值有另一个阶梯式调整(从y’回到基线值y)。阶段(a)-(b)的这个循环在本方法的过程中可以重复。在多个优选的实施方案中,在溶解开采的过程中有周期性使用该空腔清洗阶段(b)。例如在图2a、图2b和图2c中展示了这样的周期性使用。
[0122] 在其他实施方案(未展示)中,该清洗阶段(b)可以在本发明的溶液开采方法的过程中使用一次。
[0123] 本发明的另一个实施方案涉及一种溶液开采方法,该方法包括一个矿石溶解阶段(a)和一个清洗阶段(b)并且进一步包括在该矿石溶解阶段(a)与该清洗阶段(b)之间进行的一个或多个过渡阶段(t)、(t’)。该矿石溶解阶段(a)和该清洗阶段(b)总体上的不同之处在于使用了选自下组的至少一个特定参数,该组由以下各项组成:pH、氢氧化物浓度和温度(优选地该清洗阶段具有更高的pH、和/或更高的氢氧化物浓度和/或更高的温度)。当使用过渡阶段(t)和/或(t’)时,其持续时间优选是等于或小于该空腔清洗阶段(b)的持续时间。该方法的此实施方案可以例如通过图1b和1c来展示。
[0124] 在图1b中,在一个矿石溶解阶段(a)之后并且在一个空腔清洗阶段(b)之前有进行的一个过渡阶段(t);在该第一矿石溶解阶段(a)之后并且在该空腔清洗阶段(b)之前在进行的过渡阶段(t)的过程中该选定的参数值有一个逐步升高(从值y到y’),并且在该空腔清洗阶段(b)的结束时有该选定参数的值的陡降(从值y’到y),以引发下一个矿石溶解阶段(a)。阶段(a)-(t)-(b)的这个循环在该溶液开采操作中可以重复。
[0125] 在图1c中,在一个矿石溶解阶段(a)之后并且在一个空腔清洗阶段(b)之前有进行的一个过渡阶段(t)以及在该空腔清洗阶段(b)之后并且在下一个矿石溶解阶段(a)之前有进行的另一个过渡阶段(t’)。在该过渡阶段(t)的过程中该选定参数有一个逐步升高(从值y到值y’),并且在该空腔清洗阶段(b)之后并且在随后的矿石溶解阶段(a)之前进行的另一个过渡阶段(t’)的过程中该选定参数有一个逐步降低(从值y’到值y)。阶段(a)-(t)-(b)-(t’)的这个循环在该溶液开采操作中可以重复。
[0126] 过渡阶段(t)可以允许该具体选定的溶剂参数从在该矿石溶解阶段(a)中使用的一个初始值(y)(有时称为基线值)被调整到在该空腔清洗阶段(b)中使用的一个所希望的更高值(y’)。该过渡阶段(t’)可以允许该特定的参数从在该空腔清洗阶段(b)中使用的更高溶剂参数值(y’)被调整到有待在该溶解阶段(a)中使用的其初始更低值(y)(如所示的)或另一个小于y’的值。这种参数调整(优选地其值升高)可以是阶梯式的或可以是逐步的,采用从y到y’的陡然变化或逐步变化,或反之亦然。例如,该过渡阶段(t)可以包括将在矿石溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂的氢氧化物浓度或pH的值从其初始值y升高至在该空腔清洗阶段(b)中使用的第二水性溶剂的氢氧化物浓度或pH的所希望的值y’,例如通过添加一定量的碱(例如碱性氢氧化物)到该第一水性溶剂中以实现该第二水性溶剂的所希望的pH或氢氧化物浓度值y’。对于另一个实例,该过渡阶段(t)可以包括将在矿石溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂的温度从基线值y升高至在该空腔清洗阶段(b)中使用的溶剂温度的所希望的值y’,例如通过添加一定量的蒸汽或热流到该第一水性溶剂中以实现该第二水性溶剂的所希望的温度值y’,其中该热流是具有高于该第一水性溶剂的温度的流(优选具有更高的地表温度)。
[0127] 在优选的实施方案中,在溶解开采过程中有周期性使用一个或多个过渡阶段(t)以及一个或多个空腔清洗阶段(b)。在例如图2d中展示了这样的周期性使用。
[0128] 本发明的第一方面的又另一个实施方案提供了一种包括多于两个连续阶段的溶液开采方法。第一阶段可以包括一个矿石溶解阶段(a)并且最后一个阶段可以包括一个空腔清洗阶段(b),而在该第一与最后一个阶段之间可以进行一个或多个中间阶段(i)。该一个或多个中间阶段(i)可以使用的一种溶剂与在直接前一个阶段中使用的溶剂相比具有更高氢氧化物浓度、和/或更高pH、和/或更高温度。在本发明的第一方面的这个实施方案中,当最后一个清洗阶段(b)完成时,可以重复第一阶段(a),由此建立一个具有多个溶液开采阶段的循环,其中进行了选自由pH、氢氧化物浓度和温度组成的组中,优先选自由地表温度、地表pH、和地表氢氧化物浓度组成的组中的至少一个参数的值的升高。该溶液开采方法的这个实施方案可以例如通过图1d展示。
[0129] 在图1d中,在一个矿石溶解阶段(a)之后与一个空腔清洗阶段(b)之前有进行的一个中间阶段(i)。该选定的参数有一个阶梯式升高(从值y到y”)以引发该中间阶段(i),并且在该中间阶段(i)之后并且在该空腔清洗阶段(b)之前该选定的参数有进行的另一个阶梯式升高(从值y”到值y’)、接着是该参数值的陡降(从y’至y)以引发另一个矿石溶解阶段(a)。这个(a)-(i)-(b)循环在该溶液开采操作的过程中可以重复。
[0130] 本发明的第一方面的又另一个实施方案提供了一种循环式溶液开采方法,该方法包括一个矿石溶解阶段(a)和一个空腔清洗阶段(b),其中可以调整两个不同的参数,这样使得它们的值两者在该空腔清洗阶段(b)的过程中均高于在该矿石溶解阶段(a)的过程中的。
[0131] 图2a展示了根据本发明的第一方面的这样的实施方案。存在一个矿石溶解阶段(a),其特征为一个第一参数(具有基线值y1)例如溶剂温度以及一个第二参数(具有基线值y2)如溶剂pH和/或氢氧根含量并且为了引发该空腔清洗阶段(b),该第一和第二参数值有着分别从y1到y1’和从y2到y2’的同时的阶梯式升高。这个(a)-(b)循环在该溶液开采操作过程中重复。虽然图2a展示了对第一和第二参数二者的同时阶梯式调整,但根据图1a至1d的任何参数调整技术都可以应用于根据本发明的第一方面的这个实施方案中用于在该空腔清洗阶段(b)中的第一和第二参数之一或二者。
[0132] 根据本发明的第一方面的一个替代实施方案提供了一种循环式溶液开采方法,该方法包括一个矿石溶解阶段(a)和至少两个类型的空腔清洗阶段(b)和(b’),其中在一个第一空腔清洗阶段(b)过程中可以调整一个第一参数(优选从基线值到一个更高的值),并且在一个第二空腔清洗阶段(b’)过程中可以调整一个第二参数(与第一参数相同或不同)(优选到一个更高的值)。就是说,对第一和第二参数的调整总体上不是同时的,但可以随时间滚动使用。
[0133] 图2b展示了根据本发明的溶液开采方法的这样的实施方案。存在着一个矿石溶解阶段(a),其特征为一个第一参数(值为y1)和一个第二参数(值为y2),接着是该第一参数的值从y1到y1’的阶梯式升高以引发该第一空腔清洗阶段(b)将其维持某个时间段(p1)。存在着该第一参数的值从y1’到y1的一个阶梯式降低以便重复该矿石溶解阶段(a),之后是该第二参数的值从y2到y2’的一个阶梯式升高以便引发该第二空腔清洗阶段(b’)将其维持某个时间段(p2),其中时间段(p2)可以不同于在图2b所示的阶段(b)中的时间段(p1)或可以相同。存在着该第二参数的值从y2’到y2的一个阶梯式降低以便进行又另一个矿石溶解阶段(a)。这个(a)-(b)-(a)-(b’)循环在该溶液开采操作的过程中可以重复。虽然图2b展示了对第一和第二参数的错开的阶梯式调整,但根据图1a至1d的任何参数调整技术都可以应用于本发明第一方面用于清洗阶段(b)中的第一参数和清洗阶段(b’)的第二参数。
[0134] 在一个具体实施方案中,该循环式溶液开采方法包括一个矿石溶解阶段(a)和至少两个空腔清洗阶段(b)和(b’),其中对该溶剂参数进行调整(优选将其基线值升高到一个更高的值)以引发并进行一个第一空腔清洗阶段(b),并且对相同的参数进行调整(优选将其相同的基线值升高到又另一个高的值)以引发并进行一个第二空腔清洗阶段(b’)。就是说,对该溶剂参数的这两种调整不是同时的、并且在这些清洗阶段(b)和(b’)运行时的这些升高后的值方面不相同。
[0135] 图2c和2d展示了根据本发明的溶液开采方法的这样的实施方案。存在着一个矿石溶解阶段(a),其特征为一个溶剂参数(基线值为y),该溶剂参数被升高到一个更高的值(y”)并且在y”维持了某个时间段(p)以进行该第一空腔清洗阶段(b)。用以开始该清洗阶段(b)的溶剂参数的升高可以是一个阶梯式升高(如图2c所示)或经由一个过渡阶段(t)的一种逐步升高,如图2d所示。然后该溶剂参数的值从y”再次降低到基线,例如在图2c和2d中所示的阶梯式降低或经由另一个过渡阶段的逐步降低(未示出)以便重复该矿石溶解阶段(a),之后是该溶剂参数值从基线值y到y’(y’不同于y”)的另一次升高以进行该第二空腔清洗阶段(b’),该第二空腔清洗阶段被维持了某个时间段(p’),其中阶段(b’)的时间段(p’)可以如图2c中所示的不同于阶段(b)的时间段(p)或者如图2d中所示的是相同的。用以开始阶段(b’)的溶剂参数的升高可以是一个阶梯式升高(图2c)或是经由一个过渡阶段(t”)的一种逐步升高,如图2d所示。存在着该溶剂参数的值从y’到y的再次降低以便进行又另一个矿石溶解阶段(a)。图2c中所示的(a)-(b)-(a)-(b’)循环或图2d中所示的(a)-(t)-(b)-(a)-(t”)-(b’)循环或其组合在该溶液开采操作的过程中可以重复。
[0136] 在优选的实施方案中,该矿石包含一种复盐,例如包含碳酸钠和碳酸氢钠。有待进行溶液开采的矿石优选包含至少一种选自由天然碱和碳氢钠石组成的组中的蒸发岩矿物。天然碱矿石是可包含高达99%、一般从70%至99%的倍半碳酸钠(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)的一种矿物。该矿石更优选地包含Na2CO3·NaHCO3·2H2O(倍半碳酸钠)和/或Na2CO3·3NaHCO3(碳氢钠石)。
[0137] 本发明的一个具体实施方案提供了一种用于从天然碱中回收钠价值的溶液开采方法。然而,应当理解的是就天然碱开采而言所描述的任何以下或以上实施方案都同等地适用于对其他包含复盐(如碳氢钠石)的非燃烧性矿石的开采,除非另外指出。
[0138] 在优选的实施方案中,该溶解阶段(a)和该空腔清洗阶段(b)使用了在选自由pH、氢氧化物浓度和温度组成的组中的至少一个参数(优选为地表参数)上不相同的多种水性溶剂。
[0139] 在一些实施方案中,该第二溶剂和/或液体的原位参数是这样的以使得将第二液体中碳酸氢钠的浓度维持在按重量计3.5%以下、优选按重量计2%以下、优选按重量计1%以下。
[0140] 在本发明的优选实施方案中,在空腔清洗阶段(b)中使用的该第二水性溶剂可以具有与在该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂相比更高的pH和/或氢氧化物浓度。该pH和/或氢氧化物浓度优选地是‘地表’参数。
[0141] 该第一和第二水性溶剂的地表pH在对该溶解和清洗阶段注入的时候可以相同或不相同。
[0142] 如果该第一和第二水性溶剂的地表pH在注入的时候不相同,优选地该第二水性溶剂在该空腔清洗阶段(b)的过程中在注入时候的地表pH可以高于在该矿石溶解阶段(a)的过程中所注入的第一水性溶剂的地表pH。
[0143] 该第一水性溶剂的地表pH可以是至少8.4,优选至少8.5。该第一水性溶剂的地表pH可以是高达10的值。对于该第一水性溶剂,从8.4到9.6的pH范围可以是合适的。对于该第一水性溶剂,从8.4到9.6的pH范围可以是合适的。
[0144] 该第二水性溶剂的地表pH可以是至少8.9,优选至少9.0,或至少9.2,或至少9.5,或至少10。该第二水性溶剂的地表pH可以是高达12的值。对于该第二水性溶剂,从
10到11.5的pH范围可以是合适的。
[0145] 如果该第一和第二水性溶剂的地表pH在注入的时候是不同的,优选地,该第二水性溶剂在空腔清洗阶段(b)的过程中在注入的时候的地表pH可以是大于在该矿石溶解阶段(a)过程中中注入的该第一水性溶剂的地表pH。例如,该第二水性溶剂在该空腔清洗阶段(b)的过程中在注入的时候的地表pH与在该矿石溶解阶段(a)的过程中注入的该第一水性溶剂的地表pH相比可以是大出至少0.5pH单位,优选地大出至少0.75pH单位。
[0146] 在一些实施方案中,该第二溶剂和/或液体的原位pH是高于该第一溶剂和/或液体的原位pH,以保持该第二液体中的碳酸氢钠浓度是低于按重量计3.5%,优选地低于按重量计2%,更优选地低于按重量计1%。该第一液体的碳酸氢钠浓度总体上是高于按重量计3.5%,优选高于按重量计5%,并且可以甚至是高于按重量计8%。
[0147] 在多个优选的实施方案中,该第二水性溶剂还可以包含一种选自下组的碱,该组由以下各项组成:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵、氢氧化镁、以及它们中两种或更多种的任何组合。
[0148] 该第二水性溶剂优选地包括氢氧化钠。该第二水性溶剂中的NaOH浓度可以是按重量计从0.5%至10%的NaOH,优选按重量计从3%至6%的NaOH,更优选按重量计从3.5%至5.5%的NaOH,最优选按重量计从4.5%至5.5%的NaOH。
[0149] 当该第二水性溶剂包含氢氧化钠和/或氢氧化钙时,在该方法中使用的至少部分这种氢氧化钠和/或氢氧化钙是得自分别从该溶解阶段(a)以及该空腔清洗阶段(b)中产生的第一和第二液体中任一者或两者中所回收的多种碱值物质之一。
[0150] 作为一个非限制性的实例,可以使用电渗析作为获得氢氧化钠溶液的一种手段,这样使得包含氢氧化钠的可以在该清洗阶段(b)中使用的第二水性溶剂可以包含这种氢氧化钠溶液或其一部分。在该溶解阶段(a)和/或甚至清洗阶段(b)中产生的至少部分液体可以于再循环此部分到空腔中之前通过一个或多个电渗析装置。此种电渗析操作允许从该含碳酸钠的溶液形成氢氧化钠。在一个电渗析装置中使用的适当的电渗析技术以及适当的膜可以在授予Mischi等人的美国专利号6,924,318,授予Posar等人的美国专利号5,888,368,都授予Detournay等人的US2010/0284891和US2010/0282614中找到,将每一个通过引用结合在本申请中。
[0151] 优选地,该第一水性溶剂可以排除与在该空腔清洗阶段(b)的过程中该第二溶剂中使用的同一种碱(例如,碱化合物)。该第一溶剂优选地不含氢氧化钠或氢氧化钙。可替代地,该第一水性溶剂可以包含同一种碱(例如,碱化合物),尽管其浓度远远低于该第二水性溶剂的。如果该第一溶剂包含一种氢氧化物化合物,例如氢氧化钠或氢氧化钙,那么该第一溶剂优选地包含按重量计小于1%,优选地小于0.5%的氢氧化物。
[0152] 对于该溶解以及清洗阶段,该第一和第二水性溶剂的地表温度在注入的时候可以是相同或不同的。
[0153] 如果该第一和第二水性溶剂的地表温度在注入的时候是不同的,优选地,该第二水性溶剂在空腔清洗阶段(b)的过程中在注入的时候的地表温度与在该矿石溶解阶段(a)的过程中注入的该第一水性溶剂的地表温度可以高出至少3℃,或高出至少5℃,或高出至少8℃,或甚至高出至少10℃,或甚至高出至少15℃。
[0154] 所注入的第一和/或第二水性溶剂的地表温度可以从环境地表温度到250°F(121℃),优选地高达220℃(104℃)而变化。该第一和/或第二水性溶剂的地表温度可以在从0°F到200°F(从-17.7℃至104℃)之间,优选地大于32°F并且高达
200°F(>0℃至104℃)。可以使用温度是在100°F与220°F(37.8℃-104℃)之间、或在104°F与176°F(40℃-80℃)之间、或在140°F与176°F(60℃-80℃)之间、或在100°F与150°F(37.8℃-65.6℃)之间,或在60°F与90°F(15.6℃-32.2℃)之间的一种第一溶剂。该溶剂的地表温度越高,则水溶性矿物组分(例如,所希望的碳酸氢钠)的原位溶解速率就越高。
[0155] 被移除到表面上的液体具有的地表温度总体上是低于在注入该空腔中的时候的水性溶剂的地表温度。所得到的提取液的地表温度可以是比该注入溶剂的地表温度低出至少3℃,或低出至少5℃,或低出至少8℃,或甚至低出至少10℃。
[0156] 在另外或替代的实施方案中,在该空腔清洗阶段(b)的过程中形成的第二液体可以具有的原位温度是等于或高于在该矿石溶解阶段(a)的过程中形成的第一液体的温度。
[0157] 在任一阶段中所形成的液体的原位温度可以在其暴露于地下矿石时由于热量损失到更冷的环境中而从其注入点发生变化。此外,矿石溶解总体上是吸热的。因此,在任一阶段中形成的液体的原位温度随着其在空腔中停留时间的增加而降低。也就是说,液体将在空腔中停留的越长,则将观察到的温度下降越大。当该第一和/或第二液体达到其例如通过生产井而提取到表面上的点时,该原位温度最终将接近或匹配该矿石的温度。因为从该开采区提取出的第一液体可以是相对于碳酸钠成饱和的并且可以具有一个与该地下矿石平衡的温度,所以受此温度限定的所希望溶质的饱和水平将贯穿该空腔的增大和生产而保持不变,因此提供了一种具有所希望溶质(例如,钠值物质)的恒定含量的液体。以这种方式,所希望溶质的液体含量可以在溶液开采作业的溶解和清洗阶段的每一阶段中不随时间而波动。
[0158] 然而,总体上,在任一阶段中注入到该空腔中的溶剂的流速被选择为(足够高)这样使得在该注入溶剂与该抽出液体之间的地表温度之差是小于20℃,优选地小于15℃,更优选地小于℃。在该注入溶剂与该抽出液体之间的地表温度之差可以是在5℃与10℃之间。
[0159] 在某些实施方案中,该溶解阶段(a)与该空腔清洗阶段(b)使用了相对于选自下组的两个或更多个(表面或原位)参数上不同的水性溶剂和/或液体,该组由以下各项组成:pH、氢氧化物浓度、以及温度。例如,在该清洗阶段(b)中所使用的第二水性溶剂与该溶解阶段(a)中所使用的第一水性溶剂相比可以具有更高的地表pH和/或氢氧化物浓度连同更高的地表温度。
[0160] 在某些实施方案中,该第二水性溶剂可以包含在该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂。
[0161] 在多个优选实施方案中,该第二水性溶剂可以非原位形成(就是说,不是在该空腔内),是通过在如此形成的第二水性溶剂注入到有待引发或进行的清洗阶段(b)的空腔中之前向在该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂中添加以下项:一种碱,一种热流(具有一个温度,优选一个地表温度,是高于所述第一水性溶剂的温度),和/或蒸汽。
[0162] 在多个更优选实施方案中,该第二水性溶剂是非原位形成的,是通过在如此形成的第二水性溶剂注入到有待引发或进行的清洗阶段(b)的空腔中之前将一种含氢氧化钠和/或氢氧化钙的溶液或浆料或悬浮液加入到在该溶解阶段(a)中使用的至少部分所述第一水性溶剂中。
[0163] 在多个替代的或另外的实施方案中,该第二水性溶剂可以是非原位形成的,通过在如此形成的第二水性溶剂注入到有待引发或进行的清洗阶段(b)的空腔中之前将在该溶解阶段(a)中使用的至少部分第一水性溶剂通过一个换热器来调整(优选地增加)该地表温度。
[0164] 通过该换热器可以在碱的加入之前或之后进行。
[0165] 为了制造该第二溶剂,将一个流(包含或组成为:蒸汽、碱、和/或热流,例如热水流或热的含碳酸钠溶液)添加到至少部分该第一水性溶剂中可以同时并且在同一位置进行,或者可以在不同的位置进行。例如,该碱和/或该热流可以是非原位添加的同时可以在原位添加蒸汽。
[0166] 在多个又替代的或另外的实施方案中,该第二水性溶剂可以是非原位形成的,通过在如此形成的第二水性溶剂注入到有待引发清洗阶段(b)的空腔中之前将一种碱、一个热流(例如,热水流和/或热的含碳酸钠溶液,其具有的温度,优选地表温度是高于该第一水性溶剂的温度)和/或蒸汽添加到在该溶解阶段(a)中使用的至少部分第一水性溶剂中并且进一步穿过一个换热器来调整(优选地增加)该地表温度。穿过该换热器可以在碱和/或蒸汽的加入之前或之后进行。
[0167] 在多个具体实施方案中,该第二水性溶剂可以是非原位形成的,通过将从该矿石空腔中抽出的该第一和/或第二液体的至少一部分通过至少一个电渗析装置来产生一种含氢氧化钠的溶液,所述含氢氧化钠的溶液提供了至少一部分的所述第二水性溶剂。
[0168] 该电渗析装置可以包含至少两种类型的室以及两种类型的膜,阳离子的和双极的。双极性膜是一种离子交换膜,它包括一个阳离子面(阳离子可渗透而阴离子不可渗透)以及一个另外的阴离子面(阴离子可渗透而阳离子不可渗透)。这种膜可以通过两个单极性膜的并置来生产。在一个足够的电场下,并且在水溶液中,唯一可能的反应是水在这两个+ -单极膜之间的界面上裂解为H 和OH,然后它们对应地穿过该阳离子和阴离子的单极性膜并且离开该膜进入这些相邻的室中。在某些实施方案中,该电渗析装置可以包含多个另外类型的室和阴离子膜。涉及通过一个电渗析装置从一种或多种含Na2CO3的溶液中生产含NaOH溶液的多个适当的实施方案可以在授予Posar的美国专利号5,888,368以及都授予Detournay等人的US2010/0284891和US2010/0282614中找到。
[0169] 在多个具体实施方案中,该电渗析装置可以包括多个交替的碱性较弱和碱性较强的相邻的室,这些相邻的室通过多个阳离子膜彼此分开,这些碱性较强的室在一侧由多个双极性膜的阴离子面限定并且在另外一侧由这些阳离子膜限定。在此种实施方案中,该方法可以进一步包括以下步骤:
[0170] 将至少部分该含碳酸钠的液体引入一个电渗析装置的多个碱性较弱的室中,该电渗析器包括交替的碱性较弱和碱性较强的多个相邻的室,这些相邻的室通过多个阳离子膜彼此分开,这些碱性较强的室在一侧由多个双极性膜的阴离子面限定并且在另外一侧由这些阳离子膜限定;
[0171] 将该同一液体的至少另一个部分或另一种含碳酸钠的液体的一部分引入到该电渗析装置的碱性较强的室中;
[0172] 通过将穿过该阳离子膜的钠离子的通量和穿过这些双极性膜的阴离子面的氢氧离子的通量相结合而生产一种包含氢氧化钠的溶液进入到这些碱性较强的室中;并且[0173] 从该电渗析装置的碱性更强的室中提取一种含氢氧化钠的溶液,其一部分或其全部提供了该第二水性溶剂或其一部分。
[0174] 在该清洗阶段(b)中,使包含此种从该电渗析装置提取的氢氧化钠溶液的第二水性溶剂在该空腔中与沉淀的碳酸氢钠接触并且任选地与该包含碳酸氢钠的矿石的溶剂暴露面(未阻塞)相接触,以便对该液体通过在原位将一些或所有的碳酸氢钠转化成碳酸钠而进行脱碳酸氢盐。
[0175] 在某些替代方案尽管是较不优选的实施方案中,该第二水性溶剂可以在原位形成,通过分开地向该空腔中注入蒸汽、热流(具有的温度,优选地表温度是高于该第一水性溶剂,例如水流或热的含碳酸钠溶液的温度)和/或一种碱(例如,含氢氧化钠和/或氢氧化钙溶液的一种溶液/悬浮液/浆料),与此同时将该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂注入到该空腔中。
[0176] 在根据本发明的原位法的任何一个或所有的实施方案中,该第一和第二水性溶剂中的任一者或两者可以包含水或一种含有所希望的溶质的水溶液。该希望的溶质可以选自下组,该组由以下各项组成:倍半碳酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、以及它们的混合物。
[0177] 在此种方法中采用的第一和/或第二水性溶剂可以包含或可以主要由水或者对所希望溶质不饱和的一种水溶液组成。该第一和/或第二水性溶剂中的水可以源自天然来源的淡水,如来自河流或湖泊;或者可以是一种处理过的水,如一个离开废水处理厂的水流。
[0178] 在某些实施方案中,该第一和第二水性溶剂可以包含碳酸钠,其浓度是低于在其对应的阶段(a)和(b)中所使用的操作条件下的碳酸钠饱和度水平。
[0179] 在某些实施方案中,该第一液体可以包含在矿石溶解阶段(a)所使用的操作条件下的一种不饱和的碳酸钠溶液。
[0180] 在某些实施方案中,该第二液体可以包含在清洗阶段(b)所使用的操作条件下的一种不饱和的碳酸钠溶液。在某些操作条件下,例如当温度和/或pH在该第二溶剂中非常高时,该第二液体可以接近碳酸钠的饱和度。
[0181] 在某些实施方案中,该第一液体可以包含一种不饱和的碳酸氢钠浓缩物。
[0182] 在多个优选实施方案中,该第二液体可以包含的碳酸氢钠的浓度是低于碳酸氢钠饱和水平。
[0183] 在某些实施方案中,该第一和/或第二水性溶剂可以具有浓度为低于按重量计约10%的NaHCO3,浓度为低于按重量计约5%的NaCl,浓度为低于按重量计约1%的Na2SO4以及浓度为按重量计从约0.5%至15%的Na2CO3。
[0184] 在某些实施方案中,该第一水性溶剂可以包含从0至12%的总碱(TA)含量,优选从0至8%,和/或该第二水性溶剂可以包含从0至8%的总碱(TA)含量,优选从0至4%.[0185] 在根据本发明的另外或替代实施方案中,当该第一和第二水性溶剂两者在各自的阶段中注入到空腔中并且在至少pH和/或氢氧化物浓度上不同时,该第二水性溶剂在其注入的时候可以进一步具有比该第一水性溶剂更高的地表温度。该第二水性溶剂的地表温度可以比该第一水性溶剂的温度高出至少5℃,优选高出10℃,更优选高出15℃。
[0186] 该矿石溶解阶段(a)进行了一个第一时间段;并且该空腔清洗阶段(b)进行了等于或小于该第一时间段的一个第二时间段。对于该矿石溶解阶段(a)的第一持续时间段(持续时间)可以是从6至15天;并且对于该空腔清洗阶段(b)的第二时间段(持续时间)可以是从1到3天。当在溶液开采过程中有一个周期使用的空腔清洗阶段(b)时,对于每个空腔清洗阶段(b)的第二时间段可以是相同的,但是并非是必须的。该时间段将至少部分地取决于在之前的溶解阶段(a)与随后的清洗阶段(b)之间选择的溶剂参数的差值,这将影响该清洗的效力和/或速率。
[0187] 另外地或可替代地,对于该矿石溶解阶段(a)的第一持续时间段与对于该空腔清洗阶段(b)的第二时间段的比率可以是从2到15,优选从5到10。
[0188] 在该矿石溶解阶段(a)的过程中,所沉积的碳酸氢钠可以形成达10cm厚度的一个层,优选从0.5到10cm的厚度,更优选从2到10cm的厚度。
[0189] 对于溶解以及清洗阶段而言,该第一和第二水性溶剂的流速在注入的时候可以是相同或不同的。
[0190] 在某些实施方案中,该第二水性溶剂的流速可以是等于或大于该第一水性溶剂的流速。
[0191] 如果该第一和第二水性溶剂的流速在注入的时候是不同的,那么该第二水性溶剂在空腔清洗阶段(b)的过程中注入的时候的流速可以是大于在该矿石溶解阶段(a)的过程中注入的该第一水性溶剂的流速。该第二水性溶剂在注入的时候的流速可以是比该第一水3 3 3 3
性溶剂的流速大出至少5m/hr,大出至少10m/hr,或大出至少20m/hr,或大出至少30m/
3
hr,或甚至大出至少50m/hr。
[0192] 对于每个注入井的第一溶剂流速可以从11至228立方米每小时(m3/hr)[从50至3 3
1,000加仑每分钟];或从13至114m/hr(从60至500gpm);或从16至45m/hr(从70至
3
200gpm);或从20至25m/hr(从88至110gpm)而变化。
[0193] 该第二溶剂具有的流速可以是从22至228立方米每小时(m3/hr)[从100至3 3
1,000gpm];或从45至228m/hr(从200至1,000gpm);或从22至114立方米每小时(m/
3
hr)[从100至500gpm];或从45至114立方米每小时(m/hr)[从200至500gpm]。
[0194] 在某些实施方案中,该方法可以包括:将该第一水性溶剂注入到该空腔中以引发该矿石溶解阶段(a);并且在该矿石溶解阶段(a)结束后停止将该第一水性溶剂注入到该空腔中,之后进行将该第二水性溶剂注入到用于有待引发该清洗阶段(b)的空腔中。
[0195] 在某些实施方案中,该方法可以包括将该第一水性溶剂注入到该空腔中以引发该矿石溶解阶段(a);并且将一个另外的流(蒸汽和/或碱性溶液)与该第一水性溶剂同时注入或者在该矿石溶解阶段(a)结束时注入到该第一水性溶剂中,以形成该第二溶剂并且引发该清洗阶段(b),该另外的流的量有效地将具体的参数调节到所希望的值。
[0196] 该溶解阶段(a)、清洗阶段(b)中的任一个,和/或任何过渡或中间过程(t)或(i)可以在低于流体静力排出压力的一个压力下进行、或者在流体静力排出压力下进行。该压力可以依赖于该目标矿石的深度而变化。任何阶段可以在空腔形成以及增大的过程中在低于流体静力排出压力(在形成空腔的深度处)的一个压力下进行。任何阶段可以在形成初始空腔之后在流体静力排出压力下进行,例如在其中该空腔用液体溶剂填充的溶解阶段的过程中。该操作压力可以是至少0psig(102kPa)、或至少300psig(2170kPa)、或至少700psig(5410kPa)。该压力可以是最多4500psig(31128kPa)、或最多1200psig(8375kPa)、或最多1100psig(7686kPa)。该压力的范围可以是从0psig到4500psig(101-31128kPa);
或从0psig到2000psig(101-13890kPa);或从0psig到1200psig(101-8375kPa);或从
300psig到1200psig(2170-8375kPa);或甚至从700到1100psig(5410-7686kPa)。
[0197] 此种方法的矿石溶解阶段(a)可以包括以下于稳态条件下按一个操作顺序的步骤:将该第一水性溶剂在一个井口处穿过一个注入井注入到该第一矿石地层的空腔中,使该第一水性溶剂与该空腔中的至少部分自由矿石面接触,以将一些矿石溶解到该第一溶剂中以形成该第一液体并且以增大该空腔;将所述第一液体在所述空腔中保持在低于约250°F(低于约121℃)的温度;使至少一部分的所述第一液体在该空腔中循环;并且将所述第一液体的至少另一个部分从所述地下矿石地层中抽出(经由同一注入井或优选地通过一个被称为“生产井”的不同井);并且从此种第一液体的所述抽出部分中回收一种碱值物质。在多个优选实施方案中,该方法可以进一步包括将从该矿石空腔抽出的至少部分第一液体(并且不用于回收多种碱值物质)进行循环以包括到在该溶解阶段(a)的过程中的第一水性溶剂中。
[0198] 此种方法的空腔清洗阶段(b)可以包括以下于稳态条件下按一个操作顺序的步骤:将该第二水性溶剂在井口处穿过一个注入井(可以是与在溶解阶段(a)中使用的同一注入井或可以是在溶解阶段(a)中使用的生产井或又另一个井一起)注入到进行该矿石溶解阶段(a)的相同的空腔中,使该第二水性溶剂与该沉积的碳酸氢钠相接触以将至少一些该沉积的碳酸氢钠溶解到该第二溶剂中并且任选地(尽管同样优选地)与该空腔内的至少部分自由矿石面相接触以便另外将一些矿石溶解到该第二溶剂中以形成一种第二液体;将该空腔内的所述第二液体保持在低于约250°F(低于约121℃)的温度;使所述第二液体的至少一部分在该空腔内循环;并且将所述第二液体的至少另一个部分从所述地下矿石地层中抽出(经由相同的注入井或优选地经由在该溶解阶段(a)中使用的可以已经是注入井的一个“生产井”);并且从此种第二液体的所述抽出的部分中回收一种碱值物质。在多个优选实施方案中,该方法可以进一步包括:将从该矿石空腔抽出的至少部分第二液体(并且它不用于回收多种碱值物质)进行循环以包括到在空腔清洗阶段(b)的过程中的第二水性溶剂中。
[0199] 图3到6展示了一种两井式天然碱溶液开采法,其中图3表示一个矿石溶解阶段(a)并且图4-6表示一个空腔清洗阶段(b)的不同的实施方案。
[0200] 图3展示了在一个溶液开采法的过程中对于天然碱矿石的溶解阶段(a)的操作。将一个第一水性溶剂5注入到一个井10中以便与形成为一种天然碱床层8的空腔15内的矿石相接触,以便将其至少一部分的水溶性组分:‘所希望的溶质’,例如碳酸钠、碳酸氢钠,以及‘所不希望的溶质’,例如水溶性杂质(像,氯化钠、硫酸钠、水溶性有机物质)溶解到该第一水性溶剂中并且以便形成一种(第一)液体18,将该液体经由一个井20回收到地表。
该第一水性溶剂5可以包括被提取到地表上的第一液体18的至少一个部分25,将该部分进行循环用于重新注入到该空腔15中从而使其富集所希望的溶质。这允许所希望的这些溶质进入该液体18中的浓度逐渐增加。因为该液体可能达到或甚至超过了在原位溶解阶段(a)的过程中操作温度下的碳酸氢钠溶解度界限,一些碳酸氢钠30在其达到该液体中这个饱和度水平时可以沉淀到该空腔15的至少部分矿石面的顶部上。
[0201] 例如,在图7中的溶解度图中碳酸氢钠固相区中60℃下水溶解的天然碱是遵循天然碱-水线(2)朝向天然碱组成点(3)(在图7中未示出)并且在点A变成饱和的碳酸氢钠。在此之后随着天然碱溶解的继续,这引起了溶液化学物沿着恒定的60℃的温度线(等温线)朝向天然碱固相区移动直到该溶液在点B处变得双重饱和并且天然碱的溶解在那里停止,因为这些苏打灰有关的离子以及碳酸氢钠有关的离子这两者将与呈固相的天然碱成饱和状态。然而,在溶解达到这个点B之前,天然碱溶解的速度由于碳酸氢钠的沉淀从累积的矿石面阻塞中减缓下来,并且天然碱的溶解往往例如在点C处过早停止,并且不会达到在60℃等温线上的双重饱和点B。
[0202] 所沉积的碳酸氢钠可以形成一个达10cm厚度的层,优选从0.5到10cm的厚度,更优选从2到10cm的厚度。因为该第一液体18在其朝向井20(被用来将其提取到表面,也称为‘生产’井)流动时变得富集有越来越多的碳酸氢钠,该沉淀的碳酸氢钠30可以更主要地在井20附近发生沉积。该第一水性溶剂5可以进一步包括一种组成水性流3,该流总体上是碳酸氢钠和碳酸钠不饱和的。
[0203] 图4展示了在一个溶液开采法的过程中一个空腔清洗阶段(b)的操作。将一个第二水性溶剂35注入到如关于图3描述的矿石溶解阶段(a)的过程中使用的相同的注入井10中,以便与在该天然碱床层8内形成的相同的空腔15中的矿石相接触,用于将至少一部分的沉积的碳酸氢钠30以及任选地还有一些矿石的水溶性组分溶解到第二水性溶剂中并且以便形成一种第二液体38,将该第二液体经由相同的生产井20回收到地表。
[0204] 该第一和第二水性溶剂(图3中5,图4中35)可以同时包含碳酸钠,其浓度是低于在其对应的阶段(a)和(b)中所使用的操作条件下的碳酸钠饱和水平。
[0205] 该第二水性溶剂35可以包含在图3中示出的该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂5。也就是说,该第二水性溶剂35可以包括一种组成水性流3,该流总体上是碳酸氢钠和碳酸钠不饱和的。该第二水性溶剂35还可以包括被提取到地表上的液体38的至少一部分45,并且将该部分进行循环以便重新注入到该空腔15中从而使液体38富集所希望的溶质。这允许所希望的这些溶质进入液体38的浓度逐渐增加。同时,因为该第二溶剂35的参数(pH、氢氧化物浓度、和/或温度)的变化有效地将至少一些溶解的碳酸氢钠转化成碳酸钠,所以该清洗阶段(b)包括将液体18进行原位脱碳酸氢盐用于将其碳酸氢钠的含量降低。液体18的脱碳酸氢盐作用应该是有效的以使得该液体18具有低于按重量计3.5%的碳酸氢钠浓度,优选地低于按重量计2%,更优选地低于按重量计1%。
[0206] 该第二水性溶剂35可以非原位形成(即,不是在该空腔15内),通过向在该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂5中添加一种另外的流40。该如此形成的第二水性溶剂35经由井10注入到该空腔中用于有待引发的空腔清洗阶段(b)。该另外的流40优选地用于将一个具体参数调节到一个所希望的值来进行该空腔清洗阶段(b)。该另外的流40可以包括或组成为:蒸汽、和/或一种或多种热流(例如,热水流;热的含碳酸钠的流,其具有的地表温度是高于在原位溶解阶段(a)中所使用的第一水性溶剂5的温度)和/或一种或多种碱(例如,碱化合物),呈固体形式、呈悬浮液形式、呈浆料形式、或者以其他方式溶解在一种水性介质中。
[0207] 尽管在图4中未展示,该第二水性溶剂35可以原位地形成(即,是在该空腔15内),通过向在该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂5中添加一种另外的流40(蒸汽、热水流、一种或多种热的含碳酸钠的流、和/或一种或多种碱)。
[0208] 当所调节的参数是pH或氢氧化物浓缩物时,该另外的流40可以包括或可以是一种碱性溶液或悬浮液或浆料,并且该第二水性溶剂35可以非原位形成,通过将此种碱性溶液或悬浮液或浆料40添加到在该溶解阶段(a)中使用的至少部分第一水性溶剂5中。该如此形成的第二水性溶剂35注入到该空腔15中用于有待引发的空腔清洗阶段(b)。
[0209] 该另外的流40被用于将一个具体参数调节到在该第二水性溶剂35中是在溶解一些(或优选地所有)沉积的碳酸氢钠30时有效的值。该另外的流40可以包括一种碱,例如一种碱化合物。一种适当的碱可以是选自下组,该组由以下各项组成:氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化铵、氢氧化镁、以及它们中两种或更多种的任何组合。优选地,该另外的流40包括一种碱,该碱没有被包含在该矿石溶解阶段(a)的过程中注入到该空腔15中的第一水性溶剂5之中。例如,可以添加该另外的流40以便使该第二水性溶剂35的地表pH是高于该矿石溶解阶段(a)中所使用的第一水性溶剂5的地表pH。作为该另外的流40中使用的一种氢氧化钠溶液或一种氢氧化钙溶液/浆料可以有效地调整该氢氧化物的浓度,使得该第二水性溶剂35的NaOH或Ca(OH)2的地表含量是高于该溶解阶段(a)中使用的第一水性溶剂5的NaOH或Ca(OH)2地表含量。
[0210] 该第二水性溶剂35优选地包括氢氧化钠。该第二水性溶剂中的NaOH浓度可以是按重量计从0.5%至10%的NaOH,优选按重量计从3%至6%的NaOH,更优选按重量计从4.5%至5.5%的NaOH。在该第二水性溶剂35中使用的氢氧化钠可以得自从矿石溶解阶段(a)产生的第一液体18和/或从空腔清洗阶段(b)产生的第二液体38回收的这些碱值物质之一。例如,氢氧化钠可以通过将从矿石溶解阶段(a)产生的至少部分第一液体18和/或从空腔清洗阶段(b)产生的至少部分第二液体38通过一个或多个电渗析装置来产生。
[0211] 该流40(例如,包含或其组成为蒸汽、热水流、一种或多种热的含热碳酸钠的流、和/或呈溶液、悬浮液或浆料的形式的一种碱)的添加优选地导致了将该第二液体38中的碳酸氢钠浓度保持在低于按重量计3.5%,优选地低于按重量计2%,更优选地低于按重量计1%。
[0212] 图5展示了非常类似于关于图4所描述的在一个溶液开采法的过程中对一个空腔清洗阶段(b)的操作,除了将该第二水性溶剂35注入到井20(它在如关于图3中所描述的矿石溶解阶段(a)的过程中被用作一个生产井)中,以与在该天然碱床层8内形成的相同的空腔15中的矿石相接触,以便将至少一部分的沉积的碳酸氢钠30以及任选地还有一些矿石的水溶性组分溶解到第二水性溶剂中。将在空腔15内形成的第二液体48经由井10抽出到地表上,该井在关于图3描述的矿石溶解阶段(a)的过程中被用作一个注入井。
[0213] 在这个实施方案中,将该井20从生产转换成注入并且将井10从注入转换到生产对于将该第二溶剂注入到该沉积的碳酸氢盐30的附近而言是有利的。的确,如图3所示的,该沉积的碳酸氢钠30最可能在井20的井下端附近比较多,该井在溶解阶段(a)中是生产井,当在这个井的井下端周围的液体中碳酸氢钠含量可以在该空腔15的这个区域中在溶解条件下是饱和的或过饱和的时的话。这样,向这个区域中注入该第二溶剂目的是更快地溶解沉积的碳酸氢钠30。
[0214] 图6展示了类似于关于图5描述的溶液开采法的过程中对一个空腔清洗阶段(b)的操作,其中,将一个第二水性溶剂55注入到在关于图3描述的矿石溶解阶段(a)的过程中用作一个生产井的井20中,除了在该第二水性溶剂55被注入到该空腔15之前有着通过两种不同的手段(例如,加入一个或多个流并且穿过一个或多个换热器)对两个参数的调节。使该第二水性溶剂55与在该天然碱床层8内形成的相同的空腔15中的矿石相接触,以便将至少一部分的该沉积的碳酸氢钠30以及任选地还有一些水溶性矿石的水溶性组分溶解到该第二水性溶剂中并且以便形成一种第二液体58,将该第二液体经由在关于图3描述的矿石溶解阶段(a)中用作一个注入井的井10抽出到地表上。
[0215] 该第二水性溶剂55可以包含在图3中示出的该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂5。也就是说,该第二水性溶剂55可以包括一种组成水性流3,该流总体上是碳酸氢钠和碳酸钠不饱和的。该第二水性溶剂55还可以包括被提取到地表上的液体58的至少一部分60,并且将该部分进行循环用于重新注入到空腔15从而使该液体58富集所希望的溶质。这允许所希望的这些溶质进入该液体58中的浓度逐渐增加。
[0216] 该第二水性溶剂55可以非原位地形成(即,不是在该空腔15内),通过向在该溶解阶段(a)中所使用的至少部分第一水性溶剂5中添加一种另外的流40。该另外的流40优选地用于将一个具体参数调节到一个所希望的值来引发并且进行该空腔清洗过程(b)。该另外的流40可以包括蒸汽、一种热流、和/或一种碱。在这个实施方案中,该另外的流40优选地包括一种或多种碱,这些碱呈固体形式、呈悬浮液形式、呈浆料形式、或以其他方式溶解在一种水性介质中,从而将该pH和/或氢氧化物含量调节到一个所希望的值。
[0217] 该另外的流40可以在使该溶剂穿过一个换热器65(参见流40a)之前加入,在该换热器中所得到的第二溶剂(包含该组成溶液3,循环的液体60、以及该另外的流40的一部分40a或全部)的地表温度被增加为使得该第二溶剂的地表温度是高于该矿石溶解阶段(a)中所使用的第一溶剂5的地表温度。
[0218] 可替代地,将包含或组成为循环的液体60以及组成溶液3的合并的流在加入该另外的流40的一部分40b或全部之前穿过该换热器65,这样使得所形成的第二溶剂55的地表温度是高于该矿石溶解阶段(a)中所使用的第一溶剂5的地表温度。
[0219] 应指出,根据本发明的方法并不限于如在图3至6的内容中描述的一种双井式溶液开采法,而是它可以在单井式溶液开采法中实施或者在每个空腔中可以具有多于两个井的一种溶液开采法中实施。
[0220] 图3至6提及了空腔15。此种在地下矿石地层中的空腔优选地在该矿石溶解阶段(a)开始之前产生。
[0221] 该空腔可以通过以下方式来产生:将地下矿石地层水压致裂用于在一个注入井与一个生产井之间的建立流体连通;在此种地层中保持足够的液压用于支持开放性压裂;并且使一种溶剂液体循环穿过此种压裂以便溶解该矿石的水溶性组分来创造此种空腔。该注入井和生产井可以是竖直的,但并非是必须的。这些井可以间隔至少50米,或至少100米,或至少200米的距离。这些井可以间隔最多1000米,或最多800米,或最多600米的距离。优选的间距可以是从100到600米,优选从100到500米。
[0222] 该空腔可以通过钻一个定向钻井(包括一个封装的竖直部分(不与矿石接触)以及一个未封装的水平部分(与矿石接触))以及还通过钻一个竖直井(其一个封装的部分不与矿石接触)来产生。该竖直井的井下端优选地与该未封装的水平部分相交以在这两个井之间提供流体连通。进行将一种水性溶剂液体注入穿过一个井而使得该溶剂液体与矿石在所述水平部分接触,从而溶解水溶性的矿石组分并且产生此种空腔。
[0223] 这种空腔可以通过使用此类技术的一种组合来产生。此种空腔的产生的合适例子可以在Jacoby的美国专利号4,398,769(水压致裂)中、在Day等人的美国专利号7,611,208(使用多个水平井孔的溶液开采)、以及在Hughes等人的美国专利申请公开号
2011/0127825(使用水平井孔的下挖溶液开采)中找到。这些专利/申请特此通过引用将关于它们的此种空腔的产生以及使用一种水性溶液的天然碱的溶液开采的传授内容结合在此。
[0224] 在本发明的第二方面的某些实施方案中,为了回收多种碱值物质,例如至少一种钠基产品,该方法可以包括:将从该空腔中抽出的一种液体送入到至少一个结晶和/或反应步骤中来形成一种钠基产品。该液体可以包括:在阶段(a)中获得的第一液体的至少一部分、在阶段(b)中获得的第二液体的至少一部分、或在阶段(a)中获得的第一液体的至少一部分和在阶段(b)中获得的第二液体的至少一部分的一种组合。通过这种方法制造的钠基产品优选地是选自下组,该组由以下各项组成:一水碳酸钠、倍半碳酸钠、无水碳酸钠结晶、十水碳酸氢钠、七水碳酸钠、亚硫酸钠、以及碳酸氢钠。
[0225] 该方法可以包括选自下组的至少一个结晶步骤,该组由以下各项组成:
[0226] 将含有得自该操作的这两个阶段的任一者或两者的碳酸钠的至少部分液体通过一个处于促进结晶的条件下的一水碳酸钠结晶器以形成一水碳酸钠晶体;或者[0227] 将含有得自这两个操作阶段的任一者或两者的碳酸钠的至少部分液体通过一个处于促进结晶的条件下的倍半碳酸钠结晶器以形成倍半碳酸钠晶体;
[0228] 将含有得自这两个操作阶段的任一者或两者的碳酸钠的至少部分液体通过一个处于促进结晶的条件下的碳酸钠结晶器以形成无水碳酸钠晶体;或者
[0229] 将含有得自这两个操作阶段的任一者或两者的碳酸钠的至少部分液体通过一个处于促进结晶的条件下的碳酸钠水合物结晶器以形成十水碳酸钠或七水碳酸钠晶体;
[0230] 将包含得自这两个操作阶段中任一者的碳酸钠的至少部分液体送至一个亚硫酸钠设备,在该设备中碳酸钠与二氧化硫反应而形成一个含亚硫酸钠的流,并然后使包括所述含亚硫酸钠的流的至少一部分的一个第二结晶器原料通过一个处于促进结晶的条件下的亚硫酸钠结晶器以形成亚硫酸钠晶体;和/或
[0231] 将含有得自这两个操作阶段的任一者或两者的碳酸钠的液体的至少一部分通过在促进结晶的、包含通入的二氧化碳的条件下的一个碳酸氢钠结晶器以形成碳酸氢钠晶体。
[0232] 在本发明的第二方面的另外或替代实施方案中,该方法可以进一步包括:将包含至少一部分的第一和/或第二液体的该液体或其一部分通过一个或多个电渗析装置以形成一种含氢氧化钠的溶液。当pH和/或该氢氧化物的含量从阶段(a)的基线值增加时,这种含氢氧化钠的溶液可以提供至少一部分的有待在该空腔清洗阶段(b)的过程中使用的第二溶剂。
[0233] 在某些实施方案中,该方法可以进一步包括:在制造至少一种钠基产品之前,对该包含该第一和第二液体中至少一者的一部分的液体进行预处理,该部分包含碳酸氢钠并且它是从地下地层中抽出的并且被用来回收多种碱值物质(也就是说,在该溶解和清洗阶段任一者的过程中,该液体的被抽出的部分没有被再循环到该空腔中)。该预处理步骤可以在通过一个结晶器和/或一个电渗析装置之前在至少一部分的液体上进行。
[0234] 在某些实施方案中,该方法可以进一步包括在包含碳酸氢钠的至少部分液体进行非原位预处理,该部分是在溶解和清洗阶段的任一者或两者的过程中从该地下矿石地层中抽出的。
[0235] 在这种情况下,该预处理可以将一些碳酸氢钠转化成碳酸钠以便在进一步经受一个结晶和/或反应步骤(c)之前或在被至少部分地再循环到该空腔中之前,在该预处理的液体中实现低于按重量计3.5%的碳酸氢钠浓度,优选地低于按重量计2%,更优选地低于按重量计1%。该液体的预处理可以包括使至少一部分的所述液体与蒸汽接触,和/或该液体的预处理可以包括使该液体中的碳酸氢钠与氢氧化钠或另一种碱(例如氢氧化钙)反应。
[0236] 该预处理可以另外地或可替代地包括:对至少一部分的液体在从其中回收多种碱值物质之前和/或在将其再循环到空腔中之前对其进行温度和/或压力进行调节。
[0237] 在本发明的第二方面的某些实施方案中,该方法可以进一步包括:将天然碱(例如,固体原始天然碱或煅烧的天然碱)加入到被用于回收多种碱值物质的至少部分第一液体和/或第二液体中(即,在该溶解和清洗过程中抽出的未再循环到该空腔中的液体部分)之后将其送入一个结晶器和/或反应器中。该加入可以对至少一部分液体在一个预处理步骤之后但是优选在该预处理步骤之前进行。该方法因此可以包括以下项:
[0238] 将至少一部分液体抽出到地表;
[0239] 将固体原始天然碱和/或煅烧的天然碱加入到所述液体部分中以提高总的碳酸钠含量并且以便形成一种富集了含按重量计至少20%的碳酸钠的液体;
[0240] 任选地对所述富集的液体进行预处理;并且
[0241] 回收至少一种碱值物质,例如将所述富集的液体送入一个结晶器和/或反应器中,其中生产了至少一种钠基产品。
[0242] 在根据本发明的第二方面的某些实施方案中,该方法可以进一步包括:从用于回收多种碱值物质的液体(包括至少一部分的第一液体和/或至少一部分的第二液体)中除去至少一部分的所不希望的溶质。此种去除可以包括:例如通过碳吸附和/或在被送入一个结晶器/反应器和/或电渗析装置之前过滤来去除有机物。
[0243] 在某些实施方案中,该方法可以进一步包括:从用于回收多种碱值物质的、包含至少一部分该第一液体和/或第二液体的液体中除去不溶材料,因为一些不容材料可能在该液体被抽出到地表时就已经发生沉淀。此种去除可以包括:沉降和/或在送入一个结晶器/反应器之前过滤。
[0244] 根据本发明的第三方面,至少一种钠基产品,优选是选自由以下各项组成的组:倍半碳酸钠、一水碳酸钠、十水碳酸钠、七水碳酸钠、无水碳酸钠(苏打灰)、碳酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、以及氢氧化钠,更优选是选自由以下各项组成的组:倍半碳酸钠、一水碳酸钠、十水碳酸钠、无水碳酸钠(苏打灰)、碳酸氢钠、以及氢氧化钠,可以通过以上提及的制造方法的实施方案中的任一种获得,该制造方法利用了根据本发明的溶液开采法。
[0245] 本发明往往允许采矿操作者在一种空腔的溶液开采过程中周期性地对正在开采的空腔进行清洗,而不必连续地使用高的溶剂pH、高的氢氧化物含量(例如,高的NaOH含量)和/或高的溶剂温度。此种清洗(不论它是一次、间歇或周期的)可以影响用于制造至少一种钠基产品的方法的表面操作,因为在不同步骤的过程中从该矿石地层中抽出的不同液体的组成和温度/pH往往随着相同的空腔的开采过程而变化。然而,当该采矿操作者同时开采多个空腔(优选地,单独地开采,即,在这些空腔之间不存在或存在极少的地下流体连通)时,据信对从根据本发明的清洗阶段(b)清洗的一个空腔中提取的(第二)液体的OH/pH/温度的变化以及碳酸氢盐/碳酸盐浓度的变化的影响可以在其制造过程上是最小,因为该(第二)液体可以汇集有从根据本发明的溶解阶段(a)进行操作的其他多个空腔中获得的多个(第一)液体。
[0246] 根据本发明的第二方面的某些具体实施方案,用于制造至少一种钠基产品的方法可以包括:
[0247] 提供在一个地下矿石中的多个空腔,所述矿石包括天然碱和/或碳氢钠石;
[0248] 在所述多个空腔的一个第一亚组中进行根据本发明的溶液开采法的溶解阶段(a)以便从该第一亚组的每个空腔中获得一种包含碳酸钠和碳酸氢钠的第一液体,同时在所述多个空腔的一个第二亚组中进行根据本发明的溶液开采法的清洗阶段(b)以便从该第二亚组的每个空腔中获得一种第二液体,该第二液体包含小于所述第一液体的碳酸钠和碳酸氢钠含量;
[0249] 将从该第一亚组的每一个空腔中抽出到地表面上的至少部分每种第一液体与从该第二亚组的每一个空腔中抽出到地表面上的至少部分每种第二液体汇集以形成一种(汇集的)液体;并且
[0250] 将至少一部分的所述(汇集的)液体通过一个或多个选自下组的装置,该组由以下各项组成:结晶器、反应器、以及电渗析装置,以便形成至少一种钠基产品;并且[0251] 回收所述至少一种钠基产品。
[0252] 在某些实施方案中,该汇集的液体可以如以上描述的在送到该一个或多个第一装置之前进行预处理。
[0253] 根据本发明的第二方面的又另一个具体实施方案,用于制造至少一种钠基产品的方法可以包括:
[0254] 提供在一个地下矿石中的多个空腔,所述矿石包括天然碱和/或碳氢钠石;
[0255] 在所述多个空腔的一个第一亚组中进行根据本发明的溶液开采法的溶解阶段(a)以获得一种包含从该第一亚组的每一个空腔中抽出的碳酸钠和碳酸氢钠的第一液体,同时在所述多个空腔的一个第二亚组中进行根据本发明的溶液开采法的清洗阶段(b)以从该第二亚组的每一个空腔中获得一种第二液体,该第二液体包含小于所述一种或多种第一液体的碳酸钠和碳酸氢钠含量;
[0256] 将从该第一亚组的每一个空腔中抽出到地表面上的每种第一液体的至少一部分进行汇集以便形成一种第一汇集的液体;然后将至少一部分的所述第一汇集的液体通过一个或多个选自下组的第一装置,该组由以下各项组成:结晶器、反应器以及电渗析装置,来形成至少一种第一钠基产品;并且回收该第一钠基产品;并且
[0257] 将从该第二亚组的每一个空腔中抽出到地表面上的至少部分每种第二液体汇集来形成一种第二汇集的液体;然后将至少一部分的第二第一汇集的液体通过一个或多个不同于这个或这些第一装置的并且是独立地选自下组的第二装置,该组由以下各项组成:结晶器、反应器、以及电渗析装置,来形成至少一种第二钠基产品;并且回收该第二钠基产品。
[0258] 在某些实施方案中,该第一汇集的液体可以如以上描述的在送至该一个或多个第一装置之前进行预处理;和/或该第二汇集的液体可以如以上描述的在送至该一个或多个第二装置之前进行预处理。
[0259] 在此引用的所有专利申请和公开物的披露内容通过引用结合在此,其程度为它们为在此提出的那些提供了示例性、程序的或其他详细补充。
[0260] 若任何通过引用结合在此的专利、专利申请以及公开物中的说明内容与本说明书相冲突的程度至它可能使一个术语不清楚,则本披露应该优先。
[0261] 因此,保护范围并不受以上列出的本说明书所限制,而是仅受跟随的权利要求书所限制,该范围包括该权利要求书的主题的所有等效物。
[0262] 每一项权利要求都作为本发明的一个实施方案结合到本说明书之中。因此,权利要求书是一种进一步的说明并且是对本发明的优选实施方案的附加。
[0263] 尽管已展示并描述了本发明的优选实施方式,但是本领域的普通技术人员可在不脱离本发明的精神或传授内容的情况下对其进行修改。在此说明的这些实施方案只是示意性的且是非限制性的。体系及方法的多种变更及修改是可能的并且是在本发明的范围之内的。
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