鹽田成礦規(guī)律及礦石采收體系研究*

劉清旺

(國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司，新疆 哈密 839000)

0 引言

羅布泊鹽湖是我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的硫酸鎂亞型含鉀鹵水礦床，鉀鹽近期儲(chǔ)量為1億t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量為2.5億t。依托于新疆羅布泊獨(dú)特的鉀鹽資源，國(guó)投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“羅鉀公司”)建立了年產(chǎn)120萬(wàn)t硫酸鉀生產(chǎn)線，是目前世界最大的硫酸鉀生產(chǎn)基地。

羅鉀公司硫酸鉀生產(chǎn)工藝是將晶間鹵水抽至鹽田，采用日曬工藝對(duì)鹵水進(jìn)行濃縮析鹽。礦量測(cè)評(píng)通過(guò)日常監(jiān)測(cè)和定期評(píng)估獲取，測(cè)評(píng)的準(zhǔn)確性依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)。

由于各鹽田鹵水實(shí)際蒸發(fā)析鹽的結(jié)晶路線與Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO42-—H2O五元體系介穩(wěn)相圖中的順序有較大差別，蒸發(fā)結(jié)晶(即二次成礦)有其獨(dú)特性。因此，對(duì)鹽田產(chǎn)能進(jìn)行精準(zhǔn)控制、科學(xué)合理配礦、提高鹽田使用效率和鹽田使用壽命、降低生產(chǎn)成本等仍是困擾企業(yè)的難題。

基于羅鉀公司生產(chǎn)工藝路徑，研究和掌握鹽田二次成礦規(guī)律，清晰掌握鹽田礦量賦存狀態(tài)，將經(jīng)驗(yàn)上升為理論，并以此指導(dǎo)鹽田生產(chǎn)實(shí)際，已成為制約羅鉀公司擴(kuò)大產(chǎn)能、提升硫酸鉀質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。研究鹽田鹵水品位分布規(guī)律，建立鹽田鹵水品位分布數(shù)學(xué)模型和鹽田礦量分布模型，建立礦石采收體系，實(shí)現(xiàn)鹽田生產(chǎn)的定量管理，可以為解決配礦的含鉀品位和硫鉀比不穩(wěn)定的問(wèn)題奠定基礎(chǔ)，對(duì)合理開(kāi)發(fā)利用鹽湖資源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 鹽田礦量數(shù)據(jù)采集、處理

鹽田數(shù)據(jù)采集主要包括：鹽田礦樣數(shù)據(jù)采集、鹽田水下礦床地理數(shù)據(jù)采集和鹽田干灘地理數(shù)據(jù)采集。鹽田水下礦床地理數(shù)據(jù)采集利用RTK測(cè)量?jī)x和水位測(cè)量?jī)x測(cè)量[2]。測(cè)量的網(wǎng)格密度為：光鹵石鹽田150 m×50 m、鉀混鹽鹽田100 m×50 m。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)單個(gè)鹽田的面積，增大網(wǎng)格測(cè)量密度，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。干灘數(shù)據(jù)利用 RTK測(cè)量?jī)x測(cè)量。礦物密度及孔隙度通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)后采用環(huán)刀法測(cè)定。

采集的數(shù)據(jù)經(jīng)Surfer軟件處理后得到礦體的形狀，然后據(jù)此進(jìn)行礦體體積計(jì)算，以便得出每月各鹽田的成礦和采收情形(繪制出鹽田每月的等高線圖和三維立體圖，反映各鹽田的每月礦量分布、硬礦和軟礦分布、礦石的品位分布等)[3]。

1.1 鹽田礦質(zhì)數(shù)據(jù)采集

鹽田采樣是一個(gè)基礎(chǔ)性工作，具體包括采樣點(diǎn)布局設(shè)計(jì)、采樣點(diǎn)位置確定、樣品的收集與分析。鹽田樣品的采集是決定分析結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)遵循以下原則：①代表性。從理論上講，采樣點(diǎn)愈多，代表性就愈強(qiáng)，準(zhǔn)確性也愈高；結(jié)合鹽田水鹽體系相圖理論曬礦路線特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集的代表性需要綜合考慮采樣點(diǎn)布局的代表性、采樣時(shí)間的代表性、采樣與成礦階段的代表性等。②采樣誤差的控制。采樣誤差主要與采樣方法和采樣工具有關(guān)，在采樣方法上盡量保證采樣位置準(zhǔn)確、采樣條件(氣象因素、生產(chǎn)因素等)相同、數(shù)據(jù)精度有足夠的位數(shù)。③要求采樣工具方便、快捷，且不能損壞芯樣。

1.1.1 采樣點(diǎn)的布局設(shè)計(jì)

120 萬(wàn)t/a 成品鹽田由6個(gè)2 000 m×1 000 m鉀混鹽鹽田和6個(gè)3 000 m×1 000 m光鹵石鹽田組成，鉀混鹽鹽田采樣點(diǎn)布置按200 m×100 m建立矩形網(wǎng)格，光鹵石鹽田按300 m×100 m建立矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格交點(diǎn)即為采樣點(diǎn)。各鹽池采樣點(diǎn)的數(shù)量由鹽池大小決定，鹽池采樣點(diǎn)通過(guò)GPS定位。

1.1.2 采樣周期

設(shè)計(jì)每月為一個(gè)采樣周期，但可根據(jù)礦石品位變化適時(shí)調(diào)整周期間隔。每次采樣應(yīng)該在較短的時(shí)間(3 d)內(nèi)完成?？紤]到成礦不同階段(如兌鹵期、蒸發(fā)期等)的特殊性，在各成礦階段(周期)的起始期、中期、終期必須增加1次采樣。

1.1.3 樣品分析

對(duì)采集的樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析及鏡像鑒定，以全面了解鹽田成礦品位分布，其主要包括不同季節(jié)鹽田平面區(qū)域品位分布、不同礦層品位分布及礦物組成。

1.2 鹽田礦量數(shù)據(jù)處理

對(duì)采集的鹽田數(shù)據(jù)要進(jìn)一步處理，以便更好地運(yùn)用于生產(chǎn)。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中引入MRP-ERP的管理理念[4]，主要措施：①根據(jù)鹽田綜合礦質(zhì)和生產(chǎn)工藝要求編制原礦供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[光鹵石礦ω(K+)在6.8%～8.0%，鉀混鹽礦ω(SO42-)/ω(K+)≥3.2]。②根據(jù)光鹵石鹽田和鉀混鹽鹽田池系之間余礦量平衡、成品鹽田曬礦量與采礦量之間的平衡(含質(zhì)量情況等)，編制曬礦計(jì)劃、水采機(jī)礦石采收計(jì)劃(設(shè)備能力、設(shè)備完好狀況及鹽田的水位等)。

2 鹽田成礦規(guī)律

采用RTK、水位測(cè)量?jī)x、Surfer 3D軟件建立的成礦三維立體圖見(jiàn)圖1。

圖1 鹽田成礦三維立體圖

結(jié)合羅布泊鹽湖鹵水主蒸發(fā)期蒸發(fā)結(jié)晶路線圖，得出如下規(guī)律：①鹽田礦質(zhì)隨鹵水走向存在差異，其中光鹵石鹽田出水端礦中光鹵石含量高于進(jìn)水端，鉀混鹽鹽田進(jìn)水端礦中鉀鹽鎂礬和瀉利鹽含量高于出水端。②鹽田受大風(fēng)影響，同時(shí)因析出的細(xì)顆粒氯化鈉、鉀鹽鎂礬和瀉利鹽被風(fēng)刮至迎風(fēng)面形成干灘，造成迎風(fēng)面干灘礦質(zhì)劣于正常鹵水下析出沉積的礦質(zhì)，且迎風(fēng)面礦厚度大于背風(fēng)面。③夏季鹽田鹵水平均溫度約為28 ℃，鉀混鹽鹽田鹵水蒸發(fā)過(guò)程中析出的鉀石鹽和瀉利鹽轉(zhuǎn)化為鉀鹽鎂礬，光鹵石鹽田在鹵水蒸發(fā)過(guò)程中光鹵石也次生為鉀鹽鎂礬[5]；冬季鉀混鹽鹽田主要析出瀉利鹽和氯化鉀，光鹵石鹽田主要析出光鹵石及少量瀉利鹽。

3 礦石采收體系

根據(jù)鹽田成礦規(guī)律結(jié)合MRP-ERP管理理念，編制鹽田曬礦計(jì)劃和礦石采收計(jì)劃，確定年、月、日硫酸鉀產(chǎn)量和鹽田供礦量，通過(guò)水采機(jī)智能采收礦石。礦石采收體系見(jiàn)圖2。

圖2 礦石采收體系

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

采用RTK測(cè)量?jī)x、水位測(cè)量?jī)x、Surfer 3D軟件建立了成礦三維立體圖，結(jié)合羅布泊鹵水主蒸發(fā)期蒸發(fā)結(jié)晶路線圖總結(jié)出了羅布泊鹽田成礦規(guī)律。在此基礎(chǔ)上結(jié)合 MRP-ERP管理理念，編制了曬礦計(jì)劃和礦石采收計(jì)劃，建立了羅布泊鹽田礦石采收體系，達(dá)到了合理采礦、配礦、穩(wěn)定生產(chǎn)的目的，為實(shí)現(xiàn)羅鉀公司可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 展望

當(dāng)前，水采機(jī)采礦尚不能與鹽田礦石采收體系結(jié)合，無(wú)法智能化控制采礦的質(zhì)和量。今后計(jì)劃利用規(guī)劃求解方案，從諸多措施中選擇最優(yōu)的工藝采配礦路線、選用5G技術(shù)，增強(qiáng)水采機(jī)對(duì)自身運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行環(huán)境的精準(zhǔn)感知能力、對(duì)復(fù)雜供礦的智能化識(shí)別及處理能力，即讓水采機(jī)能夠根據(jù)采區(qū)礦質(zhì)、自身狀態(tài)、水礦界面、礦層硬度等條件的變化自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鹽田礦石的智能化采收。