专利名称：溶液开采含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石的制作方法
技术领域：
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：
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=Na2CO3.3NaHC03。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.NaHCO3.2H20并且它包含46.90wt.% Na2CO3^37.17wt.%NaHCOJP 15.93wt.% H2O0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I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)15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.NaHCO3.2H20)、磷酸钠(Na5P3Oltl)或其他含钠的化学品。表权利要求
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I %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I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。
全文摘要
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。
文档编号E21C41/22GK103174426SQ20121059601
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月24日 优先权日2011年12月23日
发明者J·D·菲利普, A·范登多伦 申请人:索尔维公司