硫酸钠型岩盐溶腔固结式填充方法技术

本发明专利技术涉及一种硫酸钠型岩盐溶腔固结式填充方法，具体是利用氨碱废液作为调浆用液体，将碱渣、脱硫石膏调成浆状物，通过注井系统将浆状物注入硫酸钠型岩盐溶腔；在地下溶腔中，浆状物在助凝剂作用下发生一系列反应，最终形成复盐固结物，实现对岩盐溶腔的固结式填充。本发明专利技术优选二水硫酸钙作为助凝剂，使碱渣、脱硫石膏在溶腔中固结形成一定强度的凝结体，抑制岩盐溶腔地质灾害的发生。

Filling method of sodium sulfate type salt rock cavity

The invention relates to a sodium sulfate type salt cavern concretion filling method, concrete is the use of ammonia alkali liquor as mixing liquid, the soda residue desulfurization gypsum, tune into a paste, the paste system of injection wells will inject sodium sulfate type salt cavern; underground cavern, paste a series of reactions in the coagulant function, and ultimately the formation of complex consolidation, realize the concretion of saltrock cavity filling. The invention preferably selects two calcium sulfate as a coagulant, and makes alkali residue and desulfurized gypsum consolidated in the dissolving cavity to form a certain strength of the condensed body, so as to restrain the occurrence of the geological disaster in the rock salt cavity.

【技术实现步骤摘要】
硫酸钠型岩盐溶腔固结式填充方法
本专利技术涉及井矿盐资源开采领域中对岩盐溶腔进行井下填充并形成固结物的方法，利用氨碱废液将碱渣、脱硫石膏调成浆状物，并注入岩盐溶腔，浆状物在井下固结防止岩盐溶腔地质灾害发生，属于井矿盐资源开采领域的环境治理和保护。具体地说，涉及利用碱渣、脱硫石膏井下填充岩盐溶腔，并形成复盐固结物的方法。本专利技术可对各种类型的岩盐溶腔进行固结式充填，尤其适用于硫酸钠型岩盐溶腔。
技术介绍
近年来，井矿盐生产已成为我国制盐主流工艺，井矿盐产量已超过4000万吨/年，目前所占比例已超过海盐，成为第一大盐类。井矿盐开采主要是利用盐易溶于水的特性来进行资源开采，通过向地下盐矿中注入淡水后将盐溶解成为卤水，卤水被开采到地面后用于盐化工生产，与此同时在地下会形成一定体积的岩盐溶腔，溶腔单体容积约10-80万方(溶腔高度：5-100米，溶蚀直径：10-60米)。随着我国井矿盐资源的不断开采，每年新增岩盐溶腔近1200万m3以上，地下岩盐溶腔的数量巨大。废弃的岩盐溶腔如果不进行妥善处理，将有可能引发重大地质灾害，主要表现为大面积地面沉陷和地下水污染。在国内，江西会昌、安徽定远、湖北应城、云南一平浪、湖南湘澧等盐矿都曾发生地面沉陷现象。地面塌陷的危害极大，导致巨大的经济损失，严重影响当地的正常生产、生活，对环境造成的破坏不可估量。同时，在地表沉陷区域，往往伴随卤水上涌，对水环境、土壤环境产生污染，严重时外泄卤水与浅层地表水形成通道，直接污染饮用水。在四川自贡长山盐矿曾发生地面冒卤，数百亩耕地严重减产，甚至不能再耕作，当地的地下水也无法饮用。对于废弃的岩盐溶腔，目前传统的处理方法是采用水泥封堵。水泥封堵处理方法是将充满卤水的溶腔井口用水泥封死。但由于岩盐具有很高的流变性，封井后的溶腔腔体会不断收缩。如果封井质量差，溶腔体积收缩的速度会非常快，溶腔变形过大或顶板垮塌严重时会诱发大规模地面沉陷。而且水泥封井在若干年后也会出现失效，造成卤水出涌。为了控制盐矿区地表出现沉降及沉陷，就要抑制废弃岩盐溶腔的体积收缩，在溶腔内部需要一直维持一定的内压。岩盐的渗透性虽然低，但溶腔长期废弃中，卤水仍然不断向围岩渗透，内压减小，溶腔体积不可避免的收缩，同时，围岩应力分布也不断发生变化，一旦静力平衡条件无法满足，则溶腔内部就会出现垮塌，腔体上方地面将加速沉降。因此，只要溶腔中存有卤水，就如同在地下埋下一颗定时炸弹，随时都有引爆的可能。一般情况下工业废渣在岩盐溶腔内的沉降效果不好，充填体在卤水中很难固结，对溶腔收缩的抑制作用有限，控制地面沉降的效果不明显，不能彻底消除废弃岩盐溶腔存在的地质隐患。
技术实现思路
本专利技术通过分析碱渣、脱硫石膏等固体废弃物的组成、粒度等特点，研究碱渣和脱硫石膏在卤水中沉降速度、不同助凝剂对其沉降速度和固结程度的影响；专利技术了利用氨碱废液将碱渣、脱硫石膏调成浆状物并注入岩盐溶腔，在溶腔中浆状物在助凝剂作用下固结，并形成具有一定强度的充填体，可有效控制溶腔体积收缩，防止岩盐矿区地质塌陷、地面沉降等灾害发生，保证地面构筑物的安全性。本专利技术涉及一种硫酸钠型岩盐溶腔固结式填充方法，该方法包括以下步骤：(1)利用氨碱废液作为调浆用液体，将碱渣、脱硫石膏调成浆状物；(2)将调浆得到的浆状物注入岩盐溶腔中，在溶腔中浆状物发生物理化学反应后，在溶腔底部形成复盐固结物(CaSO4·2H2O和CaCO3的复合物或固结物)；(3)随着井下充填的不断进行，溶腔中复盐固结物上方的卤水被置换，采出到地面，例如用于盐化工生产或参与调浆随浆状物注入溶腔；(4)暂停注井充填，采用淡水采卤，增加溶腔容积，同时使充填物在溶腔中充分反应、沉降并固结；(5)重复上述步骤一个或多个循环直至固结物充填到溶腔容积的50vol％-100vol％为止；即固结物回填率达到盐腔体积的50vol％以上，优选60vol％以上(60vol％-100vol％，即固结物回填率达到盐腔体积的60vol％以上)，更优选70vol％以上，更优选80vol％以上，更优选90vol％以上，更优选95％以上，甚至98vol％以上。本专利技术使用的氨碱废液是氨碱法制碱工业中产生的含有CaCl2的废液。国内各个氨碱企业产生的氨碱废液中成分不完全相同。在本专利技术中，以60万t/年的纯碱产量为基础，氨碱废液量一般是6.5-11.5m3/t纯碱，更一般7-11m3/t纯碱，尤其8-10m3/t纯碱，例如约9m3/t纯碱；氨碱废液的成分为：CaCl2含量一般在80-130g/L，优选90-120g/L，更优选95-115g/L，最优选100-110g/L范围(例如约105g/L)；NaCl含量一般是在30-70g/L，更一般40-60g/L，尤其45-55g/L(例如约50g/L)。本专利技术使用的碱渣是氨碱法制碱工业中产生的废渣，废渣量(干基)一般在250-400kg/t纯碱，更一般270-350kg/t纯碱，尤其290-325kg/t纯碱，例如约320kg/t纯碱；碱渣的主要成分为CaSO4·2H2O、CaCO3等，优选具有1-400μm、优选2-200μm、更优选4-100μm的平均晶粒粒度。本专利技术使用的脱硫石膏优选是电厂烟气脱硫产生的固体废物，以粉体的形式使用，其主要成分为CaSO4·2H2O(即CaSO4·2H2O的含量在50wt％以上，优选60wt％以上，更优选90wt％以上)，具有5-800μm、优选10-400μm、更优选20-200μm的平均晶粒粒度。本专利技术在调浆过程中，氨碱废液、碱渣和脱硫石膏的用量比例(wt)优选是：40-80：10-35：2-15；更优选是：45-75：15-32：4-12；更优选是：50-70：18-28：6-10。氨碱废液的用量可以根据纯碱生产所产生的废液中氯化钙含量或浓度以及助凝剂CaSO4·2H2O的所需添加量及岩盐矿藏中的NaSO4含量来确定。调浆形成的浆状物的固含量是1％-30％，优选2％-20％，再优选5％-10％(w％)。在固结式充填的初期和中期，从岩盐溶腔中置换出来的卤水清澈，卤水质量可以满足盐化工生产的要求，将作为生产原料卤水使用；在充填的后期，井下被置换出来的卤水较浑浊，采出的卤水将参与调浆，随浆状物重新注入溶腔中。在本专利技术中，在暂停注井后，利用淡水采卤可以使井下充填物充分反应、沉降，并进一步固结。下一次井下填充与上一次井下填充之间的时间间隔一般是2-12天，优选4-10天，更优选5-8天。在碱渣、脱硫石膏的助凝效果中，通过研究发现：粉煤灰效果最优，小粒度的CaSO4·2H2O次之，而在其它领域中效果良好的助凝剂(如聚丙烯酰胺、聚合FeCl3、聚合AlCl3等)却在本申请的工艺中表现较差。由于粉煤灰产生凝胶会降低碱渣渗透性，而且在充填初期置换出的卤水可供工业生产使用，使用粉煤灰会影响卤水的质量，因此粉煤灰除了在封井时适宜作为助凝剂外，一般情况下不适宜作助凝剂。而小粒度的CaSO4·2H2O不仅可加速碱渣、脱硫石膏的沉降，而且沉积体密实度也得到了提高，使溶腔利用率提到50％以上。综合考虑，本专利技术优选小粒度的CaSO4·2H2O作为注井充填物的助凝剂。本专利技术利用氨碱废液将碱渣、脱硫石膏粉体调制成浆体，对岩盐溶腔进行固结式充填，尤其对硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫酸钠型岩盐溶腔固结式填充方法，该方法包括以下步骤：(1)利用氨碱废液作为调浆用液体，将碱渣、脱硫石膏调成浆状物；(2)将调浆得到的浆状物注入岩盐溶腔中，在溶腔中浆状物发生物理化学反应后，在溶腔底部形成复盐固结物；(3)随着井下充填的不断进行，溶腔中复盐固结物上方的卤水被置换，采出到地面；(4)暂停注井充填，采用淡水采卤，增加溶腔容积，同时使充填物在溶腔中充分反应、沉降并固结；(5)重复上述步骤一个或多个循环，直至固结物充填到溶腔容积的50vol％‑100vol％为止；即固结物回填率达到盐腔体积的50vol％以上，优选60vol％以上，更优选70vol％以上，更优选80vol％以上，更优选90vol％以上，更优选95％以上，甚至98vol％以上。

【技术特征摘要】
1.一种硫酸钠型岩盐溶腔固结式填充方法，该方法包括以下步骤：(1)利用氨碱废液作为调浆用液体，将碱渣、脱硫石膏调成浆状物；(2)将调浆得到的浆状物注入岩盐溶腔中，在溶腔中浆状物发生物理化学反应后，在溶腔底部形成复盐固结物；(3)随着井下充填的不断进行，溶腔中复盐固结物上方的卤水被置换，采出到地面；(4)暂停注井充填，采用淡水采卤，增加溶腔容积，同时使充填物在溶腔中充分反应、沉降并固结；(5)重复上述步骤一个或多个循环，直至固结物充填到溶腔容积的50vol％-100vol％为止；即固结物回填率达到盐腔体积的50vol％以上，优选60vol％以上，更优选70vol％以上，更优选80vol％以上，更优选90vol％以上，更优选95％以上，甚至98vol％以上。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(1)中，调浆用氨碱废液、碱渣和脱硫石膏的用量重量比是：40-80：10-35：2-15；更优选是：45-75：15-32：4-12；更优选是：50-70：18-28：6-10。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(1)中，氨碱废液是氨碱法制碱工业中产生的含有氯化钙的废液；优选地，其包括：CaCl2含量在80-130g/L，优选90-120g/L，更优选95-115g/L，最优选100-110g/L范围；NaCl含量是在30-70g/L，优选40-60g/L，更优选45-55g/L。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中在步骤(1)中，碱渣是氨碱法制碱工业中产生的废渣；优选地，其包括CaSO4·2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，刘正友，张文广，卢青峰，郑仲军，秦学军，
申请(专利权)人：江苏井神盐化股份有限公司，江苏省制盐工业研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32