[发明专利]溶液开采含碳酸钠和碳酸氢钠的矿石

说明书

相关申请的交叉引用

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

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：Na₂CO₃·3NaHCO₃。

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。

表1

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。

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。