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利用废弃盐穴处置氯化收尘渣技术与现状调研

2025-03-27 82 上传者：管理员

摘要：废弃盐穴的存在不仅造成了地下空间的浪费，同时还存在地质灾害的风险。钛白粉生产过程中产生的氯化收尘渣制约了氯化法钛白粉的高质量生产，将氯化收尘渣充填进入废弃的盐穴是解决上述问题的有效途径。为了评估盐穴地下采空区处置氯化法收尘渣的适宜性与可行性，研制了一套适合我国国情的盐矿采空区处置氯化收尘渣的新技术，以此促进我国盐化行业的健康发展，为我国的环保事业做出积极贡献。

关键词：
氯化收尘渣
环保事业
盐穴
综合利用
钛白粉
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我国是世界上采盐历史最悠久的国家,境内盐矿资源丰富,经过几十年的水溶开采,已经形成了规模庞大的地下采空区,据统计,全国盐穴地下空间存量约1.3亿立方米[1]｡盐穴具有安全性高､密封性好､不易渗透等特点,是处理工业固废的优秀场所｡由于以前盐穴粗放式开采及盐穴造腔技术水平欠缺,导致目前存在大量的废弃盐穴｡从资源再利用的角度合理利用废弃盐穴,可以创造经济价值,保护生态环境,目前,国内外已广泛使用盐穴充填技术处置工业固废｡本文主要从盐穴充填处置氯化法钛白粉生产中产生的氯化收尘渣的工程技术背景及技术应用现状进行研究,以期为氯化收尘渣处置提供一种新思路｡

1、国内外盐矿采空区处置废弃物现状

1.1氯化收尘渣基本概况

氯化收尘渣是富钛料高温沸腾氯化制取四氯化钛过程中收尘器收下的烟尘,主要成分为铁､锰､镁､铝､硅等氯化物和钛､石油焦｡其中金属氯化物大多是可溶性杂质,氯钛渣品位和矿源不同,可溶杂质含量不同､有害杂质含量不同,惰性渣成分相同｡

氯化收尘渣的处置和利用一直是国际性的难题,大量废渣直接堆置､废液直接排放对环境造成了严重影响,而且随着氯化法钛白粉产业规模的提升,固废的数量仍在不断增加,已经严重影响到了氯化法钛白粉企业的高质量发展｡

1.2国内外利用盐矿处置氯化收尘渣现状

目前,国内并没有利用盐矿地下采空区处置氯化收尘渣的先例,但是国外利用盐穴地下采空区处置各种固废的技术已经十分先进｡早在1938年,荷兰AkzoNobel公司就将制盐过程中产生的废弃物充填至盐穴采空区中｡1957年,美国国家科学院的一份报告中强调了盐岩层对于永久处置放射性废物的特殊适用性,认为盐岩具有几乎可以忽略的水量､良好的导热性能和自愈能力,十分适合于大规模处置废弃物｡1976年,俄罗斯伊尔库茨克地区的Ziminsk盐矿将含氯有机废弃物储存在盐穴中｡2000年美国德克萨斯州铁路委员会授权位于本州西部的MossBluff盐田利用6个盐穴处置油田废渣,其中4个盐穴已进入到运营阶段[2~3]｡

我国研究利用盐穴处置固废技术起步较晚,加上我国盐层复杂的地质条件,岩盐夹层多,品位低,我国在盐穴综合利用方面具有明显劣势｡以江苏淮安某制盐企业为例,该企业为解决制盐卤水净化产生的盐泥和纯碱生产过程中产生的碱渣地面处置难题,于2011年建立了“连通井组”充填示范工程,将碱渣与盐泥混合调浆后注入井下盐穴中｡截止2020年底,某矿区累计充填碱渣约390万t,累计回填盐矿采空区超过260万m3,该技术不仅避免了碱渣盐泥露天堆置引发的环境污染问题,而且在充填过程中浆液溶解岩盐采出卤水,实现低品位芒硝资源二次转化利用,同时有效提升了盐穴空腔稳定性,地面沉降地质灾害得到有效控制｡

2、利用盐穴处置氯化收尘渣技术

2.1氯化收尘渣现有处置技术特点

目前常见的处置氯化收尘渣的方式有水溶中和法和深层填埋等｡水溶中和法指的是用大量的水将氯化收尘渣溶解,一次滤渣回收,一次滤液再加入石灰乳调节pH后过滤,二次滤液回收利用,二次滤渣堆置或填埋处置[4]｡

水溶中和法并不能解决氯化收尘渣对环境的污染问题,虽然水溶法能针对性的去除或回收滤液中某些物质,提取和回收这些成分的过程往往复杂且费时费力｡这可能导致废渣综合开发的成本超过回收的价值,从而难以实现经济效益,且所需水量庞大,部分杂质离子去除流程繁琐,同时滤渣仍然存在,并未得到有效处置[5]｡值得注意的是,氯化法收尘渣溶液中氯离子含量可达100mg/L,远大于我国规定的水中氯离子含量标准｡

由于传统的地面处理技术难以满足安全高效且低成本处理固废的要求,相关技术研究人员开始将目光移向地下处理技术,这种处理技术能连续高效处置大宗量固废｡深埋法是将氯化收尘渣直接注入到1000m以下具有封闭结构的岩石层中,这种方式较为经济环保且处理效率高,但对地质条件要求苛刻,且存在岩层结构失稳的问题｡美国杜邦公司就曾将氯化收尘渣水溶过滤后直接注入1600m的地下[6~7]｡

深埋法这种技术对地质､地理条件要求较为严格,且是否会造成水体污染还有待进一步研究,其它方法诸如焙烧､蒸汽水解氯化收尘渣的方法,虽然在一定程度上获得了成效,但高昂的成本及副产物的处理使得这些方法难以工程化应用｡

2.2盐穴处置技术的优点

综合考虑当前国内工业固废的处置技术,从安全､经济高效且环保的角度考虑,盐穴处置工业固废技术更适合作为工业固废永久安全处置技术,符合一种理想的工业固废处置方式具有的所有特点｡利用盐穴充填处置氯化收尘渣,既能消除氯化收尘渣引发的环境问题,又能改善盐穴的稳定性,从而抑制地面沉降,能充分利用地下盐穴空间,节约固废堆置的征地成本｡

2.2.1对于盐化企业而言,盐岩资源开采到后期,盐穴安全处置问题是一项重点研究工作,尤其是对于废弃盐穴｡利用氯化收尘渣充填处置废弃盐穴,由于氯化收尘渣的密度大于饱和卤水的密度,因此,随着盐穴充填的不断进行,氯化收尘渣形成的充填体能有效抑制盐穴腔体收缩,缓解地表沉降､地质塌陷等地质环境问题｡

2.2.2盐穴处置技术能将废弃物与生态圈彻底隔绝｡盐岩具有良好的变形能力､低渗透性､损伤自愈性,将氯化收尘渣封存至地下盐穴中,能实现氯化收尘渣与生物圈彻底隔绝｡

2.2.3利用地下盐穴作为稳定的储存场所,不需要额外的土地开发和运营费用｡盐穴可以长期安全的封存氯化收尘渣,减少了后续处理的成本和风险｡利用盐穴充填处置工业固废能有效置换出卤水资源,获得经济效益｡

2.3盐穴处置氯化收尘渣技术工艺流程

利用盐穴处置氯化收尘渣包括一个完整的流程,主要由以下部分组成:

2.3.1确定目标矿区,筛选目标盐穴,对目标盐穴开展水密封试验､声纳测腔技术工作,获得目标盐穴的各项原始资料及完整的腔体形态数据;

2.3.2对氯化收尘渣进行预处理,将氯化收尘渣进行粉碎球磨,将氯化收尘渣运输至目标矿区中,将预处理之后的氯化收尘渣加淡水或淡卤水溶解,滤渣回收利用;

2.3.3将氯化收尘渣滤液与石灰乳溶液混合调浆,浆体通过输送管道泵入地下盐穴中形成充填体,充填过程中的饱和卤水被挤出地面,对饱和卤水进行加工生产;

2.3.4当盐穴被浆体完全充填后进行封孔处置,并开展长期安全性监测,如地面沉降监测､微地震监测等｡由于不同盐穴所在地拥有不同的或特定的地质条件,实际的盐穴回填处置氯化收尘渣工艺技术流程会略有不同,需要根据实际情况进行评估确定｡

3、结论

随着氯化法钛白粉产业规模不断扩大,氯化收尘渣必须采用一种更加安全､环保的技术进行处置｡当前,传统的氯化收尘渣处置技术存在成本高､效率低下､污染大的严重缺陷｡利用盐穴处置氯化收尘渣能够满足长期安全环保的要求,同时又能够实现低成本､大规模处置的目的,完全满足钛白粉生产企业的固废处置及盐化企业的盐穴处置需求,但是需要注意以下几点:

3.1考虑氯化收尘渣的特性,明确每年需要填埋的废渣量､拟采用的盐穴的容量､服役期等参数以及服役期满后的封场措施方案｡

3.2核实拟使用的盐穴地勘资料和具体位置,根据氯化收尘渣特性,参照固废填埋污染控制标准,结合地勘资料,明确其合规性｡

3.3核实拟填埋的氯化收尘渣成分组成,明确其填埋后是否会影响盐穴中的饱和卤水成分｡

参考文献:

[1]张惠,侯华丽.盐穴地下空间开发利用产权体系探究[J].中国国土资源经济,2023,36(03):58-65.

[2]冀国栋.碱渣提高地下盐腔稳定性的理论及应用研究[D].重庆大学,2014.

[4]张兵兵,李俊峰,张鹤,等.四氯化钛生产中氯化收尘渣资源利用及无害化处理[J].河南科技,2015(11):110-112.

[5]付刚华,姚洪国,陈凤,等.熔盐氯化废渣综合利用研究进展[J].矿产综合利用,2023,(03):112-118.

[6]孙卓,王莉,罗晔.氯化法钛白粉工艺废渣产业化研究综述[J].现代盐化工,2018,45(06):19-20.

[7]黄宋义.浅谈氯化法钛白粉生产过程产生的氯化渣资源化综合利用[J].机电工程技术,2019,48(08):180-182.

文章来源：王开发,付星辉,何卉,等.利用废弃盐穴处置氯化收尘渣技术与现状调研[J].中国井矿盐,2025,56(02):3-5.