CN102066692A - 用于溶解开采的方法和*** - Google Patents

Abstract

相对温热的矿物床通过使注入流体穿过钻入到矿床中的井以及溶解矿物以形成生产盐溶液被溶解开采。温热的生产盐溶液在表面利用作为结晶器的热交换器被冷却，以在热交换器中淀析矿物并形成浆料。浆料中的矿物晶体在分离工厂中被回收而留下相对冷的稀释或耗尽盐溶液，其通过热交换器被输送，以用于随后注入到矿物床中而溶解更多的矿物，从而提供连续的过程。管中管式热交换器被优选地使用，并且在一定意义上该热交换器还充当用于将生产盐溶液和/或浆料从井输送到分离工厂的主要装置。

Description

用于溶解开采的方法和***

技术领域

本发明涉及开采或采矿并且尤其涉及可溶矿物的溶解开采。本申请要求2008年6月17日提交的序号为61/132,394的美国临时专利申请和2008年12月13日提交的序号为12/316,398的美国专利申请的优先权，出于全部目的，这两件申请的全部内容通过引用被结合到本申请中。

背景技术

许多有价值的矿物通过包括蒸发岩(或蒸发盐)的地下矿物的溶解开采获得。通常，通过喷射通常为水的溶剂形成洞穴，并且使所获得的具有所期望矿物的溶液在其被带到表面作为所生产的盐溶液(或盐水)之前饱和到可能的程度。在所生产的盐溶液中所期望矿物的溶解度是温度的函数，并且所期望矿物的地下矿床通常处于大于表面环境温度的温度，因此在所生产的盐溶液中具有相对较高的所期矿物的浓度。在地面上，所生产的盐溶液通常通过管道运输至处理设备，在那里该盐溶液在致冷热交换器中被冷却到低于环境温度，以使溶解的所期望的矿物的一部分由于温度的降低而淀析。或者，所生产的盐溶液的温度可以通过通常为水的溶剂的蒸发降低，以导致所期望矿物的固体晶体淀析。所期望矿物的晶体的浆料被处理，以回收晶体，并且在晶体被除去后耗尽盐溶液(或废盐溶液)保留。在选择性的溶解开采中，耗尽盐溶液可以被返回到源洞穴中。在非选择性开采中，耗尽盐溶液作为废物被丢弃。通过制冷剂冷却和蒸发冷却是高耗能且昂贵的。

授予Jacoby等并在此通过参考引入的美国专利No.3,348,883教导使用两个彼此分开的钻入到相对高温矿物床的井，其中一个井用于注入并且另一个井用于生产。温热的所生产的盐溶液被产生到表面，在那里该盐溶液在蒸发热交换器中被冷却，以回收所期望的矿物。这并不是最佳的工艺，因为蒸发可引起不期望的矿物、例如岩盐淀析，并且所生产的盐溶液中的热能被浪费。通过蒸发冷却，非常少的原始产品盐溶液将剩余，并且所剩余的东西将被高度污染并且不适于注入矿物床中。在部分或完全蒸发的情况下，大量水必须被替换。

授予Jacoby等并通过引用结合于此的美国专利No.3,386,768在生产井中通过环状空间循环加热的水和油，以维持所生产的盐溶液中的温度，从而力图阻止盐析效应的发生，由于盐在流道中的沉积，这阻塞井中的流道。在表面处水或油在热交换器中被加热并且向下穿过位于生产井中的邻近所生产的盐溶液向上流动的管的环形空间，并且当达生产井的底部时，油或水通过另一环形空间返回热交换器。

授予Becnel.Jr等并通过引用结合于此的另一美国专利No.5,669,734描述了在层状或穹状盐层中制造用于天然气的地下储藏洞穴的工艺。′734号专利通过利用所生产的盐溶液中的回收热预热新注入的水解决了在寒冷气候中地下洞穴加速形成的问题。岩盐、氯化钠通过温热的注入淡水被溶解开采，以提高形成储藏洞穴的速度，并且周围的冷淡水利用热交换器在冷淡水和温热的所生产的盐溶液之间通过热交换被加热，以提供温热的注入淡水。在′734号专利中描述的工艺的目的在于制造储藏洞穴，因此未讨论从产生的盐溶液中回收岩盐，但是通过简单地降低盐溶液的温度获得岩盐将是不可行的，因为岩盐的溶解度仅仅是很弱的关于温度的函数。加热注入淡水提高了岩盐在矿床中的溶解速率，但并没有从实质上改变所生产的盐溶液中的岩盐的浓度。

授予Dahms等并通过引用结合于结的的美国专利No.3,058,729描述了用于溶解开采碳酸钾、氯化钾的方法，其中水溶液被注入到碳酸钾矿床中并保留数月，以溶解氯化钾。富含氯化钾的盐溶液被生产出来并输送至浅冷却池，在冷却池中环境温度相对冷。氯化钾晶体在池中淀析，并且母液从池中抽出。小部分母液被净化，并且水加入到大部分母液中，以形成供给到碳酸钾矿床的水溶液。该方法需要寒冷的气候或者用于冷却所生产的盐溶液的附加冷却装置。

碳酸钾、氯化钾的溶解开采进一步在授予Garrett并通过引用结合于此的美国专利No.3,918,916中描述。在′916号专利中，正如参考图6所描述的那样，盐溶液从碳酸钾矿床中产生并最初在多级真空增长型结晶器中冷却，进一步在包括外壳和管式热交换器的热交换结晶器中冷却，随后在大气结晶站中进一步冷却，在大气结晶站中当冷却时盐溶液向下流过一系列挡板，同时冷的环境空气被向上抽取并通过风扇排出且随后根据环境温度可选地使用冷却结晶器进一步冷却。随着其被冷却，所生产的盐溶液变为含有氯化钾晶体的浆料。氯化钾晶体通过物理分离设备、例如旋风分离器被分离和回收，剩下被称为耗尽盐溶液的包含低浓度氯化钾的盐溶液。耗尽盐溶液的一部分被再循环到位于热交换结晶器中的外壳和管式热交换器中，以冷却所生产的盐溶液，所生产的盐溶液加热了耗尽的盐溶液。淡水被添加到被加热的耗尽盐溶液中，以形成注入碳酸钾矿层中用于溶解氯化钾并形成所生产的盐溶液的溶液。在′914号专利中描述的该方法需要相对昂贵、复杂并难以维护且需要大量能量运行的设备。

发明内容

本发明在一个实施例中提供了一种用于溶解开采的工艺，其中注入导管被提供到具有期望矿物的矿物床中。该注入导管适于将注入流体输送至矿物床中，以用于溶解所期望的矿物并形成生产盐溶液。生产导管被提供到矿物床中并适于将生产盐溶液输送至地面。注入流体被注入到注入导管中，其迫使生产盐溶液流过生产导管。生产盐溶液在其通过输送导管和一个或多个热交换器被输送到分离工厂(分离设施)时被冷却。冷却生产盐溶液使得所期望的矿物淀析(或析出)，从而形成包含位于盐溶液中的所期望的固体矿物晶体的浆料。所期望的固体矿物晶体在分离工厂中从盐溶液中分离，从而形成液态耗尽盐溶液流并回收固体矿物晶体产物。耗尽的盐溶液通过一个或多个热交换器被输送到注入导管并作为所有或部分注入流体被注入。在一个或多个热交换器中，热量在生产盐溶液和耗尽盐溶液之间交换，以用于冷却生产盐溶液以及加热耗尽盐溶液。固体矿物晶体产物的结晶由于生产盐溶液温度的降低造成，这种发生在矿物床和分离工厂之间的生产盐溶液温度的降低由生产盐溶液的热损失导致。当生产盐溶液在生产导管、一个或多个热交换器以及输送导管中从矿物床被输送至分离工厂时，来自于生产盐溶液的热损失本质上由于在热交换器中热从生产盐溶液传递到耗尽盐溶液以及从生产盐溶液传递到周围环境的热损失造成。优选地，在该工艺中未使用动力(或电动)热交换器，并且优选地，唯一的工艺能量消耗是泵送流体穿过开采***所需的能量。耗尽盐溶液优选被加热回到接近于矿物床的温度，优选地不使用外部加热，这增大了浸出率和饱和水平。

本发明在另一个实施例中提供了一种用于从地下矿物源溶解开采矿物的工艺。该工艺包括将注入导管提供到矿物源中以及将生产导管提供到矿物源中，其中所述注入导管适于将注入流体输送到矿物源中以溶解矿物并形成浓缩生产盐溶液，所述生产导管适于将浓缩生产盐溶液输送至地面。注入流体被注入到注入导管中，并且浓缩生产盐溶液被输送至矿物提取设备，在那里矿物从浓缩生产盐溶液中被提取(萃取)，以形成稀释的盐溶液流。热交换器被提供，以用于在相对温热的浓缩生产盐溶液和相对冷的稀释盐溶液流之间进行热交换，以冷却浓缩生产盐溶液，由此矿物的一部分将由于较低的温度结晶。矿物提取设备除去结晶矿物，以形成矿物流或浆料。稀释盐溶液流被输送至注入导管，在那里其被用作注入流体，如果需要该注入流体还可以包含一些补充水。或者，补充水可以通过单独的管道加入到热交换器中。

尽管词语浓缩的和稀释已经用于识别特定的流体流，在本发明中，盐溶液在溶解矿物后基本上保持饱和，但在流体流中溶解的矿物的量随温度变化。具有在从生产井中离开时的特定温度的饱和盐溶液被称为浓缩盐溶液。当冷却时，晶体将在浓缩盐溶液中形成，形成在液体中具有固体颗粒的液体浆料。固体颗粒可通过各种类型的分离工厂从浆料中除去。在固体颗粒从浆料中除去之后，具有低于浓缩盐溶液温度的温度的剩余饱和盐溶液被称为稀释或耗尽盐溶液流。

在优选实施例中，管中管式热交换器用于在浓缩生产盐溶液和稀释盐溶液流之间进行热交换，并且优选地，管中管式热交换器也作为用于将浓缩盐溶液输送到矿物提取设备并用于将稀释盐溶液流输送到注入导管的重要装置。优选地，浓缩生产盐溶液被引晶(加入晶种)，以促进矿物的结晶，优选地利用从浓缩生产盐溶液中回收的矿物颗粒引晶。

本发明在另一实施例中提供了一种适于从地下矿物源中提取矿物的***，其中注入管从地面延伸进入地下矿物源，并且生产管延伸进入地下矿物源，以用于将温热的、浓缩的包含矿物的生产盐溶液从地下矿物源输送到地面。用于从浓缩生产盐溶液中获取矿物的设备在将矿物与浓缩生产盐溶液分离之后提供相对冷的稀释盐溶液。热交换器被提供，以用于在相对冷的、稀释盐溶液和相对温热的、浓缩生产盐溶液之间进行热交换，并且冷的、稀释盐溶液被加热，以提供泵送至注入导管中的注入流体。热交换器优选为管中管式热交换器，但是其它类型的诸如外壳和管式的交换器也可以使用。用于从浓缩生产盐溶液中获取矿物的设备优选包括分离器，优选为varisieve型分离器，并优选地由离心机跟随。在光卤石处理的情况下，分离器优选由裂化设备(化学分解罐)跟随并且接着优选跟随有离心机。来自于离心机的底流包括小颗粒、泥渣，其可以当生产盐溶液在热交换器中冷却时作为晶种(籽晶)，以促进生产盐溶液中的结晶。在一个实施例中，涡流分离器用于从包含泥渣的稀释、回流盐溶液中回收晶种颗粒。稀释盐溶液将晶种颗粒携带返回至热交换器，并且涡流分离器除去一些晶种颗粒，其随后在热交换器的温热端附近被注入生产盐溶液。涡流分离器已经被描述，但是任何能够从液态、稀释、回流盐溶液中分离泥渣或小晶种颗粒的设备均可以使用。在另一实施例中，分离和筛分设备被提供，因此回收矿物的一部分通过颗粒尺寸或粒径被分离，并且所期望数量的期望尺寸的颗粒被注入到稀释、回流盐溶液中，以用于在涡流分离器中回收，并注入温热的生产盐溶液中，以促进所期望尺寸的晶体形成。

本发明的一个实施例提供一种用于从具有地下矿物源的地点开采矿物的工艺，其中该地点已经配置有进入矿物源的注入导管，以用于将注入流体注入矿物源，从而溶解矿物并形成浓缩生产盐溶液，并且其中该地点进一步配置有进入矿物源的生产导管，用于将浓缩生产盐溶液输送至地面。该工艺包括将注入流体注入到注入导管中，将浓缩生产盐溶液输送至矿物提取设备，从浓缩生产盐溶液中提取矿物，从而形成稀释盐溶液流和矿物流，排出稀释盐溶液流，将矿物溶解流引入热交换器；以及在热交换器中在浓缩生产盐溶液和矿物溶解流之间进行热交换。在该实施例中，矿物溶解流体冷却浓缩生产盐溶液，从而在浓缩生产盐溶液中形成结晶的矿物颗粒，同时矿物溶解流被浓缩生产盐溶液加热。注入流体包括在热交换器中被加热后的矿物溶解流体并且矿物溶解流体通常为淡水或盐水。

在本发明的另一个方面中，提供了一种准备用于溶解开采地下矿物源的地点(工地现场)的方法，其包括安装在地面和地下矿物源之间延伸的注入导管和生产导管，安装适于从生产盐溶液中获取矿物的设备，在生产导管和用于获取矿物的设备之间安装热交换器；以及安装适于从生产导管穿过热交换器、穿过用于获取矿物的设备和向下进入注入导管循环流体的管道和泵，其中热交换器适于在来自生产导管的流体和来自适于获取矿物的设备的流体之间交换热，并且其中热交换器适于作为用于冷却来自生产导管的流体并且从而淀析矿物晶体的主要和最重要的装置。

附图说明

当以下阐明的示例性详细描述结合附图考虑时，本发明可以得到更好的理解，其中：

图1a是根据本发明的溶解开采工艺的示意图，其中注入导管安装在延伸进入矿物床的一个井中，并且生产导管安装在延伸进入矿物床的另一个井中；

图1b是根据本发明的溶解开采工艺的示意图，其采用双管完成方式，其中注入导管和生产导管分别安装在延伸进入矿物床的单一井中；

图2是根据本发明的溶解开采工艺的简化示意图，特别是示出了用于结晶期望的矿物的热交换器；以及

图3是根据本发明的溶解开采过程的简化示意图，特别是示出了可以在分离工厂中使用以用于回收矿物产品并用于将耗尽盐溶液输送至热交换器的设备。

具体实施方式

有价值的蒸发岩矿物通常借助于传统的开采通过溶解开采或通过从高饱和湖泊、例如死海中回收矿物来获得。在大部分情况下，有必要形成并处理矿物溶液，以便所期望的矿物从溶液中淀析。本发明涉及溶解开采，其中水被泵送入蒸发岩矿石体、通常为地下矿床。矿床中的所期望的矿物被溶解，并且包含所期望矿物的溶液被输送至表面。在这里所期望的矿物从溶液中回收。实施该过程的一种方式通过蒸发，或者在干燥的气候中使用蒸发池，或者在其他气候条件下使用机械加热和蒸发。这两种方法典型地用于生产氯化钠盐，即岩盐。另一种方法是在处理设备中使用制冷工艺，以冷却由溶解开采产生的几乎饱和的溶液，从而导致矿物淀析。制冷对于溶解度高度依赖于温度的矿物、例如碳酸钾矿石(如钾盐或光卤石)而言是有效的。本发明涉及这些后面所述类型的矿物，其中溶解度依赖于温度。

巨大的岩盐矿床、例如盐穹或位于巨大沉积盆地中的矿床由于盐较高的热导率而具有比其他区域温度高的趋势。如果矿床足够深，由于盐的高热导率，位于岩层底部的较高温度产生遍及矿床的较高温度。通常，这些温度大于标准地热梯度大约1.8℉每百英尺。或者，如果蒸发岩只是深而没有相关的巨大盐体，地热梯度本身可以显著提高蒸发岩的温度超过地面的温度。通过使用溶解开采，这些情况均允许通过将生产盐溶液冷却到表面环境温度来淀析任何溶解矿物。何种矿物以及各自的淀析量将取决于表面处经历的温度下降以及用于溶解矿物的***的相图。期望的是，当生产盐溶液上升到表面时维持生产盐溶液的温度尽可能高，这样生产管柱将不会由于管壁上的冷却诱导淀析而盐析并且被阻塞。生产管柱中的温度下降可以通过使生产管柱绝热而最小化，并且管壁上淀析的矿物可以通过利用淡水周期性地冲洗生产管柱来除去。

现在转到附图，图1a示出了根据本发明用于溶解开采矿物床D的***10。注入井12通过从表面钻出井孔B1进入矿床被置入矿物床D，在井中放置注入导管12，并围绕注入导管泵送水泥，以在注入导管12和土制井孔B1的壁之间密封环状空隙。注入井头部12a提供了进入注入井12的入口并且提供了与适当的阀和管连接之间的连接点。具有生产井头部14a的生产井14类似地安装在井孔B2中并且利用水泥C2密封，以提供用于从矿床D产生流体的导管。矿物床D可以被破裂，以提供从注入井12到生产井14的穿过矿床D的流道，例如以非常高的压力通过向下泵送流体到注入井12中实现。通常为水溶液的溶剂穿过管16被供给到加热溶剂的热交换器18。被加热的溶剂穿过管道20流到注入井头部12a并且从注入井12向下进入矿物床D。溶剂流经矿物床D，在矿床中溶解一种或多种矿物并形成具有浓缩的期望溶解矿物的生产盐溶液。矿床D的温度以及生产盐溶液的温度高于表面环境温度。所期望的矿物的溶解度依赖于温度，其中盐溶液的饱和状态在高温下的浓度高于其在低温下的浓度。因此，与较低的温度相比，更大量所期望的矿物可以在较高的温度下溶解在给定体积的溶剂中。生产盐溶液向上流动穿过生产井14到达生产井头部14a并穿过管道22到达热交换器18。生产盐溶液在其流经热交换器18时被冷却，由于在较低温度时的较低溶解度使得所期望矿物的固体晶体形成。所生产的盐溶液中的所期望矿物的固体晶体浆料流经管道24，并且如下面解释的那样该晶体被分离并且回收。

在图1b中，单一的井孔B3被钻穿土地进入矿物床D。注入导管1以及生产导管P在井孔B3中利用水泥C3密封。井头部H提供阀以及用于注入导管1和生产导管P的连接点。因为注入导管1和生产导管P紧邻，其不必破裂矿床D。水溶液被供给穿过管线28到达热交换器E，在那里溶液被加热，并随后穿过管线30到达注入导管1。矿床D中的所期望的矿物由水溶液溶解，以产生富含所期望矿物的温热盐溶液，该盐溶液穿过生产导管P被生产。所生产的盐溶液流过管线32并且在热交换器E中被冷却，淀析所期望矿物的晶体并形成浆料，其流过管线34到达物理分离设备(未示出)。

图2提供了根据本发明的溶解开采工艺40的简图。在图2中，单一井孔B4钻穿土地进入矿物床M。外壳或外管42利用水泥C4密封在井孔B4中。内管44放置在外管42的内部，形成同心井管柱。环形间隙42a由内管44的外表面和外管42的内表面限定。环形间隙42a充当注入导管，同时内管44充当生产导管。水溶液或溶剂被供给穿过环形间隙42a到达矿物床M。所期望的矿物被溶解，盐溶液形成并且其具有相对高的所期望矿物的浓度。由矿物床M的相对温热的温度导致的相对温热的盐溶液被产生穿过内管44并被输送至井头部46。同心井管柱充当管中管式热交换器，其具有以下优点--生产盐溶液趋于保持其相对温热的温度，其使生产管中的盐析最小化，并且注入流体可以以与矿床中大约相同的温度被输送至矿床，这有助于防止在矿床中冷却并允许溶解在与其可能自然发生的温度一样高的温度下发生。当通常的产物将穿过内管44时，内管44或环形间隙42a中的任一个可以用于产生盐溶液，并且流动方向可以逆转，尤其用于从生产导管除去盐。图1a、1b和2所示的任何井的构型均可以使用，并且任何数量的井均可用于开采矿物床。

参考图2，在启动期间，水W穿过管道48被输送到达管中管式热交换器50，在那里水流过热交换器50内部的环形间隙50a到达通往井头部46并提供与位于同心套管中的环形间隙42a的流体连接的管道52。淡水因此通过注入导管环形间隙42a被输送到达矿物床M，以用于溶解所期望的矿物。当水平衡到矿物床M中的温度时，其溶解所期望的矿物并形成具有相对高浓度的所期望的矿物的生产盐溶液，其溶解度依赖于温度。如此形成的富含矿物的盐溶液被产生穿过内管44并流过井头部46，通过管道54到达位于热交换器50内部的内管50c的入口50b。内管50c穿过热交换器50的长度到达与管56连接的出口50d。产生的富含矿物的盐溶液随着生产盐溶液中的热被传递到流过环形间隙50a的水被冷却。因为期望矿物的溶解度取决于含有其的溶液的温度，所期望的矿物在生产盐溶液的温度下降时在管道50c内部作为固体晶体淀析，形成盐溶液中的晶体的浆料。该浆料流过管线56到达分离工厂58。在分离工厂58内部的分离或矿物提取设备从浆料中分离所期望矿物的固体晶体并留下已经从其中分离出晶体的盐溶液，即所谓的稀释或耗尽盐溶液。所期望矿物的固体晶体作为产品60被回收。耗尽盐溶液的温度大体低于管线54中的温热的富生产盐溶液的温度，并且具有大体较低浓度的溶解在其中的所期望矿物。耗尽盐溶液的温度与环境温度大致相同。

在淀析的矿物从生产盐溶液中除去并作为产品69回收以后，稀释或耗尽的盐溶液被再循环到井，流经管道62到达高压泵64。泵64泵送耗尽盐溶液穿过管道66到达热交换器50内部的环形间隙50a，以再循环用于附加溶解开采矿物床M的矿物的耗尽盐溶液。泵64升高稀释(返回)盐溶液的压力，因此其足以将该盐溶液输送至并穿过热交换器50进入矿床M中的洞穴，并随后返回穿过生产管44、热交换器50，并回到分离工厂58。

在分离工厂58中，优选按尺寸筛选的矿物颗粒被注入到耗尽盐溶液中，以用于在管线54中的生产盐溶液中引晶，尽管该步骤在图2中未示出。分离工厂58应具有用于从浆料中分离所期望矿物晶体的适宜设备，优选根据尺寸分离晶体，并将晶体的一部分注入到耗尽盐溶液中，用于在生产盐溶液中引晶。晶体充当用于当盐溶液温度降低时形成结晶的成核点。关于引晶的进一步讨论在以下提供。管道66中的包含晶种矿物晶体的耗尽盐溶液流过除去大部分晶种的涡流分离器68。净化流中的矿物晶体流过管道70，以用于在热交换器入口50b的上游注入到管线54中的生产盐溶液。涡流分离器被举例说明，但任何适于分离晶种或籽晶的设备均可以使用。或者，晶种溶液可以从分离工厂58被输送至热交换器50的温热入口50b。在晶种在涡流分离器68中从耗尽返回盐溶液中除去以后，耗尽返回盐溶液流过管道72进入入口50e，进入靠近生产盐溶液出口50d的热交换器50的冷端的环形间隙50a。入口50e提供穿过限定热交换器50的外表面的外管50f的开口。环形间隙50a由外管50f的内表面和内管50c的外表面限定。

流出涡流分离器68进入管线72的耗尽盐溶液通常处于或接近环境温度，其与矿床M内部矿物的形成温度以及管线54中的生产盐溶液的温度相比通常相对较冷。热交换器50优选为很长的管中管式热交换器或者多个串联布置的较短管中管式热交换器。或者，热交换器50可以是多个并联布置的外壳和管式热交换器，或者任何用于根据本发明的热交换的适宜装置均可以被使用。

如图2所示，相对冷的耗尽盐溶液通过入口50e流入热交换器50的环形间隙50a。在环形间隙50a中耗尽盐溶液与来自于源W的水混合，形成注入流体，并在启动后水W的量可以根据需要减少。注入流体流过环形间隙50a，其与管道50c内的生产盐溶液的流动相反。温热、富生产盐溶液中的热能流过管道50c的内壁进入环形间隙50a中的注入流体，其既冷却生产盐溶液，又加热包括来自于管线72的耗尽盐溶液和来自于管线48的补充水的注入流体。一些热能将也可能通过外管50f的壁损失在周围环境中。实际上，可能期望的是，将热交换器50埋在地面之下，在该情况下，地球表面提供了具有相对恒定温度的散热片。

随着生产盐溶液冷却，可以溶解在生产盐溶液中的所期望的矿物的量减少。随着生产盐溶液的温度由于在热交换器50中从生产盐溶液到环形间隙50中a的耗尽盐溶液和补充水注入流体的热能传递被降低，所期望矿物的晶体形成，特别是围绕通过从涡流分离器68经过管道70引入到生产盐溶液的晶种提供的成核点形成。随着生产盐溶液从热端入口50b流到冷端出口50d，形成浆料，该浆料通过管线56被输送至分离工厂58。随着产品60和耗尽盐溶液通过泵64被再循环至热交换器50，所期望的固体晶体被分离并回收。当在分离工厂58中时矿物晶种被添加到耗尽盐溶液中，并且该晶种在耗尽盐溶液中通过泵64和管线62、66被输送至涡流分离器68。该矿物晶种通过涡流分离器回收并通过管线70被输送且被注入到管线54中的生产盐溶液中。在晶种在涡流分离器68中除去之后，耗尽盐溶液通过管线72流入热交换器50。来自源W的所期望量的补充淡水通过管线48被添加，以形成注入流体，其通过热交换器50中的生产盐溶液被加热。注入流体通过管线52被输送至井头部46并通过同心井管柱中的环形间隙42a注入矿物床M。离开热交换器的管线52中的注入流体是适度温热的，因为其通过生产盐溶液从附近环境温度被加热。注入流体在井管柱环形间隙42a中的流动与在内井管柱管道44中的生产盐溶液的向上流动相反地流动，从而提供了绝热层，其在将注入流体加热到几乎与矿物床M的温度相同的温度的同时，有助于防止热量从生产盐溶液大量损耗。进入矿物床M中的洞穴的注入流体因此是适度温热的，这提高了在矿床M中溶解所期望矿物的溶解度并增大了可以在给定量的注入流体中溶解所期望矿物的量，因为所期望矿物的溶解度取决于注入流体的温度。在足够的时间段溶解所期望矿物之后，富的、更浓缩生产盐溶液形成，其温度基本上与矿物床的温度相同，假定该时间段足够长，以允许温度平衡。生产盐溶液通过内井管柱管道44和管线54被输送至热交换器50，以继续连续的循环。

随着矿床M中的洞穴被扩大，随着矿物被除去时，淡的或含盐的补充水被添加，以填充留在矿床M中的空穴。补充水的源W通常为水井、池、湖泊或盐水源，但水也可以被运输且在罐中储藏。如图2所示，水优选被加入到热交换器中，或者被加入到管线72中，但补充水可以在分离工厂58处注入稀释盐溶液返回管线62。然而，在这种情况下，耗尽盐溶液不能承载晶种或籽晶，因为矿物晶体将在稀释盐溶液中溶解。为了仍然实现引晶，晶种罐可以布置在带有用于将晶种注入到生产盐溶液中的泵的热交换器50的温热端入口50b的附近。一个晶种罐可以供给多个生产井。

转向图3，其示出了根据本发明用于生产和处理光卤石浆料的简化工艺流程图70。光卤石浆料根据参考图2描述的工艺生产，其在图3中通过步骤72识别。尽管未在图3中图解，步骤72包括将同心井管柱放置到具有作为所期望矿物的光卤石的地下矿床中。注入流体溶解光卤石，并且生产流体被形成，其相对温热并富含光卤石。生产流体在步骤72中产生并在步骤72中经过管中管式热交换器的内管。在步骤72中生产流体在热交换器中被冷却，并且包含光卤石晶体的浆料在步骤72中形成。浆料通过管道74被输送至分离工厂76，在那里浆料被供给到varisieve型分离器78，其从浆料中的液体盐溶液中分离固体光卤石晶体，并且在步骤72中大约90％到大约95％的液体盐溶液(这里被称作耗尽盐溶液)通过管道80再循环到热交换器，其中热量从生产盐溶液传递到耗尽盐溶液，以用于冷却生产盐溶液并加热耗尽盐溶液。注入流体包括该加热的耗尽盐溶液，其用于在步骤72中在再循环回路中溶解更多的光卤石并形成更多的生产流体。

固体光卤石晶体与残留有固体晶体的液体盐溶液一起通过管线82输送到分解罐84。淡水通过管道86被添加到光卤石晶体中，使得光卤石分解为固体氯化钾(KCl)和液体氯化镁(MgCl₂)盐溶液。包含固体氯化钾和液体氯化镁的浆料从分解罐84通过管线88被输送到离心机90。离心机90从液体氯化镁中分离固体氯化钾。液体氯化镁盐溶液流经管道92到达保存池94，该保存池可以覆盖高达50英亩。氯化镁产品96通过传统的手段从保存池94中回收。由离心机90回收的固体氯化钾通过管线98被输送并随后穿过管线98a到达干燥器100或通过管线98a到达湿存储罐102，湿的氯化钾产品104可以从湿存储罐102中被装载。干燥器100从湿的氯化钾中除去水分，提供干燥的固体KCl晶体，该晶体通过管线106被输送至筛网108。筛网108将氯化钾颗粒分离为不同尺寸范围，并且被分离的氯化钾晶体通过一个或多个管线110输送至干燥储藏设施112。干燥氯化钾产品114被装载到卡车和/或轨道车辆中。如果生产出的晶体没有大到可以用于商业出售，增稠器或者压实器可以加入到该工艺中。

特定尺寸范围的KCl颗粒的一部分通过管线116被输送到返回盐溶液注入泵的低压入口(未示出)处。管线116可以包括输送带和用于以受控制的速率将氯化钾晶种颗粒注入管线80的给料斗。从筛网108输送到耗尽盐溶液管线80的固体氯化钾颗粒将在步骤72中的热交换器的生产侧充当晶种，正如以上参考图2讨论的那样。管线80中的耗尽返回盐溶液将具有通过varisieve型分离器78的小氯化钾颗粒，因此通过管线116的附加引晶是可选的，但是优选的。如果使用了通过管线116的引晶，用于最优引晶的优选颗粒大小或颗粒大小的分布以及颗粒的数目应根据实验确定。普遍认为，更少和更大的晶种将导致较大晶体的形成，除非注入太少的晶种，并且如果太少的晶种被添加，大部分生产盐溶液流将不会被引晶。晶种的最佳尺寸和数量将取决于涉及的矿物以及热交换器的状况和设计。所期望矿物的淀析也可以通过向热交换器中注入盐溶液来增加，该盐溶液包含将置换所期望的矿物的溶解矿物。这种情况的一个例子是将MgCl₂的饱和盐溶液注入位于热交换器中的KCl盐溶液。根据实际状况，用于该混合物的相图指示KCl可以被优先淀析。而且，授予Print等并通过引用结合于此的美国专利No.4,283,372描述了用于通过利用包含氨的水溶液从包含碳酸氢钠的矿石中回收碱或重获碱值的方法。

图2和3共同提供了根据本发明用于对地下矿物源溶解开采的方法的简化描述。参考图2，提供了用于产生所期望矿物的盐溶液、在热交换器中冷却盐溶液并从而导致所期望矿物淀析并从生产盐溶液将热量传递到从分离工厂返回的耗尽盐溶液的描述。耗尽盐溶液用于从分离工厂将晶种输送至热交换器，在那里涡流分离器68除去用于注入到热交换器上游的生产盐溶液的晶种。参考图3，提供了分离工厂的一个实施例的描述，其描述了所期望的矿物产品和可以用于引晶生产盐溶液的晶种的分离和回收。用于本发明的已经描述的热交换***在需要或希望处理稀释盐溶液流的情况下也是有效的。在此情况下，通常为淡水或含盐水的矿物溶解流体被注入到热交换器中，在那里稀释或耗尽盐溶液流将另外被引入，其在矿物溶解流体被注入矿物床之前冷却生产盐溶液的同时加热矿物溶解流体。

现在转到图2中的热交换器50，许多类型的热交换器适用于本发明，假设淀析结晶不阻塞热交换器和例如传热面积的其他需求被满足。然而，图2中的管中管式热交换器50由于以下原因特别适合于该应用：其便宜；其可以在野外构造并维修；其可以很容易地被加衬或涂覆，以最小化盐析；其可以很容易被延长，以减少穿过壁到达温热流体的平均温度下降；并且其可以用作在井和分离工厂之间的流体连接的重要部分。越过交换器壁的高温度下降促进盐析。通常由于它们的紧凑性用在工厂中的外壳和管式热交换器可以使用但不能提供以上优点。也可以在生产井中安装管中管式热交换器，如果需要，使用较小的管注入晶种和其他盐溶液。由于难以维护热交换器，其通常不被优选安装。然而，对于给定矿石体的长时间的经验，热交换器表面的维护地点已经变得最小，井内接近将变为优选地利用已经位于适当位置的同心管来注入并从井中生产。图2中示出的同心井管柱的构造有效地将热交换器延伸进入井以用于增加热交换器表面积，虽然其不包括引晶或将盐溶液注入接近矿物床M的生产导管44中以用于促进生产导管44中的生产盐溶液中结晶的能力。

除了图2中的热交换器50外，可能有必要使用辅助热交换器，尽管这样的交换器没有在图中示出。如果不是多数矿石体，许多矿石体没有足够大的温升来在表面上产生足够的淀析。在这种情况下，可以使用辅助外部热交换器。辅助热交换器可以安装在位于热交换器50和注入井头部46之间的图2中的管线52中，以加热注入流体。用于辅助热交换器的热源可以是低级天然气、例如来自于发电厂、太阳能热等的处理热。由辅助热交换器产生的至少部分热将由热交换器50从产生于洞穴的盐溶液回收。较温热的注入流体产生包含由生产盐溶液中温热温度导致的较高浓度的期望矿物的生产盐溶液。该方法是否经济取决于辅助能源的成本和用于回收期望矿物的可选方法的成本。然而，利用辅助热交换器加热注入流体具有优于使用不同类型的冷却***来冷却生产盐溶液的优点，因为事实上可以使用任何辅助热源，因为设备(特别是管中管式热交换器)的简单，并且事实上矿物床中的自然热被回收并高效地使用。如果被加热的注入盐溶液的温度高于矿石体，将优选使用注入和生产导管，即彼此分离的导管而不是同心管柱。

简言之，本发明提供了一种用于溶解开采的方法和工艺，其中热交换器用于冷却包含被溶解的来自于矿石体的矿物的生产盐溶液，从而使得矿物淀析，而与生产盐溶液处于热交换关系的先前耗尽冷盐溶液被加热并返回到洞穴中，以用于进一步溶解矿物。优选地，热交换器为简单的管中管式设计。热交换器优选形成位于井和矿物回收处理厂之间的流体连接部分，这减少了管道成本。可选择地，管中管式热交换器可以安装在生产井本身中而不是安装在表面上(或者除了表面安装热交换器以外)，如果期望的话，具有连接到其上的用于注入晶种和其他盐溶液的管道。

被加热的重新注入的盐溶液优选地与承载来自洞穴的井中生产盐溶液的管道处于热交换关系，其使生产盐溶液的冷却最小化并因此使生产管道中的淀析最小化。如果需要的话，第二热交换器可以设置在第一热交换器和井头部之间，以进一步加热耗尽的超过第一交换器能力的重新注入的盐溶液，其中第二热交换器使用来自生产井的热源以外的热源。如果需要，热交换器面积可以增加，以使沿着热交换器内管壁的平均温度减少，因此降低壁和生产盐溶液之间的温差并从而降低在热交换器内壁上盐析的可能性。

本发明优选进一步提供注入到热交换器盐溶液产生侧以形成促进矿物淀析的晶核的选定尺寸和数量的期望矿物的晶种，该注入晶种的数量和尺寸分布用于确定从热交换器生成的矿物晶体尺寸并使交换器壁上的盐析最小化。在一个实施例中，热交换器的淀析侧被涂覆或加衬有使交换器壁上的淀析最小化的物质。

本发明改进了冷却诱导淀析过程和蒸发过程。对于前者，其提供了非常简单和低的资金总额成本以及在能量使用方面的非常低的操作成本。尽管选择性的和非选择性的溶解开采的方法均可以适用于本发明，选择性开采使得用水量最小化，主要是用于如光卤石矿的分解的补充水，并且留在表面上的废物几乎为零。这与大多数溶解开采项目形成鲜明的对比。本方法可以适用淡水或者含盐水。使用该工艺的矿有充分理由成为现有的最洁净的矿之一。对于非选择性开采，可以使用含盐水，并且优选使用地下盐溶液废料。根据被开采的矿物，可能没有分离的要求，因为没有盐淀析。与蒸发过程相比，优点包括如上所述的内容，但甚至更大。没有昂贵且会对环境造成负担的水的流失蒸发，通常在地面上不需要矿物的分离，并且没有遗留产生环境问题的矿渣。

将本发明与在授予Garrett并通过引用结合于此的美国专利No.3,918,916中描述的用于溶解开采碳酸钾的典型现有技术的工艺相比，本发明更简单、操作和维护成本更低并更可靠。′916号专利被认为描述了用于溶解开采氯化钾的工艺，该工艺包括以下步骤：

(a)通过将溶解流体注入碳酸钾矿床开采碳酸钾矿床，利用溶解流体溶解碳酸钾并产生相对温热的被称为生产盐溶液的富含氯化钾的盐溶液；

(b)将生产盐溶液输送到包含外壳和管式热交换器的第一级热交换器结晶站，由此热交换器生产盐溶液的温度被降低，以形成包含氯化钾晶体的被称为第一级浆料的浆料；

(c)将第一级浆料输送到包含大气冷却器的第二级冷却器，其中第一级浆料的温度被进一步通过热交换器利用冷的环境空气降低，从而在被称为第二级浆料的浆料中形成附加的氯化钾晶体；

(d)将第二级浆料输送至包含制冷剂冷却的用于降低第二级浆料温度的第三级结晶站，从而在被称作第三级浆料的浆料中形成附加的氯化钾晶体；

(e)利用物理分离设备回收氯化钾结晶和相对冷的来自于第三级浆料的耗尽盐溶液；

(f)将相对冷的耗尽盐溶液再循环到第一级热交换器结晶站，其中热量的转移冷却生产盐溶液并加热相对冷的耗尽盐溶液，从而形成被加热的耗尽盐溶液；以及

(g)在溶解流体中使用被加热的耗尽盐溶液。

在′916号专利中，第一级热交换器结晶站优选地包括最初使生产盐溶液通过多级真空增长型结晶器。本发明是对描述在′916号专利中的现有技术的改进，这是因为第二级冷却器和最终结晶站从本发明中省去。在′916号专利中，第二级大气式冷却器基本上为冷却塔，其中盐溶液向下流动超过一组挡板，同时风扇向上抽出空气穿过挡板，以通过敏感的热交换器并通过从盐溶液中蒸发水来冷却盐溶液。生产盐溶液中的热量散发到大气中，并且冷却塔的建造和维修与本发明中的热交换器相比是相当昂贵的。其次，本发明的热交换器充分利用矿物床的热量，因为生产盐溶液中的热量几乎在本发明的热交换器中完全回收。当在′916号专利中描述的包括外壳和管式热交换器的第一级热交换结晶站在产品盐溶液和耗尽回收盐溶液之间交换热量时，生产盐溶液的热回收受到相当的限制，正如在很冷的气候中具有第二大气制冷器的需要以及此外在不是很冷的气候下需要第三级制冷剂制冷的需要所证明的那样。本发明的热交换器适于利用从生产盐溶液到周围环境的热传递并适于具有在生产盐溶液和耗尽回收盐溶液之间的足够的传热面，以充分冷却生产盐溶液，因此与仅利用第一级热交换器结晶站而没有使用第二级大气(蒸发)冷却器以及没有第三级制冷剂冷却器的情况相比，显著更大量的氯化钾晶体被回收。

本发明的工艺中的热交换器逐渐降低生产盐溶液的温度到达一点，在该点处，所期望或最佳量的生产矿物被结晶在单级和单一的简单设备、即热交换器中。尽管′916号专利描述了多个外壳和管式热交换器，其中一些有限量的热量从生产盐溶液传递到耗尽回收盐溶液，′916号专利没有企图充分地降低生产盐溶液的温度，以仅仅利用耗尽回收盐溶液和环境温度充分结晶所期望的矿物，从而达到生产盐溶液所需冷却的目的。相反，′916号专利预期利用第二级蒸发冷却和第三级制冷剂冷却。本发明尤其设想利用管中管式热交换器，其应当被设计为将生产盐溶液的温度降低与通过′916号专利中描述的热交换器、蒸发冷却器以及制冷剂冷却器实现的降温相当的量。

因此，相对于′916号专利，本发明提供了包括如下内容在内的改进：(i)取消了第二级冷却器以及最终结晶站；(ii)利用管中管式热交换器代替包含外壳和管式热交换器在生产盐溶液和相对冷的耗尽盐溶液之间进行热交换，其中管中管式热交换器适于利用从生产盐溶液到周围环境的热传递并具有在生产盐溶液和耗尽盐溶液之间的足够的传热面，以充分冷却生产盐溶液，因此与仅利用第一级热交换结晶站而没有第二级蒸发冷却器以及没有使用制冷剂冷却的第三级结晶站的情况相比，显著大量的氯化钾晶体被回收。在生产导管和分离工厂之间的浓缩生产盐溶液温度的降低在没有使用显著的蒸发冷却以及没有使用显著的制冷剂冷却的情况下实现。在生产导管和分离工厂之间的浓缩盐溶液温度的降低基本上通过在一个或多个热交换器中将热能从浓缩生产盐溶液传递到稀释盐溶液流以及通过将热能通过管道从浓缩生产盐溶液传递到周围环境来实现。通过另一种方式对此进行说明，在热交换器中热量在浓缩盐溶液和耗尽盐溶液之间交换，以用于冷却生产盐溶液和加热耗尽盐溶液，其中由于生产盐溶液冷却造成的热能损失作为加热稀释盐溶液的热量被获得，并且该获得通过穿过用于回收所期望矿物固体晶体的管道***和液固分离设备将热量传递到周围环境实现。

在′916号专利中描述的溶解开采工艺中需要呈电的形式的人造能量，以在蒸发冷却器中以及在制冷剂冷却***中驱动风扇，而用于冷却生产盐溶液的本发明的热交换***没有使用大量的人造能源来冷却生产盐溶液。与′916号专利中描述的溶解开采工艺相比，本发明的热交换***因此充当单独的结晶器，其中在′916号专利中需要包含外壳和管热交换器的第一级，使用类似于冷却塔的第二级蒸发冷却***以及充当第三级的制冷剂冷却***，其是否需要依赖于环境温度的情况。在一定程度上，本发明使用周围环境作为用于冷却生产盐溶液的散热片(通过热能的自然对流损耗)，但是从生产盐溶液(由于其冷却以产生所期望的矿物淀析)失去的大部分热能在耗尽盐溶液中被回收并返回到矿物床(因此从矿物床中损失最少的热能)。如果损失到周围环境中的热能太大，应当在耗尽盐溶液被注入到矿物床中之前对其进行辅助加热。此外，交换器、表面管路和处理设备可以被绝热，以使损耗最小化。

本发明进一步考虑了井头部与分离工厂之间的长距离，并且在现有技术中，管已经安装，以将生产盐溶液和/或浆料输送至分离工厂，其很可能还包括例如在′916号专利中描述的用于冷却生产盐溶液的设备。在本发明中，第二管以同心构造围绕用于将生产盐溶液输送到分离工厂的管安装，这因而提供了管中管式热交换器。因此，基本上′916号专利中外壳和管式热交换器、蒸发冷却器和制冷剂冷却器的资金成本和维护成本被减小至围绕第一管安装第二管以形成本发明的管中管式热交换器的成本。与在′916号专利中的外壳和管式热交换器、蒸发冷却器以及制冷剂冷却器相比，本发明的管中管式热交换器的资金成本和维护成本被最小化。本发明的管中管式热交换器的可靠性和易于维修是其另外的优点和好处。输送生产盐溶液穿过本发明的热交换器的管的内壁可以被容易地涂覆或加衬，以抑制在管内壁上盐的形成，并且热交换器一侧的生产盐溶液和另一侧的耗尽盐溶液之间的最小温差进一步降低了用于在本发明的热交换器中的生产导管的内壁上聚积盐的趋势。如上所述，与以′916号专利为代表的现有技术***相比，本发明提供了诸多好处和优点。

考虑总体能量平衡，在分离工厂中的矿物提取设备处理期间存在到周围环境的能量损耗。因此，输送到热交换器的耗尽盐溶液接近环境温度，其提供了用于热交换器中的生产盐溶液的冷却。然而，因为热交换器设计为提供用于生产盐溶液而不是到周围环境中的损耗的基本上所有冷却，当生产盐溶液从热交换器中流出时的温度同样接近于环境温度，尽管其温度略高于生产盐溶液的温度。在热交换器出口端的生产盐溶液和在热交换器入口端的耗尽盐溶液之间的温差最小，这有助于使发生矿物淀析的在生产盐溶液侧的热交换器的内壁上的盐析最小化。在总体能量平衡中需要考虑的因素包括当生产盐溶液离开矿物床时具有的热能，因为热源具有与周围表面温度相比的矿物床的高温，生产导管中的如参考图2描述的同心管装置中的耗尽盐溶液注入流体的热损失以及从注入流体和生产盐溶液到地面周围的热损失，从井头部以及从井头部和热交换器之间的管到周围环境的热损失，在一个或多个热交换器中从生产盐溶液到耗尽盐溶液的热传递，从用于在热交换器和分离工厂之间输送的管或其它导管到周围环境的热损失，在分离工厂中到周围环境的热损失，从泵送耗尽盐溶液到热交换器获得的热，来自于太阳照射在暴露设备和管上的热辐射的获得，在引晶回路例如来自于涡流分离器中的到周围环境的热损失，以及如果辅助加热器用于在耗尽盐溶液注入矿床之前被加热时耗尽盐溶液获得的热。到周围环境的热传递取决于通常可变的环境温度。管中管式热交换器可以被埋在地面以下，这将提供适当的恒定环境温度并且排除来自于热交换器的生产盐溶液的出口温度的一些可变性，尽管耗尽盐溶液仍然是可变的，因为分离设备将大概设置在露天环境中。可以看出，在一个或多个热交换器的设计中应当考虑许多因素。

本发明优选的热交换器被预想为具有可能大约一英里长的很长长度的单一管中管式热交换器。该类型的交换器可以在矿所在的地点进行现场构造。单一分离工厂可以包括多个生产井，并且来自于各生产井的生产盐溶液可以通过管中管式热交换器从井输送到分离工厂。然而，在一些应用中，可以优选在工厂中构建热交换器或简单地购买热交换器制造商为一般使用制造的市售热交换器。可以使用不同类型的热交换器，并且一种以上的热交换器可以并联或串联组合或并串联组合使用。例如，标准长度的管中管式热交换器可以是市售的，并且多个单元可以以串联的方式装配在一起，以将生产流体输送至分离工厂同时利用耗尽盐溶液进行热交换。热交换器的选择和设计应当依据包括资金成本、操作成本、维修成本特别是关于盐阻塞和腐蚀的维修成本、以及易于安装和操作在内的多种因素。虑及到周围环境的热能净损失，热交换器应当被设计为提供基本上生产所期望矿物的所期望产品所需的生产盐溶液的所有温度降低。

实例：钾盐矿石的溶解开采。

作为说明性和假设性的实例，由岩盐(NaCl)和钾盐(KCl)组成的蒸发岩矿床具有由井底温度测量获得的150℉的温度。矿床具有50％的钾盐和50％的岩盐，这使得矿床可以选择性地被浸出。在选择性浸出中仅仅更易溶解的钾盐被溶解，并且岩盐保持在适当的位置。开采通过在矿床底部执行底切被启动。这通过在目标矿床底部上方几英尺的地方安装类似油的不混溶的流体实现。溶解开采随后在垫子之下发生，在远离井的径向的方向开采。这产生具有直径大约200英尺、大约2英尺高的圆盘。一旦底切完成，大约100天之后，阻止底切向上浸出的垫子被除移，并且生产浸出通过向上浸出被启动。注入盐溶液的流速被调整，以使得生产盐溶液在洞穴中处于轻微饱和状态。其在管中管式热交换器处达到大约145℉并且完全饱和具有大约基于可在文献中获得KCl-NaCl-H₂O相图的16％的KCl。经过热交换器，其可以为大约5000英尺长，但其长度可以根据需要确定，生产盐溶液降到几乎接近于大约60℉的当地环境温度，在该点处KCl的浓度降到大约10％，重量降低大约6％，这在生产盐溶液中形成KCl晶体的浆料。浆料流动到处理或分离工厂，如结合图3描述的那样，在那里超过一定尺寸的固体KCl晶体被分离和处理。随着固体被除去，现在的耗尽盐溶液通过分离管利用高压泵回收到热交换器，在那里其被温热的生产盐溶液加热，并注入回到洞穴中，以继续处理。分离工厂回收的耗尽盐溶液仍然是KCl饱和的，但是该盐溶液处于较低的环境温度下，因此较少的KCl在较低的温度下溶解在盐溶液中。因为KCl在热交换器中淀析，在那里岩盐不能获得，盐溶液不再岩盐饱和，并且在此意义上其可以被认为是稀释盐溶液。浸出在洞穴中继续，直到达到矿床的头部并且另一个井必须被钻出，假设其中在井中只有一个矿床。该实例涉及钾盐的溶解开采，与光卤石相对照，并且结合图3描述的用于溶解开采光卤石的工艺的分解罐不需要用于开采钾盐。热交换器的精确尺寸、长度和直径以及其传热面应当通过使用开采项目的特定条件的数值分析确定。在该实例中，矿石中高KCl含量允许选择性浸出。然而，本发明同样可以使用非选择性浸出。如果矿石体例如含有25％的KCl，选择性浸出可能不会成功。在这种情况下，淡水或含盐水可以被注入热交换器，在那里返回之前，耗尽盐溶液被注入。淡水或含盐水在注入矿之前在热交换器中通过生产盐溶液加热，并且溶解流体的较高温度增加了在生产盐溶液中承载的KCl的量的溶解率和可能性，其中生产盐溶液的形成根据矿石体的温度是否达到平衡确定。当获得的生产盐溶液穿过热交换器的中心管时，KCl如以前那样被淀析并且在工厂中分离。然而，在此处，现在的稀释盐溶液被处理，通常在处理井中被处理，但是一些也可以被出售用于不同的用途。如上所述，该盐溶液由淡水或含盐水取代。此外，由于返回的水太稀以至于不能维持晶种，需要单独的晶种注入方法。其可以是如上所述的晶种罐或小的单独晶种管道。

以上已经对本发明进行了描述，技术、过程、材料和设备的不同修改对本领域技术人员来说是显而易见的。所有处于本发明的精神和范围内的这些变化均应被认为包括在本发明所附权利要求的范围之内。本发明的权利要求跟随该说明书，并且该权利要求通过引用被并入说明书中，以用于本发明的进一步描述。

Claims (21)

1.一种用于溶解开采的工艺，包括以下步骤：

提供注入导管进入具有期望的矿物的矿物床，其中注入导管适于将注入流体输送到矿物床中，以用于溶解期望的矿物并形成生产盐溶液；

提供生产导管进入矿物床中，其适于将生产盐溶液输送至地面；

将注入流体注入到注入导管中；

冷却生产盐溶液，同时将生产盐溶液输送通过输送导管以及一个或多个热交换器到达分离工厂，其中冷却生产盐溶液导致期望的矿物淀析，从而形成包含盐溶液中的期望的固体矿物晶体的浆料；

在分离工厂中从盐溶液中分离期望的固体矿物晶体，从而形成液态耗尽盐溶液流并回收固体矿物晶体产物；

将耗尽盐溶液输送通过所述一个或多个热交换器到达注入导管，其中注入流体包括耗尽盐溶液；以及

在所述一个或多个热交换器中在生产盐溶液和耗尽盐溶液之间进行热交换，以用于冷却生产盐溶液和用于加热耗尽盐溶液，其中固体矿物晶体产物的结晶由于发生在矿物床和分离工厂之间的由于生产盐溶液的热损失导致的生产盐溶液的温度降低导致，其中生产盐溶液的热损失基本上由在热交换器中从生产盐溶液到耗尽盐溶液的热传递以及当生产盐溶液在生产导管、所述一个或多个热交换器以及输送导管中从矿物床输送至分离工厂时生产盐溶液到周围环境的热损失导致。

2.一种用于溶解开采的工艺，包括以下步骤：

提供注入导管进入地下矿物源，其中注入导管适于将注入流体输送到矿物源中，以用于溶解矿物并形成浓缩生产盐溶液；

提供生产导管进入矿物源中，其适于将浓缩生产盐溶液输送至地面；

将注入流体注入到注入导管中；

将浓缩生产盐溶液通过结晶器输送至分离工厂，其中在结晶器中的结晶通过冷却浓缩生产盐溶液实现，其中结晶器基本上由热交换***组成；

从浓缩生产盐溶液中提取矿物，从而形成稀释盐溶液流和矿物流；

将稀释盐溶液流通过热交换***输送至注入导管，其中注入流体包括稀释盐溶液流；以及

在热交换***中利用稀释盐溶液流冷却浓缩生产盐溶液。

3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，热交换***基本上由用于在浓缩盐溶液和稀释盐溶液流之间进行热交换的一个或多个管中管式热交换器组成。

4.如权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述一个或多个管中管式热交换器也充当用于将浓缩盐溶液输送到分离工厂和用于将稀释盐溶液流输送到注入导管的主要装置。

5.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，进一步包括对浓缩生产盐溶液进行引晶以促进矿物的结晶。

6.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，矿物流提供用于引晶的晶种源。

7.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，分离工厂包括varisieve型分离器，并且其中varisieve型分离器形成稀释盐溶液流和矿物流。

8.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，进一步包括：

使稀释盐溶液流的至少一部分穿过涡流分离器；

回收矿物颗粒流；以及

利用矿物颗粒流对浓缩生产盐溶液引晶，以促进矿物的结晶。

9.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，分离工厂包括varisieve型分离器，并且其中varisieve型分离器形成稀释盐溶液流和矿物流，该工艺进一步包括：

对矿物颗粒筛选并按尺寸分级，以获取期望尺寸的矿物颗粒；

选择期望数目的具有期望尺寸的颗粒，以获取矿物颗粒晶种；

将矿物颗粒晶种注入稀释盐溶液流；

使稀释盐溶液流的至少一部分穿过涡流分离器；

回收矿物颗粒晶种的至少一部分，以提供晶种供给流；以及

利用晶种供给流对浓缩生产盐溶液引晶，以促进矿物的结晶。

10.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，热交换***基本上由用于在浓缩生产盐溶液和稀释盐溶液流之间进行热交换的管中管式热交换器组成；其中管中管式热交换器包括用于输送浓缩生产盐溶液的第一管道，并且其中第一管道通过适于使第一管道的壁上的矿物淀析最小化的物质涂敷或加衬。

11.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，在热交换***中利用稀释盐溶液流冷却浓缩生产盐溶液的步骤发生在地面以下。

12.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，进一步包括利用辅助热源加热稀释盐溶液流。

13.一种用于溶解开采的工艺，包括以下步骤：

提供注入导管进入含有期望的矿物的矿物源，其中注入导管适于将注入流体输送到矿物源中，以用于溶解期望的矿物并形成浓缩生产盐溶液；

提供生产导管进入矿物源中，其适于将浓缩生产盐溶液输送至地面；

将注入流体注入到注入导管中；

在冷却浓缩生产盐溶液的同时将浓缩生产盐溶液输送至矿物提取设备，其中冷却浓缩生产盐溶液导致期望的矿物晶体形成；

从浓缩生产盐溶液中提取期望矿物的结晶，从而形成稀释盐溶液流和期望的矿物流；

在加热稀释盐溶液流的同时将稀释盐溶液流输送至注入导管，其中注入流体包括稀释盐溶液流；以及

在浓缩生产盐溶液和稀释盐溶液流之间进行热交换，以用于冷却浓缩生产盐溶液以及用于加热稀释盐溶液流，其中从浓缩盐溶液中损失的热能的大部分被传递到稀释盐溶液流并且从浓缩生产盐溶液中损失的热能的小部分被损失到周围环境中。

14.一种用于溶解开采的工艺，包括以下步骤：

提供注入导管进入含有期望的矿物的矿物床，其中注入导管适于将注入流体输送到矿物床中，以用于溶解期望的矿物并形成生产盐溶液；

提供生产导管进行矿物源中，其适于将生产盐溶液输送至地面；

将注入流体注入到注入导管中；

在热交换***中冷却生产盐溶液，其中冷却生产盐溶液使得期望的矿物晶体形成，从而形成盐溶液浆料；

将盐溶液浆料输送至分离工厂；

将盐溶液浆料分离为矿物产物和耗尽盐溶液；

将耗尽盐溶液输送至热交换***；

在生产盐溶液和耗尽盐溶液之间进行热交换，以用于冷却生产盐溶液和用于加热耗尽盐溶液；以及

在耗尽盐溶液在热交换***中被加热后将其输送至注入导管，其中注入流体包括耗尽盐溶液，

其中热交换***未使用大量的人造能源来冷却生产盐溶液。

15.一种适于从地下矿物源提取矿物的***，其基本上由以下构件组成：

从地面延伸进入地下矿物源的注入管；

从地面延伸进入地下矿物源的生产管，该生产管适于将相对温热的、包含来自地下矿物源的矿物的浓缩生产盐溶液输送至地面；

适于冷却生产盐溶液并淀析矿物晶体从而形成浆料的热交换器；

用于从浆料中分离和回收矿物晶体的设备，由此在矿物晶体从浆料中除去后，冷的液态稀释盐溶液残留；以及

用于将该稀释盐溶液输送到并穿过热交换器以及输送到并进入注入管的管道和泵，由此稀释盐溶液通过热交换器中的生产盐溶液被加热；以及

用于在生产管、热交换器以及用于分离矿物晶体的设备之间流体连通所需的导管。

16.如权利要求15所述的***，其特征在于，用于从浓缩生产盐溶液中获取矿物的设备包括varisieve型分离器。

17.如权利要求15所述的***，其特征在于，热交换器基本上由管中管式热交换器组成。

18.如权利要求17所述的***，其特征在于，管中管式热交换器在生产管与用于分离和回收矿物晶体的设备之间提供主要管道部分。

19.如权利要求15所述的***，其特征在于，注入管和生产管同心地嵌套设置。

20.一种准备用于溶解开采地下矿物源的地点的方法，包含以下步骤：

安装在地面和地下矿物源之间延伸的注入管和生产管；

安装用于从生产盐溶液中获取矿物的设备；

在生产管和适于获取矿物的设备之间安装热交换器；以及

安装适于从生产管循环穿过热交换器、穿过用于获取矿物的设备并且向下到达注入管的管和泵，

其中热交换器适于在来自于生产管的流体和来自于适于回收矿物的设备的流体之间进行热交换，并且

其中热交换器适于充当用于冷却来自于生产管并从而淀析矿物晶体的流体的主要和最重要的装置。

21.一种用于从具有地下矿物源的地点开采矿物的工艺，其中该地点配置有进入矿物源用于将注入流体注入矿物源以溶解矿物并形成浓缩生产盐溶液的注入导管，其中该地点进一步配置有进入矿物源中以用于将浓缩生产盐溶液输送至地面的生产导管，该工艺包括以下步骤：

将注入流体注入到注入导管中；

提供热交换器；

将浓缩生产盐溶液通过热交换器输送至矿物提取设备；

从浓缩生产盐溶液中提取矿物，从而形成稀释盐溶液流和矿物流；

处理稀释盐溶液流；

将矿物溶解流体引入热交换器；

在热交换器中在浓缩盐溶液和矿物溶解流体之间进行热交换，其中矿物溶解流体冷却浓缩生产盐溶液，从而在浓缩生产盐溶液中形成结晶的矿物颗粒，其中矿物溶解流体通过浓缩生产盐溶液被加热，并且其中注入流体包括在热交换器中被加热后的矿物溶解流体。

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