CN1238420A - 回收金属或纯化盐的原地化学反应器 - Google Patents

Abstract

提供一个带水槽的原地反应器以促进从岩石中回收象金这样金属或纯化象KCl或MgCl₂这样由卤水蒸发作用而形成的盐类，通过将注入到一个有源含水层中的流体流入原地反应器中的固体或主岩，并与其反应，然后再流入一个渗透含水层，通过一个排放孔，将其排到或泵入一个工厂或一个装置中去进一步进行化学处理。

Description

回收金属或纯化盐的原地化学反应器

本发明涉及从含矿主岩中回收贵金属和天然盐及纯化通过天然卤水蒸发作用所形成的天然盐。

在自然界的含矿主岩中发现了贵金属，矿石必须进行物理和化学加工才能制成商业产品。通常在地下开采矿石，然后在地面的工厂里进行冶炼，为了节省采矿成本和减少对环境的污染，设计了原地采矿方法。

富含金属的有机岩的卡林(内华达)型贵金属含有相当可观量的浸染状金和汞、砷、锑等之类的伴生金属或含有铀、金、银、铜、铜、锌和镍等含金属的页岩矿床的原地采矿回收贵金属，有着两个方面的问题：必须氧化主岩及必须使主岩对淋滤溶液具有渗透性。

在富有机质页岩中，如对卡林型矿床中的金这样浸染状金属的回收方法是已知的，先采矿和磨矿，再使矿石在高温下氧化。这些方法通常称之为当今通用的页岩燃烧法。共同未决的专利申请No.08/403364公开了一种用当今通用的页岩燃烧法来氧化富含有机质的页岩，然后将淋滤液注入燃烧的岩石里的方法。

然而，现今应用的页岩原地燃烧法有两个缺点：(1)燃烧过的页岩孔隙度和渗透率靠顶板，由于燃烧使得顶板塌陷，故要在上面挖洞，从而加大该工艺的成本。(2)淋滤液是通过燃烧后破碎的岩石的裂隙流动，而不能对整个岩石浸透，这种流动模式使得大的未被破碎的或无微裂隙的原封不动的主岩中的金属不能被淋滤下来。

现今采用的原地淋滤出主岩中金属的方法还有一个缺憾：该淋滤液必须侧向流入具孔隙和可渗透的主岩，这种侧向淋滤液流不可能对一个相当难渗透的主岩进行淋滤，故不经济。

本发明的一个目的是改进淋滤金属过程中对化学反应的控制，同时在比现在可达深度的更深处回收贵重组分。本发明可应用于高地下水位的潮湿地区或低地下水位的干旱地区，因为可设计水槽，使天然的地下水侧向损失减小到最低程度，使得通过十分难渗透层的垂直流体从一个下含水层向上流到一个上含水层或流入其它反应溶液的收集装置。

本发明设计水槽，使流体能注入到一个有源含水层，再渗入一个非常难渗透的主岩以便燃烧页岩或淋滤出金属，然后流入位于有源含水层另一侧主岩体的侧面的含水层中，从而再回收该流体。

在自然界，蒸发卤水能生产有价值的盐类，然而该盐类可能含有很多杂质，需要进行物理或化学加工，制造有用的商业产品。本发明设计了带水槽的原地反应池，以便经济合理地纯化从卤水中沉淀的盐类。

用原地化学方法在地下回收有经济价值的金属

当前，用地下原地法回收铜和铀多半是成功的，遇到的问题是控制通过含金属主岩的水流，流体沿裂隙或绕着碎块最小阻力的线路流动，该线路使金属回收效率减少约10％。控制流体沿天然含水层的流速和流量，致使其流入工作岩区是困难的。象卡林型矿床这样的岩体，它有着诱人的经济因素，但也有着意想不到的物理的或化学的性质，必须改进以用原地法进行处理。

不希望迫使流体直接流入岩石工作体积范围内，而是希望将其导入一个多孔的可渗透的含水层，流体通过含水层向下渗透，并与相当难渗透的主岩发生反应，然后再流入另一个多孔的易渗透的含水层，该流体可从此含水层抽出或泵出，经过一个排放孔被输入一个工厂或一个设置中进一步加工。

若不能用那里的天然含水层，可在含矿化带的主岩上下建造一个人工含水层，首先用目前通用的水力压裂法产生裂隙面，然后注入微粒物质，制造一层人造的多孔渗透层，使流体可以流过。当流体在表面压力下被注入该有源含水层，则下层水层压力升高，当流体从渗透含水层泵出，则上含水层压力是静水压或是较低的压力，于是，在有源含水层和渗透含水层之间就形成了一个水静力位能差。可改变两个含水层的压力的方法来调整流体流过十分难整渗透的主岩矿化带的线性速率。可改变垂直流体流动方向的主岩横截面的面积来调整流体流入十分难整渗透的主岩含矿带的流量。于是，可得到使流体充分渗透到一个相当难渗透的岩石中去的足够的容量。

可改变加工岩体或淋滤出金属所需的给定的注入流体的成分来调整注入液和主岩之间的化学反应速率和温度。对于涉及含在主岩中的碳和/或有机质的氧化方法，可以注入一个合适的含氧量的液体来调节页岩燃烧的温度。对于其它的化学方法，包括主岩多孔流体的中和作用或淋滤作用，可注入与其相适应成分的流体。

可将流入到上含水层的反应完了的流体输送到表面进一步进行加工，可用热流体的热能制造蒸气、驱动涡轮和发电，可将含有毒物质的流体导入工厂去排毒，可将含溶解金属的流体输入工厂去按常规方法回收有用组分。

由于修建了有源含水层和渗透含水层，大量的流体在主岩表面能被控制的条件下，流入主岩的工作区并透过该区。由于这样大横截面面积的流体流过一个成层的主岩，大容量的流体能以设计的速度流过岩石，从而使得象页岩燃烧、氧化作用、淋滤作用等化学反应达到最佳效益。

设计原地反应器要考虑到不同的矿物岩体的几何特征和地球化学特点。

临近地面原地化学反应蒸发卤水来纯化盐类

在太阳蒸发作用产盐过程中，大多数情况下，不能控制这些方法生产的产品所需纯度，例如：在干旱地区，从卤水中沉淀出来的水氯镁石-MgCl₂·6H₂O，该镁盐由于含少量的硫酸盐、硼和/或其它杂质成份，故不适用于水解去生产金属镁。在干旱地区，从卤水中沉淀出来的钾盐KCl，由于含NaCl杂质(高达20％)也不能作为肥料上市。

为纯化盐类，仅需设计具有一个有源含水层的原地反应器：

(1)将一种待纯化的盐完全溶解成溶液，然后泵入原地反应器内有源含水层的疏松的微细物质层中。溶液中少量的杂质将和分布在该含水层内疏松微细粒物质中的一种纯化化学固体发生反应。将纯化了的溶液垂直向上吸入一个上含水层(或向下渗透到下层仓内)，然后可泵吸或重力排水方式将其输入一个工厂去干燥。

(2)将一种待纯化的盐在一个槽内，在作为原地反应器内有源含水层的惰性层的微细粒物质上或下铺撒成一固体颗粒的结晶层。水或其它纯化流体泵入有源含水层，则流体垂直向上吸进入上层含水层(或向下进入下层含水层)，水和纯化流体溶解了那里的各固体结晶层内可溶性的杂质，然后将含杂质的溶液泵出含水层或重力排出，剩入的只是无杂质的固体结晶颗粒层。

图1是用于加工和淋滤很难渗透的主岩的一个原地反应器的横剖面图。

图2是一个沿着图1的2-2线放大了的原地反应器的横剖面图。

图3是用于纯化水氯镁石，有一个有源含水层的原地反应器的横剖面图。

图4是一个工厂式的反应器的横剖面图。

图5是一个适用于纯化从卤水中回收盐类的原地化学反应器的横剖面图。

参照附图1，该图展示于一个原地反应器10的一个地层横剖面，其中，

h₁=该原地反应器井中钢活塞的最大高度

h₂=注水井中砂的高度

h₃=反应器上水力断裂带的深度

h₄=钻至人工含水层底部注入井的深度

(1)用地下原地法从主岩中回收金和能源

图1展示了本发明的一个实施方案，将疏松的物质，如石英砂压入原地反应器10，反应器有先前水压力破裂作用产生的地下水平断裂带11，在11之上有一个人工含水层12。注入疏松物质形成数厘米厚的一层，它在一个很难渗透的主岩底部，作为有源含水层，它可持续不断地接受注入的流体，去氧化主岩和/或在可控制的条件下，从主岩中淋滤出金属。为了在高温下增加原地氧化作用，所注入的疏松物质可能是一种砂粒、煤和液体燃料的混合物。

注入井13钻深为h₄m，直钻至人工含水层12的底部，再安装一个引起燃烧的机械装置14。用洁净的砂子15充满注入井，深达h₃m。这种可渗透的砂子应疏松地铺放井内，其作用：(a)作为一种注入的流体，如：压缩空气或淋滤液的导管，使注入的流体泵入含水层，(b)作为温度的绝热体，以便控制正在燃烧的页岩的燃烧作用。用水泥固化井壁，深度为h₂。在井内安装一个钢活塞16，以h₂和h₃m的深度之间垂直移动，于是，在h₂和h₃m之间的水泥环筒空间就形成了一个压缩仓17。活塞向下移动，就在压缩仓内压缩空气或压缩其它注入的流体。压缩空气或液体在压力下能够通过井15填砂子的部分流入人工含水层12。当活塞向上移动时，仓内压力减少，从外部注入的空气和流体进入一个流体供应钻孔18，并通过单向阀门19进入仓内，再被压缩，供给含水层12。如果向孔下压缩作用未提供足够容积的流体，压缩的流体能从地面通过钻孔18和阀门19供给仓内。

在页岩开始燃烧时，图2中机械引发装置14引起含水层12中的燃料20燃烧，同时引发含水层中与砂子22混合的煤21燃烧。只有当来自压缩仓17的压缩空气、氧气或其它燃料供给时，燃烧才可能持续不断。调整注入流体的供给量，使含水层12中煤能以一定的燃速燃烧，以便产生一个合适的温度，引起含水层上部的主岩24中的碳和/或有机质23发生氧化作用。

当散布在主岩中的碳和/或有机质和压缩空气或其它注入液中的氧气发生反应温度足够高，于是发生氧化作用，这样氧化作用是可能的。排放井25也被钻至主岩24，其作用是当主岩被氧化时，排放井25作为一个原地反应器。排放井能钻至上部水断裂带26的深度，离地面深度为h₃m，也能用疏松的渗砂27充填这些井。为了较好地控制流速，还应该造成一个上含水层，使疏松的物质，如石英砂28能通过上断裂带26。来自氧化了的主岩24的废液渗入上断裂带或上含水层。废液进入排放井25，并在排放井充满了水的部分被稀释。如果该废液含有用的物质，则泵出来进一步加工处理，否则则作为废料处理。废液中回收的热流体或蒸气可用于驱动发电机。

在下注入含水层之上的主岩30首先被点燃，31呈或强或弱地向上进行，穿过主岩24，在一个指定的高温下，引起岩石32层的主动燃烧或氧化。当燃烧前锋31向上燃烧，穿过整个岩石，朝上含水层28，上含水层28以与下含水层12相同的方式形成，前面的岩石燃烧，后面的主岩发生氧化。在上下含水层之间整个主岩氧化之后，也就是燃烧前锋抵达上含水层面时，切断供氧，中断燃烧。

调整压缩仓内的压力可调节燃烧前锋的速度，压缩空气的压力越大，供氧越多，氧化作用越强，则燃烧仓32仓内的温度和压力也越高，因此，燃烧向前运移得也越快。“废气”是由水、二氧化碳和其它物质组成。在试生产过程中，可进行调整试验，以确定原地反应器里主岩完全氧化最合适的供氧速度。

当地下反应器内无氧供应时，尽管一些硫化物利用主岩中的矿物氧还能继续发生氧化作用，但升温时的碳和/或有机质的氧化作用或页岩的燃烧作用在任何时候可被抑止，于是，能很容易地控制页岩燃烧的速度，燃烧程度和燃烧量。

页岩完全燃烧之后，用于改进燃烧作用的水文系统能用来从氧化了岩石里淋滤金属。燃烧之后，只有象石英砂这样的惰性颗粒构成下含水层12及上含水层28，但含水层中充满了溶解的CO₂孔隙水。在任何特定的情况下淋滤金属而言，可能必须用水来冲洗含水层中或氧化了的主岩的孔隙液或进行中和，这样才能达到所要求的pH值。能用一种具有某一酸中和含量(ANC)的溶液来对所产生的酸进行中和，如：钙和镁的重碳酸盐溶液。中和溶液能通过下含水层12泵入注入井13，该溶液渗到氧化了的主岩14中，然后通过上含水层28，流入排放井15。

当含水层内和氧化了的主岩中的孔隙液已被中和之后，淋滤液泵入注入井13，然后它通过下含水层12垂直向上流入氧化了的主岩24。那时，富含欲被回收的金属的淋滤液通过上含水层28流入排放井25或一个采集池中。

当淋滤液通过难以渗透的主岩时，其向上流动或下渗的线性速率应该是很慢的，这样产生了高效率的淋滤作用。因而渗进主岩中淋滤液的总容量也是相当可观的，这是因为垂直于向上水动力流动的横剖面很大，也就是说待采主岩面积很大的缘故。可以通过调节下含水层12和上含水层28中的流体所规定的压力来调整流速，下含水层12中流体压力取决于注入液的压力，和上含水层28中流体压力，后者可能是静水压或由泵来降低此压力。

典型的卡林型矿石含碳量约0.5％，由于含碳太低，不能燃烧。然而，在原则上低烃矿石和硫化物可以缓慢地化学氧化，利用原地反应器控制流速和化学成分，以便扩大矿物反应表面，该方法对富含烃的矿床，也就是至少含3％碳的矿床最适用。富含有机质及硫化物矿物矿石在高温下燃烧，使其转变成适合淋滤的矿石。对于非页岩燃烧的氧化作用来说，带水槽的同类型的原地反应器也适用。

将疏松的物质压入地下水平断裂带11中，以便形成一个人工含水层12。所注入的疏松物质可能由惰性砂粒如：石英砂，陶瓷小珠或其它惰性的、非燃烧的、能提供孔隙层的物质组成。

当一种氧化液注入含水层12中，并向上流入主岩14里，则产生氧化作用。氧化溶液流动必须充分地渗透主岩整个岩体，并且必须调整流体的流速，以便使黄铁矿或有机质缓慢地完全氧化。

氧化剂可能是：a)氧气，过氧化氢、氢氯酸钠、硝酸，这些物质的溶剂是水，或b)三价铁的化合物或其它化学氧化剂。在某些情况下，加一些能氧化硫化物和铁的微生物，以增进此加工工艺。

用ANC循环溶液能中和黄铁矿氧化所产生的酸，对于1％的黄铁矿，ANC的方解石和白云石的重量百分比应是2％～4％。由于在酸性环境中淋滤金属，如氰化物淋滤金，效果不好，故需用一种含ANC的溶液来中和酸，以便减少由于黄铁矿的氧化作用而游离出来的硫酸。

黄铁矿氧化释放出金的一个问题是要控制砷和其它有害物质析出。为了抑制和控制有毒物质，必须致力于环境的研究。由于主岩通常含钙，该元素也可能和砷结合形成砷化物，于是要中和砷。

在废液中溶解着污染物。然而，含污染物的废液可排入处理池中。化学反应使得污染物转变成其它形式。然而，铁可作为氧化剂加进去，其作用是作为砷的一种化学捕收剂，因为氧化了的三价铁将吸收砷，并和氧化后的砷化合物砷(通常是H₂AsO₄)反应，形成沉淀物。

当页岩燃烧期间或无页岩燃烧的黄铁矿氧化期间，主岩内的碳和有机质未完全氧化时，需要加入次氯酸钠作为附加的淋滤剂。

在页岩不燃烧的氧化作用之后及含水层和主岩中孔隙液进行中和作用之后，可注入淋滤液至注入含水层中，以便淋滤主岩中的金属，方式与用于页岩燃烧后的淋滤阶段情况相同。

其它金属硫化物包括砷、锑、汞和铊也可以通过脉石金属硫化物的氧化作用来增溶，在卡林型矿床中的脉石金属硫化物主要是黄铁矿。水冶金法能回收那些值得回收的金属，将其在控制池表面转变成无害的固体。

总之，通过燃烧或化学方法产生氧化反应的带水槽的原地化学反应器是行之有效的。该体系可冲洗反应产物，调整象pH这样的溶液参数，特别是利用该原地反应器的水动力梯度来设计流经所要回收元素的淋滤液。为了从一个大的、不规则形状的矿体中回收金属，将该矿体分隔成一定数量的水槽，每个水槽由6个注入井、一个下含水层、一个上含水层和一个排放井组成。槽可位于任何深度。其形状和大小取决于矿床的地质条件。

象卡林型金矿床的一个矿体可分成10m厚的段，每块矿床能用蜂巢形的水槽进行开采。可选择六边形水槽，每边长20m，层厚10m，体积为10400m³。

第一个水槽要有6个注入井、一个排放井、一个下含水层和一个上含水层。对于每个附加槽，所需注入井的数量仅为每槽有一个注入井，因为每个槽可共用其相邻槽的注入井。为了开采一个较深的矿块，每个井必须加深10m，还需修建一个附加的人工含水层作为下含水层，将液体注入到第二个深层中。还要加进去可忽略的燃烧费，如用于氧化的煤的成本及适当的淋滤液的成本。在任何地区和可达到的任何深度，对低品位的卡林型金矿石(5ppm或每单元槽含金约125kg)可进行经济开采。

若卡林型金是一个大的、较均一的、富碳或有机质页岩或细粒岩石的矿体，可合理地设计水槽的安置，开采可从一层(或一深层)采到下一个较深层。若金矿不规则，且地质条件复杂，则必须修改水槽的大小和形状，使其适合当地的地质条件。若相当难渗透的主岩含较易渗透的粉砂岩或砂岩夹层的话，则人工含水层的选位必须确定在能控制氧化剂和淋滤剂注入的位置上。对于一个用于氧化主岩或从主岩中淋滤出金属的水槽来说，天然的地下含水层作为上述功能的含水层可能不合适，因为在一个尺度大小不定的天然的横向含水层中，不能准确地控制和检查注入液的水文学状况。对于不可避免地出现天然含水层的地方，必须修建一个工程装置，限制液体沿着含水层横向流动，使淋滤液从一个天然下含水层直接流到一个上含水层。

设计用于燃烧页岩中有机质的原地反应器，也能用于燃烧沉积岩中其它的碳或碳化合物，如；不能经济开采的煤中的碳，油页岩里的烃及焦油沥青砂中的焦油。采用同样的原理修建两个含水层；下含水层接收压缩空气、氧或用于氧化岩石中碳或烃的化合物，上含水层吸收CO₂气体和被排放到排放井中的蒸气的热气体，这些气体可通过管道送到一个发电厂去。

(2)从天然卤水中蒸发出的盐类的纯化作用

本发明另一个实施方案中是用一个反应器或一个原地反应器来纯化盐类。干旱地区蒸发作用所生产的廉价的水氯镁石可能是电解法生产金属镁的原料。镁的生产者总是要求水氯镁石有一定的纯度，通常水氯镁石含大量的硫酸盐和硼酸盐而不适合用于电解生产金属镁。

在干旱地区，产钾盐后的废卤水通常是一种较纯的MgCl₂溶液。然而，该卤水可能含很微量的硫酸盐和更微量的硼酸盐。靠太阳的蒸发作用沉淀出水氯镁石，或在零度以下的温度条件下水氯镁石将结晶。通常，少量残存的硫酸盐离子将作为一种硫酸盐盐类与水氯镁石混合，同时沉淀下来，其含量为万分之几。在MgCl₂卤水蒸发的晚期阶段，大量的水氯镁石已经沉淀出来之后，卤水也富含硼酸盐，最终它将以一种硼酸盐盐类与水氯镁石混合，同时沉淀下来。在一个仅有一个有源含水层或一个工厂反应器的原地反应器底部的一个含水层或一个滤层中，用化学试剂可将卤水中硫酸盐或硼酸盐除去。

如图3所示，蒸发池33挖成长xm、宽ym、深zm，在太阳蒸发作用下，水氯镁石在其中沉淀下来。一个含水层或一个滤层由一层化学上呈惰性的粒状物质、一种化学试剂和一层象盖住含水层的惰性筛组成，厚tm，铺在反应器底部。该含水层34含一层惰性化学物质，如：石英砂，其上面是细砂35和少量的纯化卤水的化学试剂(图中未标出)的混合物层。试剂量和性质取决于待纯化卤水的化学成分。顶部是一筛层36，它由化学惰性物质制成，如能渗透卤水溶液，但它不能让固体物质通过的塑料。

待纯化的卤水经过一个注入井37泵入含水层34，卤水上升通过筛层36。卤水中少量的溶解的杂质将和滤层中分散的化学试剂反应，杂质作为固相(图中未标出)沉淀在滤层中。现在，纯化了的卤水在水压力下向上流进蒸发池，它在那里被蒸发以沉淀成纯盐。该化学试剂最终将用尽，该纯化加工的沉淀物最终将填塞孔隙空间，从而阻碍卤水自由地通过该含水层或滤层，在此情况下，除去滤层34，换之以砂和化学试剂混合物的一个新层。

CaCl₂可用来作为纯化溶解的含一定量硫酸盐离子和硼酸盐的镁卤水的纯化剂。硫酸盐离子作为硫酸钙2水合物(石膏)，硼酸盐作为硼酸钙的水化物(CaB₂O₄·6H₂O)而沉淀。如果要完全除去硫酸盐离子，可以用BaCl₂作为纯化剂，用这种方法，硫酸盐离子将作为Ba₂SO₄而沉淀下来。

图4也展示出本发明另一个实施方案，用一个工厂的反应器。在一个类似于原地反应器的工厂里，也能有效地进行纯化加工工艺，在一个大罐40的底部修建一个含水层或一滤层，该含水层由惰性化学物质41组成，如：石英砂，上面是一个含水层或一滤层42，由砂和用于纯化卤水的化学试剂混合而成，试剂的性质和量取决于待纯化卤水的化学成分。含水层或滤层顶部是筛层43，它也是由化学惰性物质构成，如：塑料，卤水溶液可通过筛子，但固体通不过。待纯化的卤水被泵入含水层或滤层40，卤水中作为杂质的溶解了的微量组分与含水层或滤层42中的化学试剂反应，卤水中杂质作为固体43沉淀在含水层或滤层里。化学试剂最终将用尽，纯化加工工艺产生的沉淀物最终将堵塞孔隙空间，从而阻止卤水自由地流过含水层或滤层，在此情况下，除去滤层32，换上砂和化学试剂混合的新层。来自大罐45待纯化卤水通过原料线46而输入含水层滤层40去。来自含水层或滤层40已纯化的卤水通过原料线48至采集罐47，在那里，收集纯MgCl₂49结晶并干化。

CaCl₂可用于纯化干旱地区从卤水沉淀出来的水氯镁石纯化剂；硫酸盐离子作为石膏(CaSO₄·2H₂O)、硼酸盐离子作为硼酸钙的水化物(CaB₂O₄·6H₂O)而沉淀下来。如果欲完全除去硫酸盐离子，可用BaCl₂作为纯化剂，用此方法则硫酸盐离子作为BaSO₄而沉淀下来。

仅用一个有源含水层(图5)的原地化学反应器可以对干旱地区从工厂经蒸发作用而生产出来的钾盐(钾石盐Kcl)进行再加工。在多数情况下，约有5-20％相当可观的NaCl和钾盐共沉淀而不能与KCl分开，这种不纯的钾盐不能作为农用肥料上市销售，因为NaCl对土壤有盐化的副作用。大量地这种不纯的钾盐只好积压存放，它们只有待NaCl杂质除去后才能出售。

反应器是一个长xm、宽ym、深zm的槽子50，将含石盐杂质52的钾石盐51在槽中铺成一层，几乎填满槽子，在槽底修建一个tm厚的人工含水层53，含水层下层是由惰性的化学物质54，如：石英砂构成，上层是一层筛网55，也由惰性化学物质，如：塑料构成，它允许水通过，而固体通不过。

钾石盐KCl和石盐NaCl的溶解度温度系数大不相同；KCl在低温下不太溶解而在高温下易溶，NaCl在低温下比高温下溶解度高。实验室内的试验已经表明：当冷水通过钾石盐和石盐混合时，能有效地除去NaCl杂质，那时，有等量或少量的Kcl也溶解在溶液中。当NaCl和KCl饱和的溶液被加热和蒸发时，由于NaCl在较高温度下溶解度降低，则多于KCl量的NaCl将沉淀出来，于是，富含KCl的残存溶液可再次被冷却，使得KCl沉淀，这样，从不纯的钾石盐-石盐混合物里首次淋滤NaCl时，收集了部分KCl。

在仅有一个有源含水层反应器中，用这种原理进行纯化时，最好是在清晨空气温度较低时将冷水从一个水塔(图中未标出)泵入第一个反应器的有源含水层，便槽内的水上升到不纯钾石盐KCl的孔隙里，淋滤出NaCl，而一些KCl也损失到淋滤液中，现在溶液是一种低温的NaCl和KCl饱和溶液，通过泵或重力排液使淋滤液进入设计得和第一个反应器相同的第二个反应器内(图5)。

由第一反应器泵入第二反应器的溶液是一种KCl和NaCl的饱和溶液。当饱和卤不在阳光下部分地被蒸发时，与钾石盐混合的石盐发生沉淀。两者之比是蒸发温度的函数。为了增加该反应器的石盐和钾石盐沉淀比，用安装在含水层下面的一个加热装置来提高蒸发温度。该装置可用塑料管做成，管内来自太阳池的热卤水或由燃料烧热的热空气不断地循环着。第二反应器内被加热升温、富含KCl的残存卤水被输入第三反应器内。当温度下降时(例如在夜间)，第三反应器内KCl从溶液中沉淀，在冷却的过程中，无NaCl或仅有少量的NaCl沉淀下来，因为它的溶解度随温度的降低而增加。

当第二反应器内有相当量的KCl和NaCl共沉淀时，热水可从反应器的底部注入含水层中，此时，注到该层的热水增加了KCl的溶解。富含KCl的热溶液被输至第三反应器，在那里被冷却，析出KCl。循环纯化水的加工工艺在三个反应器内可不断地重复，直至在第一至第三原地反应器内的KCl的纯度达到商业规格。

根据同样的原理，该方法在工厂的化学反应器内也同样有效。

尽管对本发明参照各种实施方案先作了充分地叙述，只要不偏离本发明所涉及的范畴，会有各种修改和改进，这是可以理解的，本发明的范围由后附的权利要求书来定义。

Claims (20)

1．一种用来从含矿物料如含不纯金属或盐的卤水或矿石中回收纯化的金属和盐类的有至少一个顶部、底部和侧壁的反应器，包括在所述反应器底部的流体分布设备，以引发能与所述含矿物料中组分反应的反应流体的流动；将反应流体供给所述流体分布设备的管线；与所述流体分布设备相邻用来引发所述含矿物料和所述反应流体之间化学反应的反应设备；与所述反应设备相邻用来回收从所述反应设备流出的反应流体的收集设备；用将使反应流体流过所述反应器的设备；和用来从所述收集设备回收所述反应流体的设备。

2．根据权利要求1的反应器，其中流体分布设备是一个含惰性介质的有源含水层。

3．根据权利要求2的反应器，其中在所述含水层中的惰性介质是砂和陶瓷颗粒及一种能与不纯的盐或金属反应以除去杂质的化合物的混合物。

4．根据权利要求2的反应器，其中所述的有源含水层是由水裂较难渗透的主岩产生的水平断裂带。

5．根据权利要求1的反应器，其中所述反应器设备是一个经页岩燃烧处理以提供一个破裂岩石结构的岩石床。

6．根据权利要求1的反应器，其中所述收集设备是位于反应器设备之上的人工含水层。

7．根据权利要求1的反应器，其中所述流体分布设备是由化学惰性的颗粒状物质组成的床，所述反应器设备是由惰性颗粒物质和能与所述含矿物料反应的化学组分的混合物组成的床和所述的收集设备是化学惰性的物料。

8．一种用来回收金属和回收源于化学反应能源的原地反应器，所述化学反应是所述反应器中的固体如含金属岩石、煤、油页岩、焦油、砂、含油岩石等和注入到所述反应器中液体或气体之间进行的，该反应器包括一个或多个水槽，水槽带有形成一个有源含水层并位于反应器中与较难渗透固体岩石相邻的破裂带上的第一多孔渗透床和形成一个渗水层并位于所述固体岩石相反一侧与所述有源含水层距离最远的破裂带上的第二多孔渗透床；用来使反应流体流过所述有源含水层、所述较难渗透的固体岩石和所述渗水层的设备；和从所述渗水层回收反应流体的设备。

9．按照权利要求8的反应器，其中至少一个含水层由砂、陶瓷球或注射到至少一个断裂带的其它惰性颗粒材料组成。

10．按照权利要求9的反应器，其中注入用于所述含水层的疏松物质于其中的断裂带是由水力学断裂法形成的。

11．按照权利要求8的反应器，其中至少一种含水层是多孔和可渗透的岩石地层，它位于反应器中固体或主岩之上或下或与其相邻。

12．按照权利要求8的反应器，其中所述的有源含水层含砂及一种或多种能通过燃烧或氧化与反应器内主岩发生化学反应的一种或多种化合物。

13．按照权利要求8的反应器，注到所述有源含水层的气体或液体是氧气或能支持所述反应器内主岩氧化的其它化学物质。

14．按照权利要求8的反应器，其中注到所述有源含水层的液体是多孔流体中和溶液。

15．按照权利要求8的反应器，其中注到有含水层中的液体是一种淋滤液。

16．根据权利要求8的反应器，其中流入所述渗透层的流体是由放热反应产生的热气体或液体，该热气体或液体流入一个排放孔，再通过管线流到工厂去发电。

17．按照权利要求8的反应器，其中流到所述渗透层的流体是含有毒物质流体，该有毒物质是在主岩中的矿物的氧化作用产生的，所述流体通过一个排放孔到一个解毒设备中除去。

18．按照权利要求8的反应器，其中流到所述渗透层中的流体是含贵金属如金、铀或由浸取主岩中矿物产生的其它金属的流体，所述流体经排放孔到精制设备中被除去。

19．一个带有水槽的原地反应器，该水槽由一个用来纯化盐的有源含水层组成，所述的纯化是通过在所述反应器中的固体和注到多孔和可渗透床的液体之间化学反应来完成的，所述的床用作所述水槽的有源含水层。

20．根据权利要求19的反应器，其中流到所述有源含水层的流体是不同程度溶解盐的杂质的水。

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