实验室浸出测试调查动员和恢复从地热储层的金属

文摘

H2020项目”供热、电力和金属萃取”(CHPM2030)旨在开发一种新型技术相结合地热能源利用率与金属的提取在一个相互关联的过程。为了提高geothermal-based能源生产的经济学,项目调查可能的技术开发含金属与地热地质结构潜在的3 - 4公里或更深的深度。这样,能源和金属可能的协同生产和优化可以根据未来的市场需求。这种技术可以让深部矿体的开采,特别是对于关键金属,电力生产,同时最小化对环境的影响和成本。在本文中,我们描述实验室浸出实验旨在量化相对利率和震级的金属释放和看到这些随不同的液体。具体大小分数(250 - 500年μ米)的矿化岩石样本进行了在不同压力和温度高达250酒吧和250°C。最初的实验涉及测试各种潜在浸出液与各种矿化样本相对较长的一段时间(720小时)在批量反应堆为了评估浸出效率。选择液体被用于流水线式反应堆接触时间较短(0.6小时)。以确保可能的应用程序在实际地热储层中,液体被认为,从稀无机酸相对环保的液体,去离子水和醋酸等。研究的主要发现包括快速反应时间,这意味着稳态流体成分达到在最初几个小时的反应和增强Ca的动员,Cd,锰、铅、年代,Si和锌。一些关键元素,比如有限公司、Sr和W,也发现在流动的相互作用显著的浓度。然而,这些有用的元素释放的量要少得多比常见的元素,包括铝、钙、铁、钾、镁、锰、钠、铅、年代,Si和锌。尽管溶解金属的浓度增加了在测试过程中,保持在低位,这可能给金属萃取技术挑战。未来的努力将努力实现实际液体的深度更严格限制盐度等参数的影响,这也会影响金属溶解度。

1。介绍

CHPM2030项目的战略目标是开发一种新颖的技术解决方案(供热、力量和金属提取从超深含的岩石),地热能源更具吸引力,并减少欧洲对进口的依赖金属和矿物燃料(1]。

使用地热卤水进行采矿的想法已经存在了几十年。感兴趣的一个关键因素是锂(2- - - - - -4),但广泛的元素可能适合提取存在于地热储层和流体(5,6]。

电流对金属的需求推动扩大采矿作业由于科学和技术的进步,例如,机器人的使用,nano-mining、激光矿业(7,8)等。这些发展中技术减少矿工的暴露危险的地下环境中,使可能的选择性运输贵重金属的表面而不是移动大量的材料,最终会去浪费。

设想的正负校验技术,一个增强型地热系统或者人工地热系统(EGS)是建立在含金属地质地层深度(图3 - 4公里或更多1)。根据地质和水文地质环境,EGS可能是热液或petrothermal(干热岩(HDR)系统)(9]。理论的概念涉及操纵petrothermal系统的协同生产能源和金属将成为可能10]。通过在实验室规模的实验,我们已经调查了浸出潜在的各种液体和增强的地热系统是否能使他们更有吸引力的经济,即。,whether metals can be leached from orebodies in economic concentrations over prolonged periods, and if leaching might increase the system’s performance over time (through, for example, silicate dissolution and permeability enhancement), negating or reducing the use of more common methods of reservoir stimulation.

CHPM2030概念的一个关键方面是金属可以运输解决方案从深度表面矿化结构基础设施可以(图中提取1)。根据目前的技术,通常依赖于交换或吸附过程,提取过程将会更加有效溶解浓度较高的金属(11),因此含金属的溶解率更快的矿物质。然而,溶解负载过大时可能导致降水的问题在生产钻孔或表面的基础设施,因此,它维护需求和成本增加。因此,有一个需要平衡的潜在增加收入恢复金属对潜在的维护操作增加带来的成本增加。还有一个需要考虑的更广泛的物理环境系统需要操作以及公众接受的问题(12]。这包括仔细留意环境因素和控制使用相对环保的添加剂。

支撑上述方面因素的利率和震级金属释放,和实验室实验模拟提供well-constrained原位条件是一个有用的方式来帮助理解这些数据。这些实验还允许我们测试不同的流体成分以确定是否有特定的添加剂,可以改善金属恢复过程(13]。

最初我们的方法一直工作在低温和关注几个矿化样品(主要材料来自康沃尔郡,英格兰西南部)为了研究浸出潜在的各种液体。这里,我们现在使用的实验结果的样本来自康沃尔的矿化与去离子水的反应,乙酸,盐酸和硝酸的混合物。在罗马尼亚样本Banatitic岩浆和成矿带(BMMB Masca-Cacova Ierii)和匈牙利(Rudabanya和Recsk)也用去离子水和醋酸进行测试。这些液体被选为代表的规模从非常良性的(去离子水)更积极但仍然合理(0.1醋酸或醋)和咄咄逼人和环境不可接受的无机酸。

实验运行使用批处理设备,材料的反应在一个封闭的系统,以及从哪些样品定期收回,也主要材料设备,流体通过系统传递一次。

2。材料

实验中使用的固体工作详细的表1。样品通常包含大量的矿化或矿化材料连同一些周围的围岩。

回火钢中的所有样本反复碎颚式破碎机获得分数< 500粉μm。这部分是已筛,然后生成一个500 - 250μm分数,用于实验和分析工作。这个分数是清理删除罚款和表面杂质,通过在丙酮反复洗涤,直到上层清液跑清楚。这些“洗”样本然后烤箱干30°C。

固体样品将被他们独特的三位标识符在这个报告。英国地质调查局收集的样本来自英格兰西南部网站,贴上HTL315 HTL319,和HTLMix混合样本材料的代表矿化石英脉(含方铅矿、闪锌矿和一些黄铜矿)发现在Herodsfoot,英格兰西南部。混合物被用来提供更多代表“散装”矿物学用于实验。HTL321源于一个矽卡岩矿床BMMB Masca-Cacova Ierii在罗马尼亚是磁铁矿矿床也富含硫化物与黄铜矿可见。HTL322来自Rudabanya、匈牙利、从密西西比河谷型矿床(测试)。样本的特点是带状重晶石矿石铅从交代矿床由石灰岩;方铅矿谷物在黑暗的乐队可以认识到粗粒度的白重晶石镜头和细粒度褐铁矿的矩阵。HTL324从Recsk、匈牙利、代表斑岩矿化采样的入侵与斑岩铜矿和包括一个角砾岩与硫化物矩阵和静脉(14]。起始原料的特征是利用x射线衍射对散装矿物学和打赌表面积(Brunauer-Emmett-Teller)分析。

固体样品的细节,包括他们的取样位置,地质背景,并总结他们的大部分组成,由XRD、可以在表中找到1。所有收集的样本表面,一般从我的转储或落石毗邻曝光。是努力确保实验材料是尽可能的,即。材料,在或接近(~ 10厘米内)风化表面被避免。各种解决方案被用于实验,以测试他们的潜力相对解放含金属的存款。其中大部分是使用一个或两个试剂溶解或稀释至所需浓度。这里的实验报告中使用的液体的温度/压力条件的实验使用各种固体列于表2。

3所示。方法

3.1。批实验

两种不同的方法被用于批处理实验,根据实验条件(即是选择。、压力和温度)。最初的实验进行了大气压力,使用高密度聚乙烯(HDPE)瓶固定成一个旋转混合组装。固体样品仔细权衡并添加到适当的流体40:1液:岩石比率。相对较高的流体岩石比选择满足流体取样要求,同时最小化反应速率的变化由于流体的相对变化:岩石由于抽样比例。实验“充电”,这些实验包括准确已知的粒状岩石样本(约5克)和200毫升的反应物的解决方案。顶部的HDPE瓶被安全地收紧,搅拌机上的血管排列对称,整个大会被置于一个自动调温的fan-assisted烤箱。运行时,搅拌机在大约6转/很小之间,以确保良好的混合固体和溶液不会造成太多的机械损伤的固体颗粒。

更高的温度和压强实验利用钛批反应堆内部自动调温的fan-assisted烤箱(15,16]。批处理反应堆的基本布局示意图见图使用2。氟橡胶o型环使用身体容器和容器之间的头部,防止压力损失。大扣环螺纹到容器的顶部保持身体和船船当压头在一起。该设备是用于实验在100°C, 150°C, 200°C。

加载容器包括添加精确已知数量的颗粒岩(约8.75克)和合成地下水或其他浸出溶液(350毫升)加上一个电磁搅拌器珠在下面的实验200°C。反应容器的头推,安全地和扣环固定下来。容器的顶部空间氮pressurisation之前得脸都红了。一个钛导管(和相关的阀),配备了一个聚四氟乙烯过滤器总成,被添加到每个容器。

坚实的机械损伤降到最低,搅拌器珠是在一个小笼子里,只有激活大约2分钟每4个小时。实验在200°C,搅拌器组装和搅珠,以及过滤器总成,必须被移除,并定期相反,船只被手工搅拌(平均每天一次)。氮是用来密封这些批实验与实验压力是控制通过一个ISCO 360 d注射泵。N₂使用分类为“无氧”(99.998%纯)。

在每个试验中,尽可能多的解决方案的前被冷却和减压的船。一旦低于100°C(即。,the boiling point of the leachate being used), the vessel was slowly depressurised, dismantled, and reacted rock grains recovered for subsequent analysis. Batch experiments were run for around 600–1000 hours.

3.2。主要材料的实验

浸出过程也调查了在连续流条件下使用流水线式反应器(图3)。反应发生在一个不锈钢高压液相色谱(HPLC)列250毫米的长度和内径的21.2毫米。列的压力是由易康姆Kappa 10单柱塞高效液相色谱泵。50厘米不锈钢毛细管和流体背压调节阀安装在列的流出。这个油管的长度是用来允许流出的液体冷却到90°C以下受到。加热乐队被附着在列,由一个温控器控制调节(wh - 1435 d PID数字温控器与±1°C控制监管)。这个高压高温设备满载着大约150克的岩石样本和运营的温度大约250°C和压力为250条。这些参数对应于平均深度2.5 3公里左右的地热田(9,17]。在实验中,反应器的流率为0.5毫升每分钟,导致流体和岩石之间的接触时间的30 - 50分钟,允许收集足够的样本数量进行化学分析。

3.3。采样和分析

取样,使用旋转瓶的实验设置;旋转停止,瓶子被逐出议会一次最小化任何冷却后删除从烤箱。删除后,每个瓶子启封,样本被使用聚乙烯注射器和随后使用0.2过滤μ米尼龙注射器过滤器前二次抽样分析。

实验使用钛容器、阀门上的船(附加到一个内部钛采样管)开了一个注射器连接到阀门通过polyetheretherketone长度(PEEK)油管。一个准确的已知量(通常1 - 5毫升)的流体被允许流入注射器冲洗样品管,阀和油管。这个注射器被丢弃。第二个注射器连接和用于撤销一个准确已知量(大约10毫升)的液体。这个样本随后使用0.2过滤μ米尼龙注射器过滤器。

一次过滤液体样本,都是分成几个使离子色谱法(IC),电感耦合质谱(icp)、碱性(由滴定法对硫酸),并降低铁(colorimetrically使用紫外分光光度法)进行分析以及分析pH值和呃。次级样本为icp分析是用去离子水稀释并使用HNO酸化₃。次级样本碱度和离子色谱法(IC)分析使用去离子水稀释。次级样本分析,减少铁是用去离子水稀释和准备分析和2,2-bipyridyl解决方案。

在每个试验中,尽可能多的已被删除的流体相在冷却减少不必要的沉淀物的形成和减压。血管然后尽快冷却到低于80°C,然后受到。打开后的反应容器,任何残余流体取样(然后子样品保存按上述样品),允许任何化学变化的描述在减压和冷却系统中。反应固体从容器中删除,业者的用丙酮冲洗,然后烤箱干30°C。

对于定量全岩x射线衍射(XRD)分析,> 5克的样品开始固体被球磨,然后让水下细粉(< 10μ米)。进行了XRD分析使用PANalytical 'Pert Pro系列X衍射仪配备cobalt-target管在45 kV和40 mA和运营。推导定量矿物学的数据是通过使用最小二乘法拟合过程应用里特维德细化技术(18]。的子样品粉碎固体也开始使用氢氟酸溶解消化,并使用icp分析了由此产生的液体的液体样本实验。

4所示。结果

4.1。批实验

批实验使用去离子水,醋酸浓度(0.1米),和无机酸(盐酸0.13米和0.013米HNO的混合物₃)范围内的样本HTLMix、HTL315 HTL319, HTL321,和HTL 324在70°C, 100°C, 150°C, 200°C下1条(70°C的实验只)和200条(表压力3)。在这项研究中,最高浓度的元素出现,B,英航,Ca, Cd,铬、铜、铁、钾、镁、锰、钠、镍、铅、Rb,年代,Si和锌。这些元素的经济价值是有争议的,由于有限的效用或广泛的可用性,和这些元素在这里被称为“普通”元素。元素但出现在低浓度更高的价值,比如Ag)有限公司,乔治亚州,密苏里州,某人,Sr, V,和W元素,被选为可取的和被称为“风险”元素本文根据评估由欧洲委员会等。1]。数据样本的组成批反应,下图为基础,可以在表中找到4和5。为了说明结果分析,使用蜘蛛情节,单个元素被安排在绕成一圈围绕一个中心点表示零的所有元素的浓度。因此,浓度增加远离中心的情节(本研究对数刻度)。

以下4.4.1。用去离子水作为溶剂浸出测试

浸出实验进行了使用去离子水英国样本HTL315 HTL319, HTLMix在70°C。“普通”的总浓度元素在渗滤液如图4对应于大约70 ppm HTL315而言,5.4 ppm HTL319而言,29 ppm HTLMix的情况。HTL315,铁、硅元素中发现浓度较高,占总数的58%和24%“共同”元素浓度,分别。在HTL319,如果是最丰富的元素,占总数的96%“共同”元素的浓度。对于HTLMix的反应产生的渗滤液,Mg是最丰富的元素,K和Si也发现,占67%,16%,和15%的总“共同”元素的浓度,分别。

反应在70°C的温度在1大气压与HTL315 HTL319,和HTLMix动员了大约1070磅,180磅和170磅的所选的“风险”元素,分别。这些元素,Co, W,某人被发现在最高浓度(图5)。

4.1.2。使用醋酸作为溶剂浸出测试

“普通”元素的总浓度在最后的样品在70°C,如图6,对应于大约100 ppm HTL315而言,18 ppm HTL319而言,1050 ppm的HTLMix。在HTL315,铁、硅元素浓度最高,产生“常见”的元素总数的58%和22%。在HTL319,如果是“普通”中最主要的元素,占总数的50%溶解浓度。HTLMix而言,大量的铅被淋溶,与浓度870 ppm Pb在最后的样本,占总数的83%浓度的“普通”元素。

反应与0.1乙酸在70°C的温度在1大气压导致淋溶的浓度大约1250磅的选中的“风险”元素HTL315, HTL319,和280年130磅的HTLMix(图7)。最有效的动员HTL315的情况;在这个示例中,公司是淋溶浓度高达1070磅。钨也发现在每一个渗滤液虽然在低浓度。

HTLMix也淋滤使用0.1米乙酸在150°C的温度低于200酒吧的压力。图8显示选定的浓度“共同”和“风险”的元素。总浓度的“共同”和“风险”元素动员是300和830,分别。Ca、Si和Pb中丰度最高的“普通”元素,构成37%,25%,和6%的总“共同”元素淋溶,分别。某人、Sr和有限公司是最重要的“风险”元素淋溶,构成79%,17%,和总数的3%。

4.1.3。浸出试验用无机酸作为溶剂

浸在Ti批量反应堆使用的混合0.01 M盐酸和0.003 M硝酸在100°C温度在200酒吧进行压力。“普通”的总浓度元素淋溶在最后的样本,如图9,大约是130 ppm HTLMix, 150 ppm HTL321而言,和250 ppm HTL324的情况。HTLMix渗滤液,中被发现含有钙和镁浓度最高,构成“常见”的元素总数的63%和25%,分别。在这个示例中,锰、钠和年代也发现显著的浓度。在渗滤液与HTL321反应,钙和镁也最丰富的元素,构成总数的63%和26%“普通”元素淋溶,分别。钾、锰、马和年代也检测到低,但潜在的可恢复的浓度在这个示例。在渗滤液与HTL324反应,铁被发现在浓度最高,占总数的58%“共同”元素淋溶。铝、钙、镁、锌浓度也发现27个ppm, 32 ppm, 23 ppm,分别和2 ppm。

盐酸反应混合物的0.01米,0.003米硝酸在100°C下200条压力导致渗滤液浓度大约125磅的选中的“风险”元素在HTLMix, HTL321 160磅,65磅的HTL324(图10)。在这些样本,公司,密苏里州,某人,和老发现,某人在所有三个样品中浓度最高。

HTLMix也淋滤使用更高浓度(0.1 M盐酸和硝酸0.03米),在100°C和200°C,在200个大气压。图11显示了“普通”元素的浓度在每个渗滤液。“普通”元素淋溶的总浓度大约是在100°C 4480 ppm(770小时)和213000 ppm到200°C(530小时)。在100°C反应的情况下,最丰富的元素淋溶是Pb,被发现在一个浓度3680 ppm的渗滤液。在200°C,硅、铁、最丰富的元素和Pb在211000 ppm, 850 ppm,分别和浓度805 ppm。

反应的0.13米矿物酸溶液在100°C和200°C温度低于200条压力导致大约340磅和8500磅的浓度选择“风险”元素在最后的样本,分别。图12显示了测量Ag)有限公司、Ga、钼,某人,Sr, V, W浓度。在100°C反应的情况下,有限公司老,和Ga的浓度动员160磅,150磅,分别和10磅。反应在200°C动员了7100磅的某人,980磅,220磅的Sr, 180磅的莫,8磅的Ga, 8磅的W。

4.2。主要材料的测量

实验使用方法部分中描述的流水线式反应器进行了使用deionised (DI)水和0.1样品HTL315醋酸,HTL139, HTL321, HTL322, HTL324, HTLMix 200和250°C温度在250°大气压。总结实际的物理性质在材料测试用表表示6。使用icp渗滤液样品从每个反应进行分析。数据样本的构成材料反应,下图为基础,可以在表中找到7和8。

4.2.1。准备使用去离子水浸出试验

主要材料使用去离子水浸出实验样品HTL321 HTL322, HTL324在200°C。“普通”的浓度元素淋溶图中可以看到13,“风险”元素的浓度动员从固体样品呈现在图14。

的总浓度选择“普通”元素HTL321大约是1000 ppm (ppm是Ca 380和380 ppm是年代);HTL322,总淋溶是90 ppm (ppm是40 Ca和27 ppm是S);HTL324,总940 ppm (480 ppm是Ca和360 ppm是S)。与去离子水反应导致总浓度400磅的所选的“风险”元素在HTL321, HTL322 700磅,520磅HTL324的情况。最高的元素集中在“风险”元素是Sr,占94%,94%,和76%的“风险”元素的总量在渗滤液,分别。某人和W也发现在其他潜在有用的元素。

4.2.2。使用醋酸作为溶剂浸出测试

主要材料浸出实验也使用0.1醋酸。总溶解固体(TDS)渗滤液从这些实验浓度过高使用icp分析之前使用;因此,乐器用来midgrade浓度,ICP-OES使用。这个方法有更高的检测限制对一些关键的元素;因此,它是有用的只有在最丰富的元素的浓度的测定。渗滤液中的元素的浓度反应的结果图中可以看到15。

“普通”的总浓度元素淋溶,如图15,对应于大约1060 ppm HTLMix而言,100 ppm的HTL315, 80 ppm的HTL319, 2150 ppm的HTL321, 1150 ppm HTL322而言,1680 ppm的HTL324。一般来说,最丰富的元素在渗滤液Ca,构成57%,36%,10%,61%,33%,和75%的总“共同”元素在渗滤液从实验中使用HTLMix HTL315, HTL319, HTL321, HTL322和HTL324分别。对于HTLMix HTL322,增强Pb释放与浓度240 ppm的经验和540 ppm渗滤液从这些样本,分别。

反应0.1乙酸在250°C的温度低于250酒吧压力导致的总浓度选择的“风险”元素1030磅,230磅,1100磅,1100磅,2840磅和1530磅的使用HTLMix从实验中渗滤液,HTL315, HTL 319年HTL321, HTL322和HTL324分别。图16显示了Ag)的浓度,乔治亚州,密苏里州,某人,Sr, V, W在这些样品。

HTLMix, Ag)检测到的浓度为20磅。HTL315,发现10磅的V Sr和有限元素的广泛动员从HTL319渗滤液浓度的440磅的某人,95磅的Sr, 90 Ag)和9磅的有限公司;W也检测到一个显著的数量在470的浓度。HTL321的情况下,HTL322 HTL324,只有老中检测出最大的浓度在渗滤液浓度1090磅,2840磅和1530磅。

5。讨论

5.1。比较不同的液体

主要测试在这个研究设计测试不同的浸出剂的功效。而积极的液体,如无机酸,显然有更多的潜在溶解岩石和矿化作用有关,这并不是唯一的考虑在这样一个系统。同时,主要关心的是对环境的影响和使用的液体对储层的影响和基础设施。虽然无机酸可能的元素的浸出浓度大,它也可能攻击大部分岩石,浸出更少的元素。后者可能需要考虑回注或处置时可能导致问题的降水系统(作为硅常发生)。同样,这些液体可能会攻击井下和地面基础设施材料和产生更多的环境影响。更温和的液体,如淡水,轻微的酸,或有机leachants,更可能是公开和环境可接受但有较弱的浸出效果的明显的权衡和潜在的不稳定性在升高的温度下(特别是在有机leachants)的情况下。一些调查潜在的相对性能leachants因此需要和比较我们选择leachants下面提供。

对于每个流体研究(去离子水,0.1醋酸,和0.13无机酸),选择一个实验从批处理测试比较每个流体的溶解性能。实验运行的非常相似的条件下进行了选择,并从这些结果如图17“普通”元素和图18“风险”元素。的数据包括数据HTLMix反应与去离子水在200°C下200条压力为670小时0.1乙酸在150°C下200酒吧的压力1000小时和0.13无机酸在200°C下200酒吧530小时的压力。

动员“常见”的元素的总和约为80 ppm, 300 ppm,去离子水和213000 ppm, 0.1醋酸,分别和0.13无机酸。巨大的总溶解元素增加主要是由于前面提到的大量的Si动员(大约211000 ppm)的无机酸的实验。这相当大的攻击硅酸盐(主要是石英)存在于系统的更多的酸性液体和极高的Si表明解决方案非常有效地溶解浓度矩阵矿物质。这样的溶解,导致减少固体体积和相关的孔隙度增加,也可能使更多的含金属表面矿物质和增加渗透率,提高流体通过系统。然而,更高的溶解负载也可能导致更多的降水冷却。这突显出这种液体的二元性,提高水库通过增加渗透率还可能导致降水在表面基础设施问题。

总浓度的“风险因素”是大约50磅的反应与去离子水,830与乙酸反应的情况下,和8500磅的无机酸时使用。有一种强烈的酸度和动员的总量关系的元素。在我们的研究中,在批实验在更高的温度下,无机酸是最好的溶剂,导致相对高的金属动员和高浓度的Al和Si,这实际上就意味着更高的风险比例。与醋酸浸出了温和的金属浓度和Al和Si浓度明显降低,表明这是一个可行的浸出选择和可用的金属释放和扩展风险之间的良好折中。同样,它可能是更具挑战性的使用无机酸作为浸出溶剂在地热系统由于困难在运输、搬运、存储、和环境问题。动员的“风险”元素,乙酸是更有效的比去离子水但比无机酸少(包括溶解浓度和元素淋溶在可检测浓度)的传播。尽管很难量化的环境影响,额外的无机酸浸出潜在的不太可能利用这样一个激进的液体,即使在相对浓度稀释使用,可以接受的。然而,结果表明,即使是相对温和leachant,如醋酸、公众熟悉日常的物质,可以大幅提高浸出的潜力。在这种情况下,从去离子水切换到醋酸溶解生成一个近20倍增加负载的所选的“风险”的元素。自然,醋酸可能不适合使用在任何情况下; organic acids have a tendency to break down at elevated temperatures for example (though the natural breakdown of an injectant may be seen as desirable in the long term), but these results highlight the potential of using such, relatively simple, fluids to enhance leaching in an EGS system.

5.1.1。批实验

的元素浓度时间序列HTLMix反应0.13无机酸在100°C的温度在200酒吧压力下一批反应堆如图19。收集样本所示图后70小时,290小时,770小时的反应。

所选元素的总浓度在第一样品大约是4190 ppm, 4220 ppm在第二个示例中,并在第三个样本4480 ppm。这一趋势显示了轻微,但稳定,增加渗滤液浓度随着时间的推移,大多数元素。这一趋势的例外是铁,可以看到在最初增加减少的实验,表明一些再沉淀或清除这个元素。最大浸出效率是在实验的开始,减少在每个元素的情况下。极高浓度的铅的浓度检测大约3530 ppm, 3520 ppm,和70 h后3680 ppm, 290 h,分别和770 h反应。浸出是最快速的在第一个70小时,动员3530 ppm Pb,然后从根本上减少,只会增加铅浓度150 ppm剩余的700多小时的实验中,当系统接近平衡。

可用表面积的化学反应(和热交换)为原料动员是至关重要的,作为矿化岩石溶解快,建议增加可用表面通过刺激可能更有效地增加溶解负载而不是增加水库的路径长度或者居留时间(19]。规模储层,这就意味着目标富有金属矿石的形成可耗减的提取是最有效的早期在提取项目回报率可能减少相对迅速随时间(20.]。这种金属萃取设备的寿命很大程度上依赖于地质形成的规模和等级,但可能会短于地热能源生产设施的植物没有水库管理的方式定期注入流体可以接触新鲜的表面,即。地下水,通过重定向流或通过水库的机械刺激,创造新鲜的表面。

5.1.2中。主要材料的测量

除了新鲜的表面积,潜在的金属提取的另一个限制因素将是“新鲜”的体积流体可以通过水库。可以看到在上面的批实验中,反应显著放缓几10小时的均衡。因此,与材料实验可以是有益的。时间序列的元素浓度的主要材料实验如图20.。样本所示的图代表浓度反应前36分钟,37 - 84分钟,85 - 119分钟。

显示元素的总浓度在第一样品大约是110 ppm, 98 ppm在第二个示例中,并在第三个样本65 ppm。这一趋势在渗滤液浓度不是特定的元素;Ca的浓度(53 ppm、47个ppm和21 ppm), Mg (4 ppm, 3 ppm, 1.5 ppm), Mn(580磅,420磅,270磅),S (35 ppm, 30 ppm, 15 ppm),和Si (5 ppm, 4 ppm, 1.5 ppm)在其他显示这一趋势,。尽管总溶解“常见”的元素的浓度随着时间的增加,增加的数量减少。

这些图所表现出的趋势表明快速浸出反应(第一样品接触时间是36分钟)。溶解的固体材料最快发生在早些时候,然后继续以较低的溶解率。这是一个关键因素时要考虑设计的循环率EGS系统中,控制储层中的流体的停留时间。当结合金属浸出和地热能的利用,岩石溶解过程金属动员将有更长的接触时间比证明;因此,本研究的结果可以被视为最低阈值。

在这两个实验装置,使用的固体样品是粉末而不是一个整体。这种形式的材料可能有几个高能源网站造成的样品制备,导致溶解率相对较高的实验。这种情况也可能在地热水库已刺激。新的表面的流体可能发生反应,导致高初始载荷,随着时间的推移将减弱。如果没有刺激正在进行,解散可能更低,但稳定。新鲜的表面积在水库将会相对较低,但接触时间会比这长得多的时间。接触时间流动的相互作用的批反应平均30天最大,而材料测试接触时间小于1小时(但更多的固体材料,因此可用表面积)。在操作EGS植物在欧洲,液体的平均旅行时间是23天,根据流路径(21,22]。这将是重要的考虑这些影响当看一个项目的整个生命周期,可能导致高恢复最初,之后下降,没有持续的刺激或新表面的接触。

5.1.3。总结

快速批量试验是有用的在阐明各种液体的相对浸出潜力,他们产生的结果往往很难比较“真实”系统由于流动比率非常高,他们代表一个封闭的系统,没有输入新鲜的液体。作为这项工作的一部分,因此,材料实验还进行,允许直接比较两系统之间的类型。图21是实验的总结与去离子水和醋酸。它显示的总浓度“共同”和“风险”元素从最初的固体样品和在每个渗滤液旁边。数据的构成坚固的岩石样本,下图为基础,可以在表中找到9和10。

图中的数据21已分解图吗22的总浓度,比较“共同”元素在最后的渗滤液,和图23,其重点是更关键的“风险”的元素。

如图22,醋酸具有更好的潜在“常见”的元素相对于去离子水溶解。实验使用HTL322和不同的液体是一个很好的例子;醋酸(动员0.368%的原始内容)导致了近13倍增加“常见”的元素的浓度在去离子水(动员原创内容的0.029%)。然而,基于这些样品材料反应产生的总溶解元素浓度略高于批反应,即使在相对较短的接触时间。这部分是由于低很多材料中使用的流体岩石比实验,也表明新鲜表面积的可用性是一个重要的因素在确定浸出率。的速度反应在材料的实验中,这些结果表明,即使在一个水库,这里使用新鲜的表面积比这更为有限,合理的高溶解负载应该是可以实现的,尤其是考虑到更大的流体和矿产等系统之间的接触时间。这些反应蜘蛛图也显示出类似的模式,在渗滤液元素成分,在这两个实验设置。

在一些主要材料的实验(如材料反应0.1醋酸和HTL321),元素在渗滤液浓度升高(> 1000 ppm)。一般来说,钙、铁、镁、和S渗滤液中最丰富的元素,都是与结垢。在实验室测试中,没有扩展的设备或油管被观察到。图23只显示元素浓度我们定义为“危险”。

动员的“风险”元素的趋势与“普通”的元素。乙酸被证明是更有效的去离子水在所有情况下。最有效的解散“风险”元素在HTL321与0.1乙酸反应,0.54%的原创内容可以动员。这是1.5倍比“普通”取得最好的结果,更有效的元素。Sr, Co、W和钼元素淋溶在最高浓度,表明潜在的进一步的调查由于临界钨和钴。

6。结论

实验室的批处理和无逆流浸出测试是在70 - 250°C的范围在1 - 300大气压,条件包括平均地热储层的属性在3公里深度。作为反应的实验室结果,合理的浓度可以动员广泛的元素。检测元素分组为“普通”和“风险”的元素。选择“普通”元素更少的经济重要性和更高的发生(在固体样品使用和产生渗滤液),而我们选择的“风险”的元素有更高的经济价值,和更低的供应安全。

“普通”元素的浓度最高的国家之一发生在领先的情况下,动员在期间与醋酸浓度870 ppm的批处理反应和540 ppm流通型反应堆。引人注目的锌的浓度也存在于渗滤液,这证实了增强解散的进步。在实验室测试中,重要的Al和Si也被发现。这些元素的浓度升高表明相当解散的矩阵硅酸盐样品中。这可能是可取的方面提高储层渗透率和开放流路径,但是如果浓度过高时,有沉淀的风险增加,这可能堵塞骨折和抑制地热储层流体流动,和风险污染水井或表面的基础设施。在一个技术优化地热储层,金属目标提取,但不一定在纯粹的形式(即。,could include extraction of metals complexed with some of the scale-forming elements), therefore as they are removed from the fluid in a technological material extraction step, the risk of clogging would decrease in the reservoir and in the well. In this way, metal extraction would reduce natural scaling and therefore increase efficiency.

单个元素的最高浓度检测的“风险”集团是1070磅的Co浓度与醋酸和2840磅的Sr批量反应堆材料设置与醋酸浓度。老,所有浸出测试期间,有限公司,W,和莫发现最大的富足,这是一个很好的动机进一步实验钨和钴为欧盟经济风险等级最高,分别。

在浸出反应,甚至相当温和的和环境可接受的液体可以利用溶解大量的硅酸盐材料以及一些感兴趣的元素。在适当条件下,反应速率快(高温度和压力有大量可用的表面积)地热储层内承诺金属复苏的潜力。未来的工作仍然需要和技术发展几乎恢复原材料从地热流体,为提取所需的浓度会高于在这项研究中实现。结果仅用于升级水库规模和计算可能溶解加载实现,由于反应速率和溶解度的不同元素。在这项研究中,第一步是确保的可持续性提出了技术,进一步的调查,其他技术的进步,和一个完整的生命周期评价研究需要遵循。

数据可用性

icp和ICP-OES分析数据用于支持本研究的结果都包含在这篇文章,在附录。所有其他之前报道(微观和XRD分析)数据用于支持这项研究是可用的http://www.chpm2030.eu。这些先前的研究(和数据)是引用文本中相关的地方。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

CHPM2030项目已经收到了欧盟的资助下地平线2020研究和创新计划资助654100号协议。作者理查德·肖想表达自己的感激之情,杰里米·拉什顿Alicja Lacinska,丹尼尔•Fűzeri西蒙•Chenery安德鲁·马里奥特艾略特汉密尔顿,伊恩•Mountney迈克尔•瓦和西蒙·坎普提供支持和分析英国地质调查局实验项目。

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