钱德勒湖(Lake Chandler)钾盐项目

要点

  • 澳大利亚联合矿石储量委员会(JORC)标准定义的资源量(推测资源量)--580万吨,含氧化钾K2O 5.7% ;
  • 已获准的采矿用地;
  • 开采方法为简单的劈开和剥离采矿作业;
  • 大量实验室规模的试验正在进行并已部分完成;
  • 延伸的概略研究,寻求节约成本和处理流程表的简化;
  • 从上世纪四十年代起,该地区便开始开采钾矿。

资产概况

钾矿:

  • 肥料基本面表明特别是在亚洲的强劲增长;
  • 全球钾盐产能未能跟上需求的增加;
  • 澳大利亚缺乏国内钾肥生产,因此受限于国际价格和供应;
  • 钾肥价格应该稳定在一个新的,显著高于传统价格曲线的标竿;
  • 昆士兰州,维多利亚州和西澳大利亚州是水溶硫酸钾(SOP)主要的消费者,约40%的SOP消费在西澳;
  • 相对于氯化钾(MOP),水溶硫酸钾(SOP)有20 - 30%的溢价;
  • 以澳大利亚的实际情况,水溶硫酸钾(SOP)是更优质的产品。

 

Lake Chandler 钾矿项目:

  • 位置优越,靠近基础设施,靠近市场;
  • 无原住民土地权纠纷;
  • 无重大环境问题;
  • 资源已建立;
  • 简单的低成本采矿作业;
  • 已确认的提取方法;
  • 范围界定研究显示加工的复杂度可导致资本消耗上升高至25 - 30%;
  • 旨在以降低成本和简化流程的进一步的研究正在进行。

                                      图 1. Lake Chandler项目基础设施3D展示图

勘探潜力

巨大潜力存在于Lake Chandler钾矿项目,包括进一步钻探以提升已知矿化带内的当前的推断资源量级别。

进一步的潜力存在于现有资源量的外围,在湖泊的周围范围。勘探目标规模为190—200万吨,氧化钾K2O品位在5.3 - 5.8%(额外的推断资源量)。

 

                             图 2. Lake Chandler 勘探潜力 (棕色为资源区,外围勘查靶区为潜紫色)

更多勘探靶区位于是目前的采矿租约M77/22之外,包括位于待定的ActivEX勘查许可证P77/3977外部的Reward Lake。

多个干盐湖存在于Lake Chandler水系中,包括当地湖泊向西扩展约30公里的Lake Chandler钾矿项目。向西扩展超过250公里处,赋存着多个干盐湖系统,诸如Lake Deborah,Lake Seabrook和在Mt Palmer附近的许多其他干盐湖,均呈现出类似于Lake Chandler的特点。

位置及交通

该项目位于西澳大利亚州中部小麦产区Merredin镇北面50公里处。Merredin是一个人口约为3500人的镇。位于Perth以东265公里94号国道(大东公路the Great Eastern Highway),为农业(小麦和牧羊),采矿业(金矿区位于Merredin以东35公里)以及风力发电行业提供供应。Merredin由大东线高速公路(the Great Eastern Highway)和横贯澳大利亚铁路线提供补给。

                                                           图3. 冬天的Lake Chandler

从Merredin镇到通往项目区的三公里范围内,有Chandler公路(质量好的沥青路面)。余下的路是平整的良好碎石路面。

气候特点是夏季炎热干燥,冬季凉爽,年平均降水量约400毫米,大部分的雨季在四月至九月之间。

矿权

由ActivEX持有的采矿租约77/22覆盖了整个Lake Chandler,且该租约组成了Lake Chandler项目与申请中的勘探许可证(P77/3977)集合体。

                                                               表 1. 矿权持有详情

该租约内有含明矾石粘土的重要资源,这是一种潜在的硫酸钾(SOP)和氧化铝的来源。1940 - 1949年期间, 18万吨的明矾石矿石由State Alunite Works开采并加工成钾盐资源。

原住民地权

采矿租约77/22在1992年之前获准,因此没有原住民土地权问题。目前尚无原住民声称拥有Lake Chandler地区的地权。文化传承问题仍然需要解决。之前的工作包括原住民遗址(2001)在征询代表Ballardong和中西部索赔群体的社会学调查。该次调查没有发现在开采租约内存在原住民遗址。

                                                             图 4. Lake Chandler 位置图

环境

在该地区的两个环境研究已经完成,一份可以确定可能风险的初步环境评估报告,一份在土地单位测绘和植被的初步报告。

环境评估已确定:

  • 在Lake Campion自然保护区内没有列在澳大利亚保护名单之上的重要湿地或有重要意义的次区域。
  • 目前Lake Campion自然保护区的主要威胁是正在盐分的增加和地下水位的上升。这些变化主要是由小麦种植带的农业活动引起的,以及“谷形”地形湿地的脆弱性。
  • 在Lake Chandler采矿将会改变当地的水文并且基础设施的建设可能直接影响植被。通过碳氢化合物污染,粉尘和噪声的影响,应当加以考虑。
  • 排放的盐浓度和盐负荷是两个主要的流程,将需要进行评估。

主要的环境问题是脱水排放对接收湿地的影响。这要求对其研究,从Lake Chandler流入和流出,以水,盐和养分平衡模拟湿地的影响。植被群落和植物物种的摸底调查必须以由于脱水和采矿作业受到潜在威胁的物种和社区为目标进行风险评估。

从前期植被调查的结论总结如下:

  • 在低Kopi沙丘上发现了一个2级的濒危物种,它们立即围绕在湖周围。地下水位的深度变化可能会对这个物种带来伤害。
  • 2个年度重点物种被发现在邻近Kopi沙丘的沙平原。这表明由采矿相关的水文变化可能对这些物种的影响不大。
  • 如果植被被移除或被扰乱,沙丘和湖周围的膏质面便会是中度至高度易受侵蚀。在这些地貌上应尽量避免矿山的清理和其他的基础设施建设。
  • 由于Lake Chandler是一个没有明确出口排水的当地排水受体,这可能导致在大洪水期间,湖水溢出事件会通过漫射排水排向南西方的Yilgarn河,虽然需要进一步的水文研究来证实这一点。

鉴于采矿作业不会影响到本地系统,从而进一步研究的关键是操作中盐水的排放问题。

开采及勘探历史

该矿床最早于1941年由私人集团发现并开采,该私人集团确定了资源储量和开采工艺。当时处于战争时期的钾矿短缺,西澳政府于1942年资助了一个工厂的建设于,但由于缺少劳动力项目延迟。直到1943年底,年产量4.5万吨的工厂才建成。生产工作从1944年到1949年,从 17.3万吨明矾石粘土中产出14959吨品位为 35%的K2O。在当时生产作业虽盈利但利润处于临界,当钾矿可再次从国外进口(战争结束)后工厂便关闭。

1982年,CRA发展公司进行了工程可行性研究,其结果为年产量66.7万吨的工厂为6万吨硫酸钾进行生产。他们的研究发现,要想得到项目适当的回报当时的储备量不足。

                                       图 5. Lake Chandler钾肥项目的钻孔在地形图上展示图

1987年,Boorara矿业公司以1940年代的生产作为试点研究,开展了确定储量数量级的工作,对矿床的进行概略研究。他们以湖面上50米为中心,沿北西走向的基线,500米线的间距,打了82个钻孔(共计450米)。钻井技术(拖动注水)成功,样品回收率良好。

                                                  表 2. Boorara 矿业公司估算的资源量

1989年,Golconda公司进行钻探210米(21个钻孔)的反循环空气芯钻探项目,这些钻孔主要是深至6米。钻孔打在沿着三条线的100米处中心,其中6个重复钻孔有效地与1987年的项目结对。回收率良好,平均81%。其中联动孔发生的相关性很好。

                                           图 6. Lake Chandler钾矿项目钻孔00mN部分

地质背景 

西南农业区大多下伏有花岗岩,其范围从细粒到粗粒伴有多种斑岩(含大的长石晶体)。其他主要的岩石类型包括片麻岩,片岩和燧石条带状铁质。小块区域的绿岩带,主要为玄武岩,细粒变质沉积物和燧石,在接近Southern Cross,Ravensthorpe, Wongon Hills, Perenjori 和 Boddington地区出现。

                                                   图 7. Lake Chandler 钾矿项目区域地质

Lake Chandler区 –矿权编号 M77/22

Lake Chandler位于的Yilgarn地盾的西部片麻岩地带(Western Gneiss Terrain)之内。该地带由花岗岩岩基侵入花岗片麻岩构成。这些岩石产于太古代;它们沿着西缘的Darling断层为界,Southern Cross和Murchison地质省的太古宙绿岩带分别在东部和北部,元古宙Albany-Fraser造山带为南方的边界。

Lake Chandler是西澳大利亚Yilgarn地盾中沿着旧水系出现众多盐湖之一。该河流系统是一些500多公里长, 包括Lake Seabrook, Lake Deborah, Lake Campion, Lake Brown这些主要湖泊系统,在临近Northam处汇合至目前排水系统。

该湖是由筑坝和河流系统蒸发而成的盐矿床,并受到强烈的风化和由基岩向冲积物退化的影响,最终形成粘土。Lake Chandler湖床上覆盖着暗灰色粘土,夏天在表面会龟裂收缩为多边形收缩裂缝。

该粘土含有异常丰富的明矾石(高达58%)。明矾石是一种钾铝硫酸盐,KAl3(SO4)(OH)6。矿物中钾盐的形成原因是由高钾花岗岩和片麻岩的风华作用和在随后的低洼流域地区发生的富集作用共同的结果。Lake Chandler矿床独特的丰富资源归因于与主要河流系统的不断刷新相比,湖泊独到的自然属性。

引用的矿石平均品位(参见3.2节)为,5.73%的K2O,相当于10.6%的硫酸钾(K2SO4)的含量。氧化铝(Al2O3)的原料平均品位含量为27%。

Lake Chandler的湖底位于279米澳大利亚高程基准(AHD),约190公顷。盐湖的西部边缘以基岩为界并被冲蚀,其东缘是沉积物并由石膏质沙丘包围。这源于盐湖受当时的风向影响向西迁移。

资源

ActivEX已经编录了钻探数据,根据钻孔的位置建立了一个三维模型和之后的块体模型(25米块)来重新估算钾矿资源的储量。新的估算是根据对112个垂直孔做的513个测试结果建立的。因Lake Chandler无可用的密度数据,所以便选用了1.6吨/米3作为密度。

                                        表 3. Lake Chandler钾矿项目资源估算对比

从这个资源评估报告中得出的推断资源量,如表4所示。

 

                                                    表 4. 钾矿项目中的推断资源量

以湖边界所圈定的现有资源外围依然存在相似矿化的勘探潜力。勘探目标规模为190—200万吨含5.3 - 5.8%的氧化钾(额外的推断资源量)。

                8.航片中Lake Chandler的钻孔布局(左)和RL钻孔279米处块品位分布位置(右)

采矿

矿床有大量含钾的富明矾石沉积粘土。钾矿化处于一个含有石膏卤水的泥糊中,伴有石英砂穿插。矿石的颜色独特,可以很容易地与表面的碎石,沙丘等杂质区分。部分矿床被一层很浅的岩屑覆盖,但就整体而言,矿床暴露于地表。矿化的基底十分明确,深度上8米之内大都成水平界面,湖底处的K2O品位则基本少于1%。

推荐使用可以针对较薄、水平截面矿化的采矿方法。

地表水是开采的最大障碍,因其会使地表变得湿滑,对设备是个威胁。在夏季,尽管粘土质会防止该地区的深部变干,但是湖面会变干便于通行。此外,即使在夏季,也频有降水。因此工作区表面的排水工作是十分必要的,以确保开采工作的顺利进行。

由于通行的原因,干燥的开采方法仅限于夏季,特别是从十二月到来年二月进行。尽管从十一月到来年三月间的开采也未尝不可,但要做好因降雨而停工的准备。

干燥开采的方法是用采掘机对连续的表面进行采掘。连续表面的开采是目前比较好的选择。开采出的矿石堆在地表由铲车装载到卡车上。

区域内有200毫米厚表面层有待剥离,这些可在3天内完成。包括出行和住宿费用在内,全部成本为8.725澳元/吨。

一台可在连续表面作业的采矿机适合这一小型开采工作,并且在3个月的期间产出可供一年的供应量应该不成问题。机器的尺寸应是一个单斗铲车,以便把矿石装载至卡车。

加工

ActivEX基于冶金的研究为Lake Chandler项目设计出了加工工艺流程。这个根据单元操作所设计的流程图在业界已得到良好的证明。 

设备选择的关键标准是工作适用性,可靠性和易维护性。工厂的布局为进入到所有设备进行操作和维护提供了便利,同时保持紧凑的设计从而能降低建设成本。

工厂的设计必须满足工程和矿石的关键具体要求是:

  • 约20万吨的年矿石处理量。
  • 机械设备的备用设备率需达到91.3%。
  • 简单的剥离和露天开采工作。
  • 充足的自动化控制设备以在最大程度上降低连续性操作的要求,但必要时允许手动操作和控制。

污水处理厂的设计包括以下单元操作过程:

  • 两级洗涤,一个开路清洗机和一个开路的二次双级磨损洗涤,再加上垃圾篦网能产生出80%通过20微米的浆。
  • 五级逆流倾析增稠剂(CCD)清洗环路。
  • 洗矿过滤,再浆化处理。
  • 高压氨沥滤。
  • 排出过滤,母液回收。
  • 硫酸钾结晶复原及包装。
  • 氨气分离及回收。
  • 硫酸铵结晶复原及包装。

                                                   图9. Lake Chandler钾矿项目处理流程图

范围界定研究

2010年6月, Lycopodium提交了一个在9个月前开展的范围界定研究咨询报告。其包括对开采成本(±20%)和启动资金(±30%)的估算。

咨询报告得出的结论:

  • 鉴于采矿作业只能在干燥的季节进行,项目进度取决于进一步的测试工作来支持预可研和可研报告。
  • 整个项目从初步可行性研究开始直到调试完成预计需要2年半,而从经费批准到调试过程只需12个月。

2009年10月ActivEX报告中对钾矿的乐观前景已经有所变化。而2008年金融危机导致加拿大的主产区产量削减,全世界的钾肥价格也减少了一半以上。后金融危机时期, 国际钾肥价格一直在慢慢恢复中。在研究的同时,由于其他资源项目的需求不断增加,澳洲的劳动力和材料成本也随之上涨,特别是Lake Chandler所在的西澳大利亚州。

由于钾矿提取工艺的复杂性使得Lake Chandler在运营和建设成本比早先的预算超出25%到30%。

这些因素均使得ActivEX在建设方面十分谨慎。

工艺流程

先前已考虑过过的所有工艺流程中(传统的煅烧,酸浸和氨浸),氨加压浸出法呈现出在经济方面是最有利的特点,特别是在产出的产品,潜在投资成本的减少以及更先进的技术方面。两个主要产品都是在化肥产品中销路很好的硫酸钾和硫酸铵,而且它们在国内十分畅销。然而范围界定研究已表明对于明矾石矿石,该种加工方式则是十分复杂的而且会提高建设和运营成本。

为了简化加工过程和降低运营成本,氨浸出法工艺流程正在进行评估,其重点是:

  • 减少物料搬运成本。
  • 减少清洗(以及之后的过滤和烘干)步骤的次数。
  • 较为便宜的进口氨试剂。

此外,该公司也在寻求状态良好的二手厂房设备来降低建设成本。

ActivEX还进行了更多的初步测试工作,并研究了替代工艺路线,如:

  • 在加工的早期阶段通过减少材料运输从而简化了酸浸的流程。
  • 集成了从酸浸中提取高品位的氧化铝产品。

在2014年上半年,对已于2009年完成的酸浸测试的初步后续测试开始展开。在2009年进行的试验中,分别使用盐酸(HCl),硫酸(H2SO4)和二氧化硫气体(SO2)对Lake Chandler中富明矾石原料中的钾浸出进行测试。分别实现了对钾的提取率高达92.9%,96%和90.4%。硫酸过滤液非常可能地在冷却过程中开始了结晶作用。在2014年上半年完成的后续测试研究了盐酸和硫酸浸出以及在滤液冷却期间任何结晶作用产生的可能。

一共进行了5次酸浸测试,其结果汇总于下表中。

测试编号HY2625对钾的提取达到了最高,使用200克/升的盐酸和15%的固体,可提取86%的钾。当固体含量在30%时,钾的提取率更低,为37-69%。50克/升和100克/升的盐酸浓度也造成低钾提取率,范围在60-78%。

其中一次测试使用了250克/升的硫酸和15%的固体,达到了49%的钾提取。

                                                          表 5. 酸浸测试结果汇总

结晶作用测试在四个浸出溶液中进行。在盐酸液中没有发现钾的结晶,但在HY2727试验中,当冷却至2ºC时,在硫酸溶液有93%的钾结晶析出。

结果汇总于下表中。

                                                              表 6. 结晶作用结果

在测试HY2727中形成的晶体已经提交,包括X射线衍射分析(XRD)和电感耦合等离子体(ICP)扫描。从ICP扫描的结果表明存在的主要金属是钾和铝,和较小的杂质,包括铁,钠和锶。 ICP结果汇总如下表。

                                                             表 7. ICP分析结果

XRD分析表明该晶体是由一系列的硫酸铝矿物组成,包括毛矾石,白铝矾,变矾石和三斜钠明矾,以及硫酸氢钾矿物,重钾矾。

替代酸沥滤过程的初步后续试验得到了令人满意的结果,展示了一个简化的沥滤和结晶技术可以实现高达93%钾结晶。利用硫酸(H2SO4) 对Lake Chandler的富明矾石材料进行萃取,可以生产出有效成分为KHSO4的重钾矾和Al2(SO4)3·17H2O为主的毛矾石。

                                                           表 8. XRD分析结果

预期的进一步试验从优化沥滤开始,并进一步研究KHSO4 和Al2(SO4)3·17H2O加工方法从而生产出精炼的钾和铝产品。

市场

为快速增长的世界人口供应粮食与未来耕地面积的日益减少成为了巨大的挑战。全球范围内的收入增长意味着人们的饮食结构朝着蛋白质摄入量增减的方向发展,因此需要集约型谷物生产以来保证畜牧业的需求。这意味着总需量和人均需求量正在加速增长。与此同时,生物燃料对粮食的需求也不断增加。这些增长的组合促使着农民将变得更有效率,寻求最大的收益。实现这一目标的唯一途径是通过改善农业实践和化肥的使用。

                                               图10. 世界大豆产量—食品需求加速的迹象

发展中国家可以大幅度提高作物产量(他们目前生产着大约一半的发达国家的作物产量)。肥料可使作物产量提高约40%,并结合农耕方式的改善产量可以进一步提高。由于需求增长的结果,化肥的使用一直呈稳步上升。随着农民意识到钾肥的重要性,钾肥已经显示出巨大的增长。他们已经开始纠正过去落后的生产方式了。

钾是一种重要的肥料,因为它能改善保水性,产量,营养价值,味道,颜色,各种农作物的质量和抗病性。它具有广泛的应用,如水果,蔬菜,稻,小麦和其它谷物,糖,玉米,大豆,棕榈油,棉花,所有这些都受益于营养物质量的提高。钾肥一般是配合磷肥和氮肥,以适应当地的条件,但不能用这些肥料取代,因为它们满足植物发育的不同要求。

自2000年以来,尽管有2009年的一个大间断,随着亚洲和拉丁美洲的农业成为经济增长的主要驱动力,全球钾肥需求增长了超过40%。中国和印度,以较少的国内产能,显示出卓越的增长曲线。

                                 图 11. 钾肥进口增长—中国,亚洲,拉丁美洲及印度

钾肥尤其表现出了三个重要的肥料成分最具统治力的增长模式。

                                             图 12.化肥消费表明钾肥消费的增长率

然而与此同时,钾肥产能增长未能满足需求。钾肥产量的增长受限于已有的主要钾矿采空关闭而尚无新的钾矿得到投产,而在产钾矿的产量增加只满足了部分需求。尽管投入了数目可观的勘探费用,但发现的钾矿却寥寥无几。

                                                         图 13. 世界钾肥供求关系

全球只有12个国家产有钾矿,其中80%来自加拿大,俄罗斯和白俄罗斯。澳大利亚几乎没有生产,而是一个纯钾肥进口商,主要从加拿大,台湾和德国进口。国内产量的不足意味着在澳洲钾肥价格是由国际市场决定的。

对亚洲和拉丁美洲这样的高需求地区提供供应,澳大利亚无疑处于非常理想的地理位置。

                                                 图 14. 世界钾肥生产量和消费量

需求增加,供应紧张和意识到钾肥作为化肥的重要组成部分,导致了其急剧而持续的价格上涨。2009年3月,出现了买方抵抗的现象。氯化钾(MOP)价格在2009年初达到了创纪录的水平(865美元),尽管近期其他化肥、矿产品和金属商品价格大幅下跌,钾肥一直保持比较高的价格水平。

                                                   图 15. 一些肥料的月平均价格

作为对成本的短期反应,买家的抵制和其导致的低施用量可能发生, 然而这样将导致土壤中有效养分消耗,并会使产量持续下降。恢复到更为正常的农业耕作,也将导致更高的初始施用率来代替已经枯竭的土壤。回归到正常施用率的一趋势已经由其他化肥产品近期高涨的价格所体现,钾肥呈现出时间滞后,但一般都会跟上这一势头。

ActivEx认为,这一时期的不确定性和极端价格波动后,钾肥未来的市场将趋于稳定。因为在全球范围内,钾矿鲜有新的发现。这种缺乏新供应,加上预期枯竭表明,价格将稳定在一个显著高于传统的价格面的新标竿。最近一些主要国际矿业公司在钾肥领域的一系列收购行为对该商品是个巨大的利好消息。

澳大利亚的钾肥市场

  • 澳大利亚的钾肥完全依赖进口
  • 每年进口约350,000吨的氯化钾和45,000吨的硫酸钾
  • 2008年进口额高达2.258亿澳币
  • 氯化钾主要从加拿大和美国进口
  • 硫酸钾主要从台湾和德国进口
  • 2008年,39%的硫酸钾和45%的氯化钾通过维多利亚州以及昆士兰州其他大型进口商进口到西澳大利亚。

钾肥主要通过2个进口商进口到澳大利亚,分别是东海岸的Incitec Pivot公司和西海岸的CSBP Wesfarmers公司。虽然这2家进口商控制了大部分的市场,仍有许多规模较小的公司,包括一些跨国公司(如Ravensdown)对这2家巨头形成威胁,并且其积极寻找本地的供应源。其中一些公司已经对境内的潜在产品进行了咨询。

             图 16. 2008年各州氯化钾的进口情况(左)和2008年各州硫酸钾的进口情况(右)

对澳大利亚高盐高酸的土壤条件而言硫酸钾(K2SO4)是比氯化钾(KCl)更加理想的肥料。更高比例的硫酸钾是用在干燥地区(如西澳大利亚州和南澳大利亚州)。然而硫酸钾更高的价格意味着氯化钾在澳大利亚仍然占据着统治地位。在昆士兰州(水果种植)和西澳大利亚州(水果和谷物)硫酸钾更受欢迎。

不管哪种钾肥(硫酸钾和氯化钾),西澳大利亚州,维多利亚州和昆士兰州都是主要进口商。

注:硫酸钾以高出氯化钾20%至30%的价格出售。

总结

Lake Chandler 钾矿项目位于西澳中心的小麦产区Merredin镇以北50公里处。

符合JORC标准的580万吨含二氧化钾(K2O)5.7%推断资源量已经确立,并且具有只需少量钻探便可提升资源量级别的潜力。在项目的外围区也存在着含K2O约190—200万吨资源量的额外目标区。

ActivEX待批的勘查许可证P77/3977也具有与Lake Chandler相似矿化类型和品位,这对提高现有的资源量提供了更大的潜力。

另外有证据显示多个干盐湖赋存于Lake Chandler水系内。在泛Lake Chandler,存在的具有钾矿潜力的区域超过250公里。

在Lake Chandler现有资源区内的材料进行范围界定研究和浸出试验的结果已显示,对潜在的钾矿只需简单的浸出和结晶技术便可生产精炼钾和铝制品。