Калийные удобрения

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

1

КР  00. 00 ПЗ

 

 Разраб.

Мытник

 Пров.

Головач

 Консульт.

 

 Н. Контр.

Головач

 

 

 Утв.

Головач

 

 

 

Введение

Лит.

Листов

1

БГТУ 42213020,12

Введение

 

В данной курсовой работе рассматривается  технология производства калийных удобрений галургическим способом.

Основной целью работы является: рассмотрение сырьевой базы калийных удобрений, характеристика способов их производства, а также физико-химические основы рассматриваемого процесса.  Важно изучить технологическую  схему производства калийных удобрений,  характеристику основного оборудования, проанализировать использование сырья и материалов, воды и энергии, оценить жизненный цикл продукции – всё это необходимо для анализа воздействия калийного производства на окружающую среду и выявления достоинств и недостатков данного метода.

Минеральные удобрения играют важнейшую роль в сельском хозяйстве, их используют для получения высоких  урожаев. Необходимо уделять особое внимание  производству калийных удобрений и потому, что оно является одним из ведущих в нашей стране, ведь запасы выявленного сырья для получения такого вида удобрений очень велики. Нельзя не отметить и то, что данное производство является одним из самых значительных загрязнителей воды и почвы, особенно в местах добычи  и переработки сырья, поэтому специалистам инженерам-химикам-экологам необходимо знать, схему производства калийных удобрений для принятия решений  и мер по уменьшению загрязнений от данного производства.

В качестве калийных удобрений  применяют сырые природные вещества (чаще всего сильвинит) и продукты их переработки (хлорид и сульфат калия; 40%-ные калийные соли), а также золу растений.

Основным сырьем для получения калийных удобрений в Беларуси является сильвинит, представляющий собой породу состава mNaCl + nKCl, которая содержит 14-18% K₂O. В качестве примесей сильвиниту сопутствуют в небольших количествах соединения, магния, кальция и др. Из сильвинита получают и основное калийное удобрение  – хлорид калия. Получение хлорида калия из сильвинита осуществляется методами галургии, флотационным или комбинированным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

1

КР  01. 00 ПЗ

 

 Разраб.

Мытник

 Пров.

Головач

 Консульт.

 

 Н. Контр.

Головач

 

 

 Утв.

Головач

 

 

Сырьевая база производства калийных удобрений

Лит.

Листов

8

БГТУ 42213020,12

 1 Сырьевая база производства калийных удобрений

 

Калий относится к числу  распространенных химических элементов. Его содержание в земной коре составляет около 2%. Он входит в состав многих породообразующих минералов, руд и рассолов. В земной коре калий – один из наиболее распространенных петрогенных элементов. В гораздо меньших концентрациях он находится в океанической воде, содержащей его только 0,029%, хотя реки и подземные воды ежегодно выносят в океаны 8,4·10⁷ тонн растворенного калия. Калийсодержащие  минералы состоят в основном из сульфатов натрия, калия, кальция и магния.

Как источник калия наибольшее промышленное значение имеют растворимые калийсодержащие минералы: сильвин, карналит, лангбейнит, каинит и другие, а также горные породы, образованные этими минералами: сильвинит – смесь сильвина (KCl) и галита (NaCl)  и хартзальц – смесь сильвина и кизерита (MgSO₄ ∙ H₂O).

В странах, где отсутствуют  залежи твердых ископаемых природных  калийных солей, калий извлекают из высокоминерализованных  рассолов озёр и морской воды. Нерастворимые или труднорастворимые в воде минералы непосредственно как калийное сырьё пока не используется, но при переработке на глинозём таких минералов, как алунит и нефелин, в качестве побочных продуктов получаются ценные соли – сульфат и карбонат калия.

Минералогический состав и залегание соленосных пластов  зависят от условий образования калийных месторождений. Существует несколько теорий образования залежей калийных месторождений, но наиболее признаны континентальная  и баровая,  или лагунная.

По континентальной теории соляные месторождения образовывались в результате выщелачивания легкорастворимых солей из осадочных горных пород. Затем эти растворы скапливались в закрытых котловинах, и при их испарении происходило образование залежей солей.

По баровой теории,  получившей наибольшее признание, залежи растворимых солей образовались в результате их кристаллизации при испарении морской воды. В морской воде содержатся различные ионы, в том числе Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-. В обычных условиях концентрация солей в морской воде невелика и раствор далек от насыщения. При длительном испарении морской воды концентрация солей постепенно увеличивается. Если концентрация содержащихся в воде солей достигает насыщения, то при дальнейшем испарении излишки солей, и в первую очередь менее растворимые, выпадают  в осадок. Согласно баровой теории, такие условия возникали при усиленном испарении воды из закрытых морских бассейнов или лагун, отделенных от моря отмелью (баром).

 

 

 

 

 

При ограниченном притоке  морской воды в лагуну и ее интенсивном  испарении происходила кристаллизация солей из насыщенного раствора. Последовательность  выпадения солей в осадок определялась геохимическими, гидрогеологическими, климатическими и другими факторами. В осадок сначала выпадают труднорастворимые соли, например карбонаты кальция и магния, образующие соли известняка, доломита и мергелистых глин, затем отлагаются гипс и ангидрит. Дальнейшее испарение воды приводит к осаждению хлористого натрия с хлористым калием (сильвинита). Далее, по мере концентрирования рассола, могут выпадать такие соли, каинит, кизерит и, наконец, наиболее растворимые – карналлит, бишофит.

В результате обмеления лагуны связь её с открытым морем прекращается, вода полностью испаряется и образовавшийся пласт солей заносится глинистыми отложениями.

В  некоторые периоды  истории Земли (пермский, юрский, третичный  и др.) в отдельных районах мира возникали особо благоприятные  условия для осаждения солей, в результате чего образовывались мощные солевые месторождения.

Залежи солевых пород, образовавшиеся при непосредственном осаждении, называются первичными. В большинстве случаев эти первичные отложения претерпевают в последующие эпохи значительные изменения по составу и залеганию.

Воздействие окружающих природных  факторов на солевые породы начиналось сразу же после отложения: при снижении концентрации солей в воде бассейна (например, при поступлении морской воды в лагуну вследствие размыва отмели) часть солей переходила в раствор, отложения в прибрежных зонах подвергались разложению. При последующем испарении морской воды поверх ранее выпавшего сильвинита мог снова отложиться ангидрит, галит и новые пласты сильвинита.

Помимо первичных отложений, встречаются и другие типы отложений, происхождение которых связано с проникновением в соляную толщу небольших количеств пресной воды.

Наконец, в каждом соляном  месторождении встречаются различные  остаточные образования в виде гипсов, суглинков, возникшие в результате выщелачивания и разрушения первичных соляных отложений.

Залежи растворимых минеральных солей возникли на протяжении многих геологических периодов жизни Земли. Важнейшие из известных месторождений калийных солей образовались в девонский и особенно в пермский периоды палеозойской эры (Старобинское, Верхнекамское, Прикаспийское, Карлсбатское,  Стасфуртское). Другие месторождения калийных солей возникли в более позднее время – юрский период мезозойской эры (Гаурдакское) и третичный период неозойской эры (Предкарпатское, Эльзасское) [1].

В приповерхностных породах  земной коры выделяются две основные группы калиесодержащих минералов: алюмосиликатных, галогенных и сульфатных. Алюмосиликатная группа весьма распространенная, но ее минералы труднорастворимые или нерастворимые. Группа же галогенных и сульфатных калиесодержащих минералов отличается хорошей растворимостью и образует основную сырьевую базу для производства калийных удобрений.

Основным сырьем для производства хлористого калия являются природные  калийные руды (сильвинит и карналлит  – соли с содержанием чистого  вещества на уровне 12-15% с примесями солей натрия и магния). Производство хлористого калия из природных руд в сельском хозяйстве как удобрения впервые возникло в 1861 году в Германии (Стасфурт).

Стратиграфически основные месторождения калийных солей приурочены к среднему девону и перми и сосредоточены в Европе и Северной Америке (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 – Мировые запасы калийных солей

Континент	Запасы, млн. т K2О	%
Северная Америка	14687	36,6
Южная Америка	210	0,5
Африка	145	0,4
Европа	23169	58,6
Азия	1962	3,9
Австралия	14	-
Итого	40187	100

 

Самыми крупными калиеносными бассейнами в мире являются Верхнекамский в России и Саскачеванский в Канаде (таблица 1.2), на долю которых приходится 82,2% учтенных мировых запасов K₂О.

 

Таблица 1.2 – Крупнейшие калиеносные бассейны мира

Бассейн	Млн. т K2О	%
Верхнекамский	18582	46,2
Саскачеванский	14500	36
Припятский	1482	3,7
Прикаспийский	1482	3,7
Центрально-Европейский	1220	3
Среднеазиатский	726	1,8
Украино-Предкарпатский	375	0,9
Сакхон-Накхон	300	0,7
Прочие	1520	4
Итого	40187	100

 

В общей сложности месторождения калийных солей известны более чем в 20 странах, а основные запасы этого сырья находятся в четырех: России, Канаде, Беларуси, Германии. При этом добыча калийных руд в настоящее время осуществляется только в 14 странах,  при этом большая часть производителей калийной продукции в настоящее время работает не на полную мощность. Несмотря на закрытие в 1997-98 годах ряда шахт в Канаде, США, Испании, Франции, предложение превышает спрос на 25%. Свободные недоиспользуемые мощности имеются в Канаде, России, Беларуси. Распределение запасов калийного сырья по странам мира приведено в таблице 1.3.

 

 

Таблица 1.3 – Запасы калийного  сырья по странам мира

Страна	Запасы млн. т K2О	%
Россия	20346	50,7
Канада	14506	36,1
Беларусь	1482	3,7
Германия	1220	3
Туркменистан	726	1,7
Тайланд	300	0,8
Прочие	1613	4
Итого	40187	100

 

В России разрабатывается  несколько месторождений, но самое крупное из них Верхнекамское месторождение. На него приходится основная часть разведанных (90%) и оцененных (98%) в России запасов. Это месторождение расположено в пермской области. Площадь распространения калийных солей составляет 3500 км². Мощность солевой толщи достигает 1000 м. Благодаря сравнительной чистоте и неглубокому залеганию (90-220 м)  мощных пластов сильвинита и карналлита это месторождение относится к наиболее значительным калийным месторождениям мира. Его запасы относятся к разряду калийно-магниевых солей хлоридного типа.

Зона калийных солей образует два горизонта: нижний – сильвинитовый и верхний – сильвинит-карналлитовый. В нижней сильвинитовой зоне насчитывается   шесть   пластов сильвинита, разделенных прослоями каменной соли. Промышленными являются пласты мощностью 6-8 и 2,5 м. Сильвинитовый пласт состоит из двух пачек – полосчатой и пестрой. Мощность сильвинитового горизонта от 7-8 м до 30-40 м; калиеносность 55%. Содержание (%): KСl – 17,2-39,6; MgCl₂ – 0,2-0,3; нерастворимый остаток – 1,0-4,6.

Верхний сильвинит-карналлитовый горизонт содержит девять пластов, сложенных карналлитовыми породами с пестрым сильвинитом. Мощность горизонта от 20 до 115 м; калиеносность 45-50%. Мощность пластов от 0,5 до 25 м и более. Сильвинит содержит (%): KСl – 20,9-38,7; MgCl₂ – 0,2-1,2; нерастворимый остаток – 0,9-6,3. Карналлит содержит (%): KСl – 13,4-20,6; MgCl₂  – 14,6-19,0; нерастворимый остаток – 1,4-4,5. Карналлитовый горизонт является промышленным.