Калийные удобрения

Выпарка части щелоков позволяет подать большее количество воды на промывку отвала и глинистого шлама, в результате извлечение KCl , по расчетам В. В. Вязового, возрастет до 95%. На фабрике мощностью 2,4 млн. т 96% KCl в год  повысив извлечение KCl дополнительно можно получить 326 тыс. т KCl в год, 295 тыс. т пищевой соли «Экстра», и 696 тыс. т щелоков, содержащих 26% MgCl₂ (при содержании в руде 2% MgCl₂). Основное достоинство упарки – возможность переработки сильвинитов с повышенным содержанием нерастворимого остатка и MgCl₂. Недостатком упарочной схемы является большой расход тепла. Так, при производстве 1000 кг NaCl нужно выпарить 3830 кг воды, а для получения 1000 кг хлормагниевого щелока  – около 1100 кг воды. Однако   повышенный   расход тепла компенсируется выпуском дополнительной продукции.

При производстве  галургическим методом хлористого калия расходные коэффициенты на 1 т кристаллического KCl по сырью, энергии и материалам следующие: сильвинит (22% KCl) – 4834 кг; полиакриламид – 0,012 кг; амины – 0,0184 кг; кислота соляная – 0,0072 кг; сода кальцинированная – 0,181 кг; мазут – 7 кг; электроэнергия – 21,08 кВт · ч;  пар – 0,38 Мкал; вода – 8,62 м³.

Общие потери KCl составляют 14,1% от количества его в руде. Распределение потерь хлористого калия следующие (%): с галитовым отвалом – 5,00; с глинистым шламом – 3,00; с конденсатом – 0,60; с дымовыми газами – 0,04; механические потери – 5,46.

Больше всего KCl теряется при транспортировке, погрузке и затаривании. Очевидно, эти потери можно существенно уменьшить, при соблюдении всех привил и усовершенствовании некоторых процессов.

Материальный баланс производства хлористого калия галургическим способом с массовой долей KCl равной 98,4% на 1 т продукта приведен в таблице 4.1[7].

 

Таблица 4.1 – Материальный баланс производства хлористого калия.

Наименование технологического потока	Расход, т на 1т продукта
	Всего	KCl	NaCl	MgCl2	CaSO4	н.о.	H2Oобш.
Растворение руды, обезвоживание  галитового отвала, сгущение солевого шлама и осветление насыщенного раствора
Приход:
Руда	3,5683	1,1312	2,2021	0,0046	0,0681	0,1285	0,0338
Вода, всего (на регенерацию фильтроткани, промывку оборудования и прочее) в том числе с раствором ПАА	0,02235	0	0	0	0	0	0,02235
Оборотный раствор (растворяющий щелок)	11,6594	1,5491	2,1374	0,0462	0,0561	0,0008	7,8698
Смешанный сильвинитовый рассол на промывку оборудования	0,0440	0,0023	0,0044	0,0001	0,0001	0	0,0371
Итого:	15,4695	2,6826	4,3439	0,0509	0,1243	0,1293	8,1385
Расход
Сгущенная суспензия глинисто-солевого шлама, в том числе:	0,3494	0,0493	0,0513	0,0009	0,0079	0,0900	0,1500
Жидкая фаза	0,2418	0,0493	0,0405	0,0009	0,0011	0	0,1500
Твердая фаза	0,1067	0	0,0108	0	0,0068	0,0900	0
Галитовый отвал, в том числе:	2,3702	0,0518	2,0899	0,0013	0,0580	0,0383	0,1309
Твердая фаза	2,1770	0,0260	2,0546	0,0005	0,0571	0,0383	0,0005
Жидкая фаза	0,1932	0,0258	0,0353	0,0008	0,0009	0	0,1304
Насыщенный раствор на РВКУ, в том числе:	12,7491	2,5815	2,2027	0,0479	0,0584	0,0010	7,8576
Жидкая фаза	12,6695	2,5815	2,1241	0,0479	0,0584	0	7,8576
Твердая фаза	0,0796	0	0,0786	0	0	0,0010	0
Накопление MgCl2 в системе	0,0008	0	0	0,0008	0	0	0
Итого	15,4695	2,6826	4,3439	0,0509	0,1243	0,1293	8,1385

 

Основой любого материального баланса является закон сохранения материи, согласно которому количество материала, поступающего в процесс (приходные статьи материального баланса), равняется количеству продуктов, получаемых в результате процесса (расходные статьи материального баланса). Из таблицы видно, что не все сырье поступающее на производство 1 т продукта преобразуется в готовую продукцию, образуя при этом такие нежелательные продукты как отходы производства – глинисто-солевой шлам, галитовый отвал и др.[7].

 

4.4 Использование  воды и энергии

 

При производстве калийных удобрений вода играет очень важное значение, ведь без нее невозможно представить современную калийную промышленность. Производство калийных удобрений – очень водоемкий процесс. Вода при производстве хлористого калия  галургическим методом используется в следующих операциях технологического процесса:

• растворение руды – вода входит в состав щелока, поступающего на растворение измельченного сильвинита;
• промывка раствора от глинистого шлама;
• растворение твердого хлористого калия горячей водой;
• конденсация сокового пара – вода служит конденсатом;
• промывка аппаратуры от шлама и отвала;
• промывка кристаллов KCl, для удаления маточного раствора и снижение содержания NaCl;
• промывка выделяющегося газа образующегося при сушке KCl;
• вода, в виде пара, служит для поддержания температуры в растворителе.

Можно заметить, что вода используется практически на всех стадиях  технологического процесса. В результате использования воды в процессе производства калийных  удобрений она очень сильно загрязнена различными веществами, которые потом извлечь очень сложно и это требует огромных финансовых затрат. Солевые шламы, образующиеся при производстве хлористого калия, сбрасываются в шламохранилища.

Галургический способ производства KCl характеризуется высоким расходом пара и воды, что обусловлено проведением растворения при 100-110 °С и последующим охлаждением раствора до 20-25 °С. Тепло, подводимое с паром, теряется на разных стадиях процесса. Распределение потерь тепла от суммы потерь (%) следующие:

• с галитовым отвалом – 11;
• с глинистым шламом – 3;
• с водой в конденсаторах смешения – 86.

Наибольшее количество тепла теряется в процессе вакуум-кристаллизации.

Большое количество энергии  потребляют аппараты и  оборудование, используемые в производственном процессе, кроме того энергия расходуется на освещение шахт и производственных помещений [8].

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

1

КР  05. 00 ПЗ

 

 Разраб.

Мытник

 Пров.

Головач

 Консульт.

 

 Н. Контр.

Головач

 

 

 Утв.

Головач

 

 

Жизненный цикл продукции и воздействие производства KCl на ОС.

Лит.

Листов

9

БГТУ 42213020,12

5 Жизненный цикл  продукции и основные виды  воздействия                     производства калийных удобрений на окружающую среду

 

Жизненный цикл продукции  начинается со стадии добычи сильвинитовой руды с последующим ее дроблением. Добыча калийных руд ведется в основном путем сплошной выемки продуктивных пластов камерным методом. При этом в горную массу, помимо сильвинита верхнего и нижнего слоев, попадают промежуточные прослои каменной соли и глины, что приводит к разубоживанию товарной руды и снижению в ней содержания хлористого калия до 25%, а иногда и ниже. Большая часть руды (75%), добываемой таким методом, состоит из пустой породы, и, являясь отходом производства, идет в отвал. При добыче калийной руды и ее дроблении в окружающую среду выбрасывается огромное количество газов и пылеаэрозолей. Загрязнение атмосферы указанными вредными веществами происходит в результате работы вентиляторов главного проветривания, отдельных технологических установок дробления руды, эксплуатации транспортных средств и аппаратуры в шахтах и при дроблении. Загрязнение атмосферного воздуха и, соответственно, подстилающей поверхности на территории добычи сильвинитовой руды носит сложный мозаичный характер, обусловленный совокупным воздействием мощных точечных источников, расположенных на значительной территории и характеризующихся своеобразием качественного состава выбросов.

Следующей стадией жизненного цикла является переработка сырья после дробления, с целью получения готовой продукции. На этой стадии и образуется самое значительное количество отходов. Так, при получении хлористого калия из сильвинита галургическим методом отходами производства являются галитовые отвалы, глинисто-солевые шламы и пылегазовые выбросы. Кроме того, при галургическом способе переработки сильвинитовых и карналлитовых руд к отходам производства относится также концентрированный щелок, содержащий MgCl₂ и СаСl₂. Указанные отходы являются источником загрязнения окружающей природной среды и наносят существенный ущерб народному хозяйству. Рассмотрим более подробно образующиеся в процессе производства отходы, методы их утилизации и основные виды воздействия на окружающую среду.

При переработке сильвинитовых руд на каждую тонну хлористого калия получают 3-4 т галитовых отходов (отвалов). Основным компонентом галитового   отвала является хлористый натрий. Кроме того, галитовые отходы содержат небольшое количество хлористого калия, хлористого магния, сульфата кальция, брома, нерастворимого остатка и некоторые другие компоненты. В галитовых отвалах, получаемых при переработке сильвинитов флотационным методом, содержится незначительное количество адсорбированных флотореагентов.

 

 

 

 

 

 

 

Средний состав галитовых отвалов ПО «Белоруськалий» при переработке сильвинитовых руд флотационным методом: 89-90% NaCl;  4,41-5,0% KCl; 0,1% MgCl₂; 1,1% CaS0₄; 4,4-4,8% нерастворимый остаток.

Содержание хлористого натрия в отвалах при галургической переработке сильвинитовых руд составляет 85-90%, хлористого калия – до 2,5%.

В настоящее время основное количество галитовых отходов складируется на поверхности земли в солеотвалы, которые занимают большие площади ценных пахотных земель.

Галитовые отвалы являются постоянным источником засоления почв и подземных вод в районах их расположения. Рассолы с содержанием солей до 300 г/л образуются за счет растворения солеотвалов атмосферными осадками, конденсационной влаги, отжатия свежих галитовых отходов, имеющих начальную влажность 10-12%, которая при складировании понижается до 5-8%.

Образующиеся рассолы  проникают в подземные воды и, достигнув водоупора, распространяются в горизонтальном направлении до выхода подземных вод на поверхность.

В решениях  правительства, принятых в последние годы по вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, остро поставлена проблема сокращения количества отходов калийных предприятий, их утилизация и снижение вредного влияния на растительный и животный мир. Комплексное решение поставленных задач проводится следующим образом.

Селективная разработка месторождений. Верхний и нижний сильвинитовые слои состоят из чередующихся прослоев сильвинита и глины. Содержание KCl в этих слоях достигает 40%. Верхний и нижний сильвинитовые слои разделены между собой слоем каменной соли с вкрапленностью сильвинита и прослоев глины. Мощность этого слоя значительная, а содержание хлористого калия в нем составляет всего около 4,5%.

В настоящее время при  эксплуатации некоторых калийных месторождений разработана система раздельной (селективной) выемки сильвинитовых прослоев. Применение гидромеханизированных комплексов позволяет производить выемку сильвинитовых прослоев, а промежуточный прослой галита при этом остается в выработанном пространстве.

Преимущества такой технологии добычи сильвинитовой руды состоят в следующем:

 – резко повышается качество добываемой руды (до 35-37% KCl);

 – значительно снижаются потери полезного ископаемого (извлечение руды из недр достигает 80-90%);

 – уменьшается количество галитовых отходов (около 30% твердых отходов остается в подземных выработках).

При современных масштабах производства хлористого калия из сильвинита количество получаемых ежегодно галитовых отходов составляет десятки миллионов тонн. Эти отходы лишь частично могут быть переработаны на содопродукты и поваренную техническую соль. Значительная часть их не находит сбыта и подлежит захоронению. Одним из способов захоронения галитовых отходов является закладка их в выработанное шахтное пространство [1].

Рациональное складирование солеотвалов.

  В настоящее время твердые галитовые отходы складируют на поверхности земли в виде солеотвалов высотою 25-30 м. Калийными предприятиями ПО «Белоруськалий» в 2009 году складировалось 800 млн. т галитовых отходов, под которые  при обычном способе складирования (в один ярус высотой 30 м) необходимо было бы занять 800-850 га плодородных сельскохозяйственных угодий. Ежегодное количество отходов от производства комбината составляет 25 млн. тонн. Подготовка площадей под солеотвалы также связана со значительными затратами.

В целях охраны окружающей среды и сохранения земельных угодий разработан способ высотного складирования галитовых отходов. При трехъярусном складировании отходов в солеотвалы высотой 100 м отчуждаемые площади земель сокращаются в 3-3,5 раза, в такой же мере снижается образование рассолов от выпадения атмосферных осадков.

Высотное складирование   солеотвалов   заключается   в следующем. На подготовленную площадку солеотвала, которую обязательно покрывают рассолонепроницаемым экраном из полиэтиленовой пленки, производят отсыпку первого яруса галита высотой не более 30 м. В свеженасыпном состоянии солеотходы имеют влажность 10-12% и объемный вес 1,35-1,40 т/м³. Со временем высота солеотвала уменьшается за счет уплотнения соли, объемный вес галитовых отходов увеличивается до 1,7-1,9 т/м³, а влажность падает до 5-8%. В результате уплотнения в нижней части отвала формируется слой монолитной каменной   соли,   играющей роль жесткой плиты, которая практически рассолонепроницаемa. Отсыпка последующих ярусов на уже сформировавшуюся поверхность первого яруса солеотвала может осуществляться на технически возможную высоту.

На поверхность уже  сформированных отвалов наносятся различные гидрофобные покрытия (цементная  смесь с добавками, полимерные составы и др.).