Калийные удобрения

Все эти мероприятия снижают  количество образующихся рассолов, а  также устраняют процессы диффузии и фильтрации солевых растворов в почву [9].

Следует отметить, что все  отходы калийного производства (галитовый отвал, глинистые шламы, рассолы), получаемые при флотационном обогащении сильвинитовых руд, содержат остатки флотореагентов,  которые являются токсичными веществами. Низкомолекулярные алифатические амины обладают слабой токсичностью. С увеличением молекулярного веса токсичное действие аминов возрастает. По этой причине отходы флотационного метода переработки сильвинита труднее перерабатывать, захоронить и  утилизировать, чем отходы, полученные в галургических технологических схемах.

Засоление земель происходит также в процессе переноса галитовых отвалов в результате деятельности ветра, при этом происходит засоление почв близлежащих территорий.

Захоронение избыточных рассолов.

Промышленные стоки калийных предприятий состоят из высокоминерализованных рассолов, образующихся при отжиме свежескладированных галитовых   отходов, растворении солеотвалов атмосферными осадками и конденсационной влагой. Для предотвращения растекания образующихся насыщенных   рассолов    (минерализация – 300-350 г/л) вокруг солеотвалов сооружают ограждающую дамбу, а рассолы собирают в специальные рассолосборные канавы. Высота дамбы от 1,5 до 4,0 м.

Объем промышленных стоков калийных предприятий, не имеющих современных экономически оправданных методов очистки, ежегодно составляет несколько миллионов кубических метров. В настоящее время наиболее экономичным способом ликвидации промышленных стоков   калийных   предприятий является метод подземного сброса, который решает проблему охраны   природы. Осуществляют сброс минерализованных сточных вод через скважины глубиной до 2000 м в поглощающие горизонты.

Технологическая схема подземного сброса сточных рассолов включает в себя нагнетательные скважины, подготовку поглощающего горизонта к закачке стоков, подготовку стоков к транспортировке и закачке и нагнетание стоков в оптимальном режиме (со скоростью, соответствующей поглощающей способности горизонта).

Для подземного сброса избыточных рассолов, получаемых нa калийных предприятиях ПО «Белоруськалий», наиболее перспективен верхнепротерозойский поглощающий горизонт, залегающий на глубине 1600-2000 м сложенный преимущественно песчаниками и алевролитами.

Таким образом, во всех основных районах развития калийной промышленности имеются геолого-гидрологические предпосылки для подземного захоронения избыточных рассолов.

Глинистые шламы.

Многотоннажными отходами калийного производства являются глинисто-солевые шламы, которые образуются, при обогащении сильвинитовых руд. Удельный выход глинисто-солевых шламов на 1 т готовой продукции составляет 0,6 м³, в том числе твердой  – 0,32 т. Шламы, получаемые при флотационном методе переработки сильвинитовых   руд,   представляют собой 69-82%-ную суспензию нерастворимого остатка в рассолах, имеющих минерализацию 200 г/л. Отношение Ж : Т в шламовой пульпе составляет 1,7 ÷ 2,5. Нерастворимая часть шлама представлена алюмосиликатами, карбонатами и сульфатами. Кроме того, в состав шламов могут входить компоненты солевого шлама – тонкодисперсные кристаллические KCl и NaCl. Жидкая фаза шлама представляет собой маточный рассол, содержащий 10-11% KCl и 20-22% NaCl,  остальное – вода и некоторые примеси. Жидкая фаза трудно отделяется от твердой, так как глинистые шламы   тонкодисперсны (класс –   20 мкм составляет 70%, удельная поверхность – более 15 м²/г) и удерживают влагу капиллярными силами.

Из сгустителя шламовую пульпу подают гидротранспортом для складирования в шламохранилища, под которые оведены специальные площади, обнесенные дамбами. Шламохранилища состоят из рабочих карт и пруда-отстойника. Осветленный рассол через перепускные колодцы самотеком поступает с рабочих карт шламохранилища в пруд-отстойник для дополнительного осветления. Из пруда-отстойника осветленный рассол возвращается в производственный процесс. Утечки солевого шлама могут быть и в гидропроводах, что также ведет к загрязнению, прилегающей территории.

Шламохранилища – дорогостоящие сооружения, строительство и эксплуатация которых связаны с большими капитальными затратами. Они занимают значительные площади пахотных земель, требуют создания солезащитных экранов для предотвращения засоления почв и проникновения рассолов в подземные воды. В целях экономии площади они должны быть вырыты на большую глубину (20-40 м) и окружены насыпью (дамбой). Шламохранилища требуют постоянного наблюдения.

В местах, где находятся  шламохранилища,   происходит заболачивание и засоление почв. Таким образом, наряду с галитовыми солеотвалами калийных производств шламохранилища  следует рассматривать как крупный источник загрязнения окружающей среды.

Для предотвращения фильтрации рассолов из шламохранилищ в почву по всему их ложу и откосам ограждающих дамб укладывают полиэтиленовые экраны.

Наиболее радикальным решением проблемы защиты окружающей среды от шламовых отходов была бы ликвидация шламохранилищ. Однако эта задача трудноразрешима. Закладка глинистого шлама в выработанные пространства шахты невозможна из-за наличия в шламах трудноотделяемой жидкой фазы. В настоящее время для решения проблемы утилизации шламовых отходов рассматривают три главных направления:

 – использование шламовых отходов в производстве смешанной калийной соли: вместо сырой необогащенной калийсодержащей руды к товарному хлористому калию предлагают добавлять шламовые отходы. Кроме того, установлено, что глинистые шламы могут быть использованы как удобряющие и структурообразующие добавки к торфяной и песчаной почвам;

 – применение шламовых отходов в промышленности строительных материалов. К сожалению, сложный химический состав шламов и наличие в большом количестве хлоридов не позволяют непосредственно использовать шлам в производстве стройматериалов. Однако при термической обработке глинистых шламов можно получать строительные материалы, в частности аглопорит и керамику, в том числе кирпич;

 – применение глинистых шламов для приготовления буровых растворов.

Ликвидировать шламохранилища  можно   также,   если направлять в солеотвал совместно глинистые и солевые отходы. Необходимым условием для совместного складирования отходов является обезвоживание глинисто-солевых шламов (получение транспортабельных осадков). Глинисто-солевой шлам можно складировать совместно с галитовым отходом в солеотвал или подавать вместе с галитом в шахту на закладку отработанных камер.

Для повышения эффективности  обезвоживания глинисто-солевых  шламов к ним добавляют флокулирующие реагенты (например – магнофлок-351) [9].

Пылегазовые выбросы.

Пылегазовые отходы калийного  производства состоят из выбросов дымовых  газов сушильных отделений, вредными компонентами которых является пыль концентратов (KCl), хлористый водород, пары флотореагентов и антислеживателей (главным образом аминов). Вынос из сушильных агрегатов концентрата хлористого калия приводит к потере ценного продукта и засолению окружающей местности. Для улавливания KCl и НСl на стадии мокрой очистки дымовых газов применяют высокоэффективные аппараты – скрубберы Вентури низкого давления. Для их орошения используют производственные рассолы с высокой степенью минерализации. Коэффициент полезного действия скрубберов по пылеулавливанию пыли около 97-98%, а по хлористому водороду – 97%. Остаточное содержание пыли и НСl в поступающих в атмосферу очищенных выбросах при высоте дымовых труб 100 м обеспечивает надежное соблюдение предельно допустимых концентраций и предотвращение засоления почв района пылевыми выбросами сушильных агрегатов.

При кислотных методах  переработки хлористого калия на бесхлорные калийные удобрения, гидротермической переработке сульфатно-хлоридных калийных руд в качестве побочных продуктов образуются газы, содержащие НСl, а при получении нитрата калия – Сl₂. Создание рациональных технологических схем утилизации НCl из отходящих газов имеет важное значение для калийной промышленности. Хлористый водород из таких газов поглощается водой для получения соляной кислоты. Из отбросных газов калийной промышленности обычно производят техническую соляную кислоту, содержащую до 27,5% НСl.

Абсорбцию хлористого водорода осуществляют двумя способами:

  – с отводом тепла;

  – без отвода тепла, выделившегося при гидратации НСl.

 Из отбросных газов, содержащих НCl, соляную кислоту в настоящее время производят абсорбцией хлористого водорода с отводом тепла растворения.

Хлористоводородный газ, содержащий различные примеси, вначале поступает на очистку в башню, в которой конденсируется часть влаги, улавливается пыль, в результате чего получается загрязненная соляная  кислота, содержащая 8-10% НСl. Эта кислота является отходом производства. Очищенный газ охлаждают до 35-40 °С и направляют на абсорбцию. Абсорбцию НСl можно осуществлять в керамических башнях с насадкой или в кварцевых абсорберах – интегралах.

Кварцевые холодильники (и  абсорберы) представляют собой S-образные трубки длиной 2 м и внутренним диаметром 200 мм, изготовляются из непрозрачного кварца. Благодаря высокой термостойкости кварца охлаждение газа перед абсорбцией и отвод тепла от кислоты осуществляют орошением холодильников и абсорберов снаружи водой. С этой целью кварцевые интегралы компонуются в секции подобно оросительным холодильник. Охлажденный газ поступает в абсорбер, который орошается поступающей сверху кислотой. Окончательное улавливание хлористого водорода проводят в керамической башне  с насадкой, после чего выхлопные газы выбрасывают в атмосферу керамическим вентилятором. Полученную в абсорберах кислоту смешивают с конденсатом из холодильников и в виде готовой продукции с содержанием 27,5% НCl отправляют потребителю.

Одной из стадий жизненного цикла является поступление готовой  продукции на склад, где она хранится некоторое время, после чего направляется к потребителю. При транспортировке, а также длительном хранении может происходить уплотнение, слипание, схватывание зерен (кристаллов) минеральных удобрений, в результате чего первоначально мелкозернистый, рассыпчатый продукт превращается в твердую монолитную массу. Это явление называют слеживаемостью. Слежавшееся минеральное удобрение перед внесением в почву необходимо подвергнуть дроблению и рассеву, что связано с дополнительными расходами.

Хлористый калий, особенно мелкозернистый и мелкокристаллический, имея   высокий   температурный   коэффициент растворимости, при транспортировке и хранении слеживается. В целях уменьшения слеживаемости рекомендуется выпускать хлористый калий с содержанием 0,1-0,2% Н₂О. Однако это дает эффект только при герметичной упаковке продукта. Не слеживается крупнокристаллический хлористый калий с размером кристаллов не менее 0,75 мм. Однако получить продукт с кристаллами таких размеров трудно из-за снижения производительности вакуум-кристаллизаторов, поэтому мелкозернистый и мелкокристаллический хлористый калий гранулируют путем окатывания или прессования. Снижения слеживаемости хлористого калия достигают также при введении в готовый порошкообразный   продукт   различных гидрофобных добавок. Для уменьшения слеживаемости хлористый калий следует хранить в закрытом складе с постоянной влажностью и температурой; при хранении навалом кучи должны быть невысокими и продукт необходимо периодически перемешивать[1].

Конечной стадией жизненного цикла продукции является непосредственное ее использование во многих отраслях народного хозяйства.

Продукция калийного производства находит широкое применение в различных областях народного хозяйства: черной и цветной металлургии, производстве строительных материалов, пиротехнике, электрохимии, фотографии, текстильной, стекольной, фармацевтической, целлюлозно-бумажной, химической промышленности и др. Однако лишь 5-6% выпускаемой калийной продукции используется в промышленных целях, остальное количество соединений калия, вырабатываемых в виде растворимых солей, применяют в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений. Поэтому развитие калийной промышленности тесно связано с запросами и уровнем развития сельского хозяйства.

Главными показателями, характеризующими качество получаемой продукции, являются химический состав, концентрация питательных веществ и физико-механические свойства (гранулометрический состав, прочность гранул, слеживае-мость, рассыпчатость и гигроскопичность).

В сельском хозяйстве в  качестве калийных удобрений в настоящее  время применяют хлористый калий, калийные смешанные соли, сульфат калия, калимагнезию, калийно-магниевый концентрат, сырые растворимые калийные соли (необогащенные руды), некоторые промышленные отходы, содержащие калий (цементную пыль, калийсодержащий «электролит» и др.). Во всех странах в качестве калийного удобрения наиболее широко применяют хлористый калий. Выпускают его в виде рассыпчатого порошка или гранул с содержанием 91-95%  KCl (58,1-60% K₂O). В некоторых странах производят продукт, содержащий до 62% K₂O (Канада, США).

Хлористый калий   выпускается двух марок: технический и для сельского хозяйства. Гранулированный продукт получают прессованием мелкокристаллического KCl. Содержание влаги – не более 1%. Для сельскохозяйственных культур, нуждающихся в натрии (сахарная свекла и др.), готовят смешанные соли, которые получают механическим смешиванием товарного хлористого калия с молотыми необогащенными сильвинитовой или кизеритовой (содержащей соли натрия) рудами. Продукт содержит от 30 до 40% K₂O.

В ассортименте выпускаемых Беларуси калийных удобрений преобладают высококонцентрированные формы – хлористый калий (свыше 80% валового производства калийных удобрений) и 40%-ная калийная соль (4%). Сульфат калия производится в ограниченных количествах. Кроме того, выпускаются магнийсодержащие калийные удобрения – калимагнезия и хлоркалий-электролит. Часть калия (15%) производится в виде комплексных туков. В качестве калийных удобрений в сельском хозяйстве используются также в ограниченных масштабах сырые калийные соли, цементная пыль и нефелиновые хвосты.