Калыйна промисловысть

Отримання хлориду калію з карналітових руд.Мінерал карналлит KCl-MgCl 2 - 6H 2 O має середній хімічний склад (у%): 19,7 KCl; 26,1 MgCl 2 23,9 NaCl, 28,5 Н 2 O і 1,8 нерозчинного залишку.В даний час карналітові руди переробляють в хлорид калію і штучний карналіт галургічним методом. Технологічні схеми отримання KCl включають стадії дроблення руди, вилуговування карналіту, освітлення, нагрівання, випарки отриманих розчинів, вакуум-кристалізації, відстоювання і фільтрування суспензій та сушіння одержуваних продуктів.

У вітчизняній промисловості виробництво хлориду калію з карналлита не набуло широкого поширення, оскільки економічно більш вигідно отримувати KCl з сильвініту. В даний час карналітові руди переробляють з метою одержання штучного карналіта, який далі використовують для виробництва металевого магнію [6].

 

 

Аналіз використання сировини і матеріалів. Важливим достоїнством галургічного методу виробництва KCl є можливість повного використання всіх корисних компонентів руди. У сильвініту, крім хлоридів калію і натрію, містяться хлориди магнію, кальцію і сполуки брому. Для нормальної роботи збагачувальної фабрики необхідно виводити з циклу хлориди магнію і кальцію, якщо їх сумарний вміст в руді перевищує 0,2%. У той же час хлорид магнію може бути використаний у виробництві будматеріалів або перероблений на гідроокис магнію. Сильвініту містять до 0,03% брому. У зв'язку з високою вартістю і дефіцитністю брому раціонально його вилучення з циркулюючого лугу.

Основним відходом виробництва KCl є хлористий натрій (у вигляді галітових відвалу). Встановлено, що при деякому видозміні та доповненні класичної схеми галургічного виробництва KCl можна отримувати технічну, або харчову поварену сіль.

Пропонована технологічна схема складається з чотирьох пов'язаних один з одним циклів:

- отримання галургічного  хлористого калію;

- отримання кухонної солі  на першій стадії випарки;

- випарювання другого ступеня з отриманням штучного сильвініту і розчину, що містить 26% MgCl 2;

- отримання брому шляхом  витіснення його хлором і відгону  водяною парою.

Основна технологічна схема галургічного виробництва KCl залишається при цьому без істотних змін вона доповнюється апаратурою для упарки маточного лугу для отримання кухонної солі і концентрованого розчину MgCl 2, а також установкою для відгону брому.

З метою зменшення втрат KCl з глинистим шламом весь конденсат, що утворюється в поверхневих конденсаторах з перших ступенів вакуум-кристалізаційної установки, використовують для промивання галітових відвалу і глинистого шламу.У свою чергу розчини після промивки шламу подають у вакуум-кристалізаційну установку для запобігання кристалізації NaCl.Частина маточного розчину після виділення кристалів KCl направляють на двоступеневу випарки. На першій стадії розчин упарюють при тиску 125 кПа і температурі 110-115 ° С, соковий пар використовують для підігріву растворяющего лугу до 95 ° C і для упарки на другій стадії, яку проводять при тиску 45-1,33 кПа (вакуум 420-730 мм рт. ст.) і температурі 90-40 ° С. При цьому для усунення інкрустації гіпсу рекомендують вводити в упарюють розчин 5-10 м поліакриламіду на 1000 кг лугу, що усуває необхідність очищення щелока від кальцію і магнію. При першій випаровуванню випаровується до 50% води і частина NaCl (до 50%) випадає в осад. Суспензію кристалів NaCl згущують у відстійнику і виділяють в центрифузі. Для отримання харчової солі «Екстра» необхідна промивка кристалів у репульпаторіта дворазова промивка на центрифугах. Промивні води повертають на першу випарки.

Упаренний розчин після першої випарки направляють на другу стадію упарки під вакуумом. Після випаровування 55-60% води з розчину випадає штучний сильвініт. Для збільшення ступеня вилучення KCl суспензію охолоджують в поверхневому кристалізаторі до 35 ° С. Крісталлізат, що містить 60% KCl і 40% NaCl, повертають на стадію розчинення. Матковий розчин, що містить 26% MgCl 2, 3%, KCl 2% NaCl і 69% Н 2 O, виводять з циклу на використання.

Після першої упарки частина розчину, що містить 0,25% брому, обробляють хлором для витіснення брому, відганяють бром парою, а розчин після нейтралізації повертають у цикл. Витрата пари складе близько 50 т на 1т брому.

При виробництві галургічну методом хлористого калію витратні коефіцієнти на 1 т кристалічного KCl по сировині, енергії і матеріалам наступні: сильвініт (22% KCl) - 4 834 кг; поліакриламід - 0,012 кг; аміни - 0,0184 кг; кислота соляна - 0,0072 кг; сода кальцинована - 0,181 кг; мазут - 7 кг; електроенергія - 21,08 кВт · год; пар - 0,38 Мкал; вода - 8,62 м 3.

Загальні втрати KCl складають 14,1% від кількості його в руді. Розподіл втрат хлористого калію наступні (%): з галітових відвалом - 5,00; з глинистим шламом - 3,00; з конденсатом - 0,60; з димовими газами - 0,04; механічні втрати - 5,46.

Найбільше KCl втрачається при транспортуванні, навантаженні і затаривании. Очевидно, ці втрати можна істотно зменшити, при дотриманні всіх прищепив і удосконалення деяких процесів.

При виробництві калійних добрив вода відіграє дуже важливе значення, адже без неї неможливо уявити сучасну калійну промисловість. Виробництво калійних добрив - дуже водоємна процес. Вода при виробництві хлористого калію галургічну методом використовується в наступних операціях технологічного процесу:

- розчинення руди - вода  входить до складу лугу, що  надходить на розчинення подрібненого  сильвініту;

- промивка розчину від  глинистого шламу;

- розчинення твердого  хлористого калію гарячою водою;

- конденсація сокового  пара - вода служить конденсатом;

- промивка апаратури від  шламу і відвалу;

- промивка кристалів KCl, для  видалення маточного розчину  і зниження вмісту NaCl;

- промивка газу, що виділяється  утворюється при сушінні KCl;

- вода, у вигляді пари, служить для підтримки температури в розчиннику.

Вода використовується практично на всіх стадіях технологічного процесу. У результаті використання води у процесі виробництва калійних добрив вона дуже сильно забруднена різними речовинами, які потім витягти дуже складно і це вимагає величезних фінансових витрат. Сольові шлами, що утворюються при виробництві хлористого калію, скидаються в шламосховища[6].

Галургічний спосіб виробництва KCl характеризується високою витратою пари і води, що обумовлено проведенням розчинення при 100-110 ° С і наступним охолодженням розчину до 20-25 ° С. Тепло, що підводиться з парою, втрачається на різних стадіях процесу. Розподіл втрат тепла від суми втрат (%) наступні:

- з галітових відвалом - 11;

- з глинистим шламом - 3;

- з водою в конденсаторах  змішання - 86.

Найбільша кількість тепла втрачається в процесі вакуум-кристалізації. Велика кількість енергії споживають апарати та обладнання, використовувані у виробничому процесі, крім того енергія витрачається на освітлення шахт і виробничих приміщень [8].

 

 

 

2 АНАЛІЗ АНТРОПОГЕННОГО НАВАНТАЖЕННЯ ДІЯЛЬНОСТІ ПІДПРИЄМСТВ КАЛІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА НА ДОВКІЛЛЯ

 

Видобуток калійних руд ведеться в основному шляхом суцільної виїмки продуктивних пластів камерним методом. При цьому в гірничу масу, крім сильвініту верхнього і нижнього шарів, потрапляють проміжні прошарки кам'яної солі та глини, що призводить до зниження в ній вмісту хлористого калію до 25%, а іноді і нижче. Велика частина руди (75%), що видобувається таким методом, складається з порожньої породи, і, будучи відходом виробництва, йде у відвал. При видобутку калійної руди та її дробленні в навколишнє середовище викидається величезна кількість газів і пилоаерозолей. Забруднення атмосфери зазначеними шкідливими речовинами відбувається в результаті роботи вентиляторів головного провітрювання, окремих технологічних установок дроблення руди, експлуатації транспортних засобів та апаратури в шахтах і при дробленні. Забруднення атмосферного повітря і, відповідно, підстильної поверхні на території видобутку сільвінітної руди носить складний характер, обумовлений сукупним впливом потужних точкових джерел, розташованих на значній території і характеризуються своєрідністю якісного складу викидів[6].

Наступною стадією є переробка сировини після дроблення, з метою отримання готової продукції. На цій стадії і утворюється найзначніше кількість відходів. Так, при отриманні хлористого калію з сильвініту галургічним методом відходами виробництва є галітові відвали, глинисто-сольові шлами і пилогазові викиди. Крім того, при галургічному способі переробки сильвінітових і карналлітових руд до відходів виробництва відноситься також концентрований луг, що містить MgCl 2 і СаСl 2. Зазначені відходи є джерелом забруднення навколишнього природного середовища та завдають істотної шкоди народному господарству.

При переробці сильвінітових руд на кожну тонну хлористого калію отримують 3-4 т галітових відходів (відвалів). Основним компонентом галітових відвалу є хлористий натрій. Крім того, галітових відходи містять невелику кількість хлористого калію, хлористого магнію, сульфату кальцію, брому, нерозчинного залишку і деякі інші компоненти. У галітових відвалах, одержуваних при переробці сильвініту флотаційним методом, міститься незначна кількість адсорбованих флотореагентов.

Середній склад галітових відвалів ВО «Білоруськалій» при переробці сильвінітових руд флотаційним методом: 89-90% NaCl; 4,41-5,0% KCl; 0,1% MgCl 2; 1,1% CaS0 4; 4,4-4,8% нерозчинний залишок.

Вміст хлористого натрію у відвалах при галургічній переробці сильвінітових руд становить 85-90%, хлористого калію - до 2,5%.

В даний час основна кількість галітових відходів складується на поверхні землі в солевідвалах, які займають великі площі цінних орних земель.

Галітові відвали є постійним джерелом засолення грунтів і підземних вод в районах їх розташування. Розсоли з вмістом солей до 300 р/л утворюються за рахунок розчинення солевідвалів атмосферними опадами, конденсаційної вологи, відтиску свіжих галітових відходів, що мають початкову вологість 10-12%, яка при складуванні знижується до 5-8%.

Утворені розсоли проникають в підземні води і, досягнувши водоупора, поширюються в горизонтальному напрямку до виходу підземних вод на поверхню.

У рішеннях уряду, прийнятих в останні роки з питань охорони навколишнього середовища та раціонального використання природних ресурсів, гостро поставлена проблема скорочення кількості відходів калійних підприємств, їх утилізація і зниження шкідливого впливу на рослинний і тваринний світ. Комплексне вирішення поставлених завдань проводиться наступним чином.

Селективна розробка родовищ. Верхній і нижній Сильвінітніїшари складаються з чергування прослоїв сильвініту і глини. Вміст KCl в цих шарах досягає 40%. Верхній і нижній Сильвінітні шари розділені між собою шаром кам'яної солі з сильвінітом і прошарком глини. Потужність цього шару значна, а вміст хлористого калію в ньому становить всього близько 4,5%.

В даний час при експлуатації деяких калійних родовищ розроблена система роздільного (селективної) виїмки сильвінітових прослоїв. Застосування гідромеханізованих комплексів дозволяє робити виїмку сильвінітових прослоїв, а проміжний прослой галіта при цьому залишається у виробленому просторі.

Переваги такої технології видобутку сільвінітової руди полягають у наступному:

різко підвищується якість видобутої руди (до 35-37% KCl);

значно знижуються втрати корисної копалини (витяг руди з надр досягає 80-90%);

зменшується кількість галітових відходів (близько 30% твердих відходів залишається в підземних виробках).

При сучасних масштабах виробництва хлористого калію з сильвініту кількість одержуваних щорічно галітових відходів становить десятки мільйонів тонн. Ці відходи лише частково можуть бути перероблені на содопродукти і поварену технічну сіль. Значна частина їх не знаходить збуту і підлягає поховання. Одним із способів поховання галітових відходів є закладка їх у вироблений шахтний простір [6].

Раціональне складування солевідвалів. В даний час тверді галітових відходи складують на поверхні землі у вигляді солевідвалів висотою 25-30 м. калійних підприємствами ПО «Білоруськалій» у 2009 році складувалося 800 млн. т галітових відходів, під які при звичайному способі складування (в один ярус висотою 30 м) необхідно було б зайняти 800-850 га родючих сільськогосподарських угідь. Щорічна кількість відходів від виробництва комбінату становить 25 млн. Тонн. Підготовка площ під солевідвалів також пов'язана зі значними витратами.

З метою охорони навколишнього середовища і збереження земельних угідь розроблений спосіб висотного складування галітових відходів. При триярусному складуванні відходів у солевідвалів висотою 100 м відчужувані площі земель скорочуються в 3-3,5 рази, в такій же мірі знижується утворення розсолів від випадання атмосферних опадів.

Висотне складування солевідвалів полягає в наступному. На підготовлену площадку солевідвалу, яку обов'язково покривають екраном з поліетиленової плівки, виробляють відсипання першого ярусу галіта висотою не більше 30 м. У свіжонасипаному стані відходи мають вологість 10-12% і об'ємна вага 1,35-1,40 т/м 3. З часом висота зменшується за рахунок ущільнення солі, об'ємна вага галітових відходів збільшується до 1,7-1,9 т/м 3, а вологість падає до 5-8%. У результаті ущільнення в нижній частині відвалу формується шар монолітній кам'яній солі, що грає роль жорсткої плити, яка практично є непроникною для розсолів. Відсипання подальших ярусів на вже сформовану поверхню першого ярусу може здійснюватися на технічно можливу висоту. На поверхню вже сформованих відвалів наносяться різні гідрофобні покриття (цементна суміш з добавками, полімерні склади та ін.).

Всі ці заходи знижують кількість утворюються розсолів, а також усувають процеси дифузії та фільтрації сольових розчинів в грунт [9]. Всі відходи калійного виробництва (галітових відвал, глинисті шлами, розсоли), одержувані при флотаційного збагачення сильвінітових руд, містять залишки флотореагентов, які є токсичними речовинами. Низькомолекулярні аліфатичні аміни мають слабку токсичність. Зі збільшенням молекулярної ваги токсичну дію амінів зростає. З цієї причини відходи флотаційного методу переробки сильвініту важче переробляти, захоронити і утилізувати, ніж відходи, отримані в галургічних технологічних схемах.

Засолення земель відбувається також у процесі перенесення галітових відвалів в результаті діяльності вітру, при цьому відбувається засолення грунтів довколишніх територій.

Поховання надлишкових розсолів. Промислові стоки калійних підприємств складаються з високомінералізованих розсолів, що утворюються при віджиманні галітових відходів, розчиненні солевідвалів атмосферними опадами і конденсаційної вологою. Для запобігання розтікання утворюються насичених розсолів (мінералізація - 300-350 г/л) навколо солевідвалів споруджують огороджувальну дамбу, а розсоли збирають у спеціальні збірні канави. Висота дамби від 1,5 до 4,0 м.