Современные экологические тенденции

Хотя  калийные  предприятия  традиционно  относятся  к  химической отрасли и производству удобрений, по своей сути и технологиям они больше схожи  с  горнодобывающими  предприятиями,  так  как  их  главные  производственные активы – рудники, а основное богатство – месторождения  калийных и прочих солей.

Более 51% мировых разведанных запасов калийного сырья находится в Канаде, 21%  - в России и около 9% - в Беларуси, что представляет собой  один  из  максимальных  уровней  страновой  концентрации  для  полезных  ископаемых. Концентрация калийного сырья в трех приведенных странах  (81,8%) примерно равняется концентрации фосфатного сырья в 6 странах  (82,1%).

Калийная отрасль – одна из самых консолидированных в мире: девять  компаний контролируют 90% выпуска калийных удобрений. Причин две:  редкость месторождений калийных руд – они есть всего в 13 странах – и  значительные затраты, в том числе временные, на их разработку.

Природным источником калия служат руды, главными минералами которых являются сильвинит, карналлит, нефелин и некоторые другие.

Мировые запасы калийного сырья оцениваются в 131,4 млрд. тонн (в пересчете на КгО). Наша страна обладает крупнейшими в мире запасами калийных солей, составляющими около 50 млрд. тонн. Из них самым значительным является Верхнекамское месторождение. Большие запасы калийных солей сосредоточены также в Республике Беларусь (около г. Минск) и в Прикарпатье (Украина). Все они, как правило, являются комплексным сырьем. Так, средний состав сильвинитовых руд в России, % (масс.): 24 33 КС1, 61 71 NaCl, 0,2 0,3 MgCh, 1,3 1,7 CaS04.

Содержание нерастворимого остатка (н.о.) глины, сульфата и карбоната кальция и т. д. в калийных рудах может составлять от десятых долей до десяти и более процентов. Сильвинитовая руда Верхнекамского месторождения содержит до 2,5% н. о., а Старобинского (Республика Беларусь) до 10 12% н. о.

Таким образом, состав калийных руд при организации комплексной переработки сырья предопределяет необходимость рационального и наиболее полного использования, по крайней мере, четырех основных компонентов: калия, натрия, магния, хлора.

Цель работы – проанализировать современные экологические тенденции переработки калийного сырья.

Задачи:

1) раскрыть понятие и сущность комплексной переработки калийного сырья;

2) проанализировать современные инновационные технологии в переработке отходов калийной промышленности.

1. Понятие комплексной переработки калийного сырья

Основным целевым продуктом калийной промышленности является хлорид калия (КС1), который может служить как в качестве самостоятельного удобрения, так и сырьем для получения калиевых солей: сульфата, карбоната, нитрата и др. Кроме этого, соли калия входят в состав некоторых сложных удобрений, например нитроаммофоски и аммофоски (NPK удобрения), содержащих три питательных элемента: фосфор, азот и калий.

В нашей стране добыча сильвинитовых руд осуществляется шахтным методом, а их переработка в хлорид калия галургическим и флотационным методами. Принципиальная схема галургического метода представлена на рис. 1. Метод основан на различной растворимости хлоридов калия и натрия в воде в зависимости от температуры. Выход КС1 по этой технологии составляет 85,9% [11, с. 138].

Флотационный метод основан на различной смачиваемости кристаллов КС1 и Nad в присутствии флотореагентов, увеличивающих селективность их разделения. Выбор технологической схемы зависит от состава руды и наличия в ней нерастворимого остатка. Выход КС1 при флотационном методе составляет 84,5%.

Рис. 1. Принципиальная схема получения хлорида калия галургическим методом

Выделение сильвинита связано с образованием значительных по объему галитовых (NaCl) отходов и жидких глинисто-солевых шламов, складируемых в солеотвалах и шламонакопителях. При получении 1 т КС1 в отвал поступает 2,5 3,0 т галитовых отходов (влажностью до 10-12%) и 0,3 т нерастворимого остатка в виде шламосолевой пульпы с отношением жидкого к твердому (Ж:Т), равным 1,7:2,5.

К настоящему времени в солеотвалах накоплено более 130 млн тонн галитовых отходов, а в шламонакопителях до 20 млн тонн глинистосолевых шламов. Общая площадь земель, занятых ими, превышает 500 га [3, с. 61].

Количество складируемых галитовых отходов можно уменьшить реализацией следующих мероприятий:

- широкое использование галита в различных отраслях народного хозяйства в качестве вторичных минеральных сырьевых ресурсов: в химической промышленности (производство едкого натра и хлора), в энергетике, в дорожном и коммунальном хозяйстве, в производстве кормовой и пищевой поваренной соли и других отраслях;

- утилизация всех шламовых отходов, например, в промышленности строительных материалов, для производства глинисто-солевых порошков, применяемых при бурении, в качестве удобряющих добавок к торфяным и песчаным почвам и др.

Наиболее перспективным и экономически целесообразным направлением использования галитовых отходов является производство технического хлорида натрия с последующим получением едкого натра и хлора в химической промышленности и поваренной соли в пищевой.

В первую очередь можно перерабатывать на поваренную соль (пищевую или техническую) гачлургические галитовые отходы, так как галитовые отходы, получаемые по флотационной схеме обогащения, менее пригодны к утилизации из-за дорогостоящего процесса очистки их от аминов, применяемых при флотации. В связи с этим предусматриваются их возврат и закладка в выработанное шахтное пространство.

Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или синтетические соли и содержат питательный элемент в форме иона К+. В зависимости от природы аниона калийные удобрения подразделяются на хлоридные и бесхлоридные.

К калийным удобрениям хлоридного типа относят природные минералы (каинит, сильвинит), продукты промышленной переработки минералов (хлорид калия), смешанные калийные соли, полученные смешением природных минералов с хлоридом калия, электролитные растворы (побочный продукт электролиза карналита). К бесхлоридным калийным удобрениям относятся сульфат калия и калимагнезия (двойная соль сульфата калия и сульфата магния). Все калийные удобрения растворимы в воде. Их выпускают в кристаллическом и гранулированном виде [14, с. 87].

В настоящее время основным калийным удобрением, обеспечивающим свыше 95% потребностей сельского хозяйства, является хлорид калия. Важнейшим калийным минералом является сильвинит – смесь сильвина КСl и галита NaCl, содержащая в качестве примесей нерастворимые вещества. Нерастворимые или труднорастворимые в воде минералы в настоящее время не используют для производства калийных удобрений, однако переработка их в глинозем (например, нефелина) сопровождается получением калийных солей как побочных продуктов. Потенциальным источником сырья для производства калийных удобрений может стать Мировой океан, в водах которого концентрация калия достигает 0,07 %.

Существуют два метода производства хлорида калия из сильвинита: флотационный и галургический. Флотационный метод выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде насыщенного ими соленого раствора. Это достигается селективной гидрофобизацией поверхности частиц калийных минералов с помощью флотореагентов-собирателей.

Флотационный метод эффективен при извлечении хлорида калия из высококачественных сильвинитовых руд, содержащих незначительное количество шлама. Степень извлечения хлорида калия достигает 90-92 %, а готовый продукт (концентрат) содержит 93-95 % соли.

Галургический способ выделения хлорида калия из сильвинита или метод избирательного растворения и раздельной кристаллизации основан на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии. Этот метод позволяет комплексно перерабатывать полиметаллические руды, извлекая из них все полезные компоненты, в том числе хлориды магния, бромиды и пищевой хлорид натрия.

1. Бачурин В.А., Бабошко А.Ю. Эколого-геохимическая характеристика отходов калийного производства // Горный журнал. - 2008. - № 10. - С. 88-91.
2. Борзаковский Б.А., Папулов Л. М. Работы на Верхнекамских калийных рудниках: справочник. - М.: Недра, 1994. - 234 с.
3. Борзаковский Б.А., Качурин Н. М., Русаков М. И. Развитие технологий размещения глинисто-солевого шлама в выработанном пространстве калийных рудников // Горный журнал. - 2016. - № 10. - С. 61-64.
4. Комаров Ю.А. Обоснование технологии высотного складирования пород-отходов при разработке калийных месторождений: дис. ... канд. техн. наук. - СПб., 2015. - 152 с.
5. Кологривко А.А. Снижение геоэкологических последствий при подземной разработке калийных месторождений // Вестник Полоцкого государственного университета. - 2014. - № 16. - С. 103-110.
6. Лаевская Е.В., Воробьёва Е.В., Матрунчик Ю.В., Захаренко Т.В. Использование продуктов переработки глиносодержащих отходов калийного производства в ресурсосберегающих технологиях лесного комплекса // Труды БГТУ. №2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. 2016. №2 (184).
7. Лискова М.Ю. Негативное воздействие, оказываемое на окружающую среду предприятиями по добыче и обогащению калийно-магниевых солей // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2017. №1.
8. Лысухо Н. А., Ерошина Д. М. Отходы производства и потребления, их влияние на природную среду. Минск: МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2011. 210 с.
9. Попов Г. H. Исследование по получению пищевой соли из галитовых отходов калийных производств Дис.. канд. техн. наук. Л. ЛТИ им. Ленсовета, 1966.
10. Проблемы освоения крупнейших калийных месторождений мира [Электронный ресурс] / Е.Н. Батурин, Е.А. Меньшикова, С.М. Блинов, Д.Ю. Наумов, П.А. Белкин // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6. 
11. Старков Л. И., Земсков А. Н., Кондрашев П. И. Развитие механизированной разработки калийных руд. - Пермь: Изд-во ПГТУ, 2007. - 522 с.
12. Способ ликвидации солеотвалов на калийных рудниках: пат. Рос. Федерация № 2355887 / Крайнев Б.А., Дьяков С.П., Шумахер А.И., Белкин В.В.; 20.05.2009. - Бюл. № 14.
13. Соловьев В.А., Секунцов А.И. Разработка калийных месторождений: практикум. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. - 265 с.
14. Федяева О.А. Промышленная экология. Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 145 c.
15. Хорошавин, Л. Б. Основные технологии переработки промышленных и твердых коммунальных отходов : [учеб. пособие] / Л. Б. Хорошавин, В. А. Беляков, Е. А. Свалов ; [науч. ред. А. С. Носков] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 220 с.
16. Шилов А.В., Русаков М.И. Опыт и перспективы размещения глинисто-солевых шламов на солеотвалах калийных рудников // ГИАБ. 2017. №10.