Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Марта 2013 в 20:49, курсовая работа
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.
Месторождение разрабатывается ОАО «Уралкалий» и ОАО «Сильвинит», обладающими 18,5% мировых мощностей.
Максимальный объем производства был достигнут в 2008 году и составил 25,26 млн. т K2О.
В 2006 году внутренние поставки калийных удобрений составили 2,7 млн. т K2О, но это лишь треть потребности (7,2 млн. т). Как показывают расчеты, для полного покрытия внутреннего спроса при сохранении современного экспорта производство калийных удобрений в России должно составлять 9,4-10,0 млн. т K2О.
Возрастание экспорта в Китай, Японию, Индию настоятельно требует освоения Непского месторождения в Сибири. При этом экономия за счет уменьшения расходов на транспорт позволит вдвое увеличить прибыль от ввода в строй этого месторождения. Особенно перспективным представляется использование при его разработке геотехнологических методов, обеспечивающих наработку рассолов с получением ценных и дефицитных безхлоридных удобрений. Следует отметить, что геотехнологический способ позволяет повысить производительность добычи в 4 раза при снижении удельных капиталовложений в 7 раз.
Кроме увеличения добычи на Верхнекамском месторождении и освоения Непского, весьма перспективным является также освоение в Волгоградской области Гремяченского месторождения, запасы сильвинитов которого составляют 250 млн. т K2O при среднем содержании полезного компонента 21-26%, а также Эльтонского месторождения. На наиболее изученном Улаганском участке последнего суммарные запасы сильвинитов, карналлитов и кизерит-карналит-сильвинитовых руд составляют 430 млн. т K2O. На двух других участках запасы и прогнозные ресурсы оцениваются в 580 млн. т К2О.
Освоение этих месторождений привлекательно их близостью к основным потребителям калийных удобрений – Поволжскому, Центральному, Центрально-Черноземному и Северо-Кавказскому экономическим районам [2].
В Беларуси выпуск
хлористого калия
Добыча сильвинитовой руды и производство калийных удобрений в республике ведет РУП «ПО «Беларуськалий» на Старобинском месторождении, которое приурочено к Припятской впадине и расположено в районе городов Солигорска и Старобина. Месторождение открыто в 1949 году и разрабатывается с 1963 года. Калийные соли Старобинского месторождения, так же как и Верхнекамские, представлены только хлоридами – сильвинитом, являющимся основным минералом, и карналлитом, имеющим второстепенное значение. Однако калийные соли Старобинского месторождения существенно отличаются составом и строением от солей Верхнекамского месторождения. Повышенное содержание глинистых примесей и более сложное строение месторождения оказывают большое влияние на их переработку.
В соленосной толще Старобинского месторождения имеются четыре хорошо выдержанных по мощности сильвинитовых горизонта, которые чередуются с пластами каменной соли, карналлита и глины.
Мощность первого калийного горизонта 3-8 м, глубина залегания 360-725 м, содержание KСl в среднем по горизонту равно 19%. Вследствие относительно высокого содержания нерастворимого остатка в руде (12-26%) первый калийный горизонт отнесен к забалансовым запасам.
Второй калийный горизонт занимает площадь около 850 км2, залегает на глубине от 400 до 1000 м. Он характеризуется частым чередованием сильвина, каменной соли и галопелитов. Среднее содержание KCl равно 27-28%; нерастворимый остаток около 5-6%, a MgCl2 не превышает десятых долей процента.
Третий калийный горизонт (2500 км2) отличается значительно большей мощностью, чем второй. Объем промышленных запасов его составляет 80%. На всем протяжении он состоит из трех прослоев. Верхний прослой сложен бедным сильвинитом (8-22% KСl), средний – глинистой карналлит-сильвинитовой породой и нижний – богатым сильвинитом. Промышленное значение имеет нижний сильвинитовый прослой. Мощность его 7,5 м, глубина залегания от 350 до 1200 м и более, среднее содержание KСl – 22-23%, нерастворимый остаток – 5-12%.
Мощность четвертого калийного горизонта весьма значительна и составляет от 5-6 м до 35-40 м, глубина залегания изменяется от 525 до 1500 м. В разрезе горизонта выделены два продуктивных пласта: верхний мощностью 2,9-4,2 м (содержание KСl – 16-24,5%, MgCl2 – около 1,5%, нерастворимый остаток – 3,0-10,8%) и нижний незначительной мощности (до 0,8 м), но с высоким содержанием хлористого калия – от 24 до 44%. Однако в связи с глубоким залеганием полезного ископаемого четвертый калийный горизонт не может быть использован для добычи сильвинита шахтным способом.
Таким образом, в настоящее время промышленными на Старобинском месторождении являются второй и нижний прослой третьего калийного горизонта. Добычу калийных солей ведут на глубине 260, 420-430 м и 700-800 м.
В последние годы объединение добывает порядка 29-30 млн. т сильвинитовой руды в год, из которой производится 3,7-4,2 млн. т калийных удобрений, обеспечивая потребность внутреннего рынка и поставки на экспорт. В 2008 году экспорт белорусских калийных удобрений составил 6,5 млн. т, в 2009 году – 3 млн. т, что в полном объеме обеспечивает потребность внутреннего рынка республики и позволяет осуществлять поставки на экспорт (около 90 % производства). С начала эксплуатации Старобинского месторождения добыто более 1 млрд. т руды, в том числе полезного ископаемого (без разубоживающих пород) 907,1 млн. т. За этот период разведано 351 млн. т сырых солей. Согласно данным концерна «Белнефтехим», в 2009 году на Старобинском месторождении добыто около 32 млн. т калийных солей. В 2011-2020 годах прогнозируется добыча сырых калийных солей в количестве 300 млн. т. Добыча регулируется внутренними потребностями Беларуси и экспортными поставками.
Несмотря на значительные запасы калийных солей Старобинского месторождения (5,4 млрд. т, в том числе 2,4 млрд. т по разрабатываемым шахтным полям) обеспеченность запасами отдельных рудников и горизонтов неравномерна. Для компенсации выбывающих мощностей в 2010 году был подготовлен к промышленному освоению Нежинский участок с запасами 200 млн. т K2O и выполнена доразведка Северного участка с запасами 30 млн. т K2O. Это позволит обеспечить РУП «ПО «Беларуськалий» сырьем на длительную перспективу при стабильной добыче калийных солей порядка 30 млн. т, удовлетворить потребность внутреннего рынка республики и укрепить экспортный потенциал предприятия (около 90 % от общего объема производства). Следует отметить, что кроме Старобинского месторождения детально разведаны, но не разрабатываются Октябрьское и Петриковское месторождения и ряд участков калийных солей, которые могут стать новой сырьевой базой для развития калийной промышленности Республики Беларусь, возможно, с привлечением зарубежных инвесторов.
Петриковское месторождение открыто в 1966 году. Расположено оно в центральной части Припятской впадины в районе г. Петрикова (Гомельская обл.). Разрез соляной толщи месторождения насчитывает до 20 калийсодержащих горизонтов. Мощность калиеносной подтолщи достигает 1300 м. Продуктивная зона состоит из многократно чередующихся пластов галита, сильвина и несолевых пород (доломита, ангидритов, реже глины, мергелей, алевролита). Калиеносная подтолща делится на три части: верхнюю, среднюю и нижнюю. Мощность верхней части 25-160 м, соленасыщенность – 52-81%, калийных горизонтов не имеет. Мощность нижней части – 350-600 м, соленасыщенность – 36-64%, имеет один калийный горизонт. Мощность средней части – 420-520 м, соленасыщенность достигает 96%, содержит восемь калийных горизонтов.
Наибольший промышленный интерес представляет четвертый горизонт, вскрытый на площади 450 км2. Мощность его колеблется от 1,3 до 22 м, глубина залегания – от 510 до 1400 м, содержание KCl – до 50,5%. Но такое содержание KCl имеют участки горизонта, где мощность не превышает 1,1 м. На участках мощностью 7,25 м содержание KСl снижается до 16,5%, а содержание MgCl2 составляет 17,8%. По характеру строения и условиям залегания четвертый горизонт Петриковского месторождения; аналогичен третьему горизонту Старобинского и является его продолжением.
В разрезе четвертого горизонта
выделяются три пласта. Верхний и
средний пласты сложены в основном
каменной солью с маломощными
прослоями сильвинит-
Петриковское месторождение по сравнению со Старобинским находится в более сложных горно-геологических и тектонических условиях: глубокое залегание полезного ископаемого, сложная структура строения продуктивной толщи, больше тектонических нарушений. По содержанию KСl нижний пласт четвертого горизонта Петриковского месторождения мало уступает второму и третьему промышленным горизонтам Старобинского месторождения, а по содержанию нерастворимого остатка характеризуется значительно лучшими показателями.
Копаткевичское месторождение расположено между Старобинским и Петриковским. Калийные соли, запасы которых составляют 1,6 млрд. т, представлены сильвинитом. Аналогично Петриковскому основным калийным горизонтом данного месторождения является четвертый, который залегает на глубине 550-1250 м. Мощность его изменяется от 0,8 до 8,0 м. Четвертый горизонт имеет четыре калийсодержащих слоя, разделенных слоями каменной соли. Содержание KCl по горизонту изменяется от 16,3 до 55,8%, MgCl2 – от 0,1 до 1,8%, нерастворимый остаток – от 2,1 до 8,0%.
Нежинское месторождение, расположенное к востоку от Старобинского, имеет также четыре калиеносных горизонта, из которых второй и третий представляют промышленный интерес. Второй калийный горизонт занимает площадь около 200 км2, залегает на глубине 520-1000 м. Мощность горизонта колеблется от 0,75 до 2,6 м. Содержание KСl в пласте равно 27,3%, нерастворимый остаток – 4,4%. Пласт состоит из двух сильвинитовых слоев, разделенных слоем галита.
Третий горизонт залегает на глубине 520-1100 м, а к северу глубина залегания увеличивается до 1200 м и более. Мощность горизонта изменяется от 2-3 до 5-7 м. Среднее содержание KCl в пласте 27% и нерастворимый остаток 6,5%
Запасы сильвинитов Нежинского месторождения составляют около 1,5 млрд. т.
В настоящее время разведанные запасы сырых калийных солей (без карналлита) Белорусского калиеносного бассейна превышают 42 млрд. т. Из них около 10 млрд. т являются кондиционными. Остальное количество калийных солей имеет большую глубину залегания (свыше 1000 м) и может быть извлечено только подземным выщелачиванием.
Продолжение поисково-разведочных работ на всей территории Припятской впадины позволит более точно определить общие запасы калийных солей Белорусского калиеносного бассейна. По прогнозным данным, уже сейчас они оцениваются более чем в 100 млрд. т [3].
Изм.
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Лист
1
КР 02. 00 ПЗ
Разраб.
Мытник
Пров.
Головач
Консульт.
Н. Контр.
Головач
Утв.
Головач
Характеристика способов производства калийных удобрений
Лит.
Листов
4
БГТУ 42213020,12
2 Характеристика способов производства калийных удобрений
Обогащение калийной руды производится двумя основными методами: флотационным и химическим (галургическим).
2.1 Галургический способ производства
Галургический метод используется со времени зарождения калийной промышленности во второй половине XIX века. Он позволяет получить химически чистый хлористый калий с содержанием полезного компонента 98%, который используется в сельском хозяйстве и химической промышленности.
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, то есть в системе «KCl – NaCl – H2O». В растворах, насыщенных обеими солями, при повышении температуры от 20-25 °С до 90-100 °С содержание хлорида калия возрастает примерно в два раза, а хлорида натрия несколько уменьшается.
При охлаждении такого горячего раствора он становится пересыщенным относительно хлорида калия, который будет кристаллизоваться, а хлорид натрия останется в растворе. При последующем нагревании этого раствора он останется насыщенным относительно хлорида натрия и становится ненасыщенным относительно хлорида калия, поэтому при обработке подобным раствором нового количества сильвинита из него будет извлекаться только хлорид калия, переходя в раствор, а хлорид натрия растворяться не будет. Это свойство системы «KCl – NaCl – H2O» и используется в галургическом методе извлечения хлорида калия из сильвинитовых руд для организации циклического процесса.
Процесс галургического извлечения хлорида калия из сильвинита включает шесть основных стадий:
измельчение сильвинитовой руды;