ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Сырье
Методы обогащения руды
Производство хлористого калия на первом рудоуправлении
. Производство хлористого калия на 2-ом Рудоуправлении
Производство хлористого калия на 3-ем рудоуправлении
Производство хлористого калия на 4-ом рудоуправлении
Барабанные сушила
Расчет размеров барабанной сушилки
. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Производство минеральных солей удобрений составляют одну из важнейших задач химической промышленности. Это одна из наиболее прибыльных и финансово-устойчивых отраслей не только в химическом комплексе, но и в промышленности в целом. Продукция предприятий конкурентоспособна и пользуется постоянным спросом на внешнем и внутреннем рынках. В наибольших количествах производятся и потребляются соединения натрия, фосфора, калия, азота, алюминия, железа, серы, меди, хлора, фтора и др. Самым крупнотоннажным является производство минеральных удобрений.
Белорусская промышленность производит практически все виды традиционных минеральных удобрений, пользующихся спросом как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Значительную долю в производстве удобрений занимают сложные минеральные удобрения (такие, как аммофос, диаммофос, азофоска и т.п.), отличающиеся от одинарных тем, что содержат два или три питательных вещества. Преимущество сложных удобрений заключается в том, что их состав может меняться в зависимости от требований рынка.
К белорусским производителям минеральных удобрений относятся: ОАО «Гомельский химический завод» (фосфорные, сложные и комплексные удобрения), Гродненское производственное объединение «Азот» (азотные удобрения), производственное объединение «Беларуськалий» (калийные удобрения).
Все выпускаемые калийные удобрения являются высококачественным продуктом с содержанием полезного компонента - хлористого калия - не менее 95% или, в пересчете на K2O, не менее 60%, с массовой долей воды не более 0,5% и рассыпчатостью 100%. Основу ассортимента удобрений составляют: калий хлористый мелкий непылящий с массовой долей фракций менее 2 мм не менее 90% и пылимостью не более 0,2 г/кг; калий хлористый обеспыленный с массовой долей фракций менее 2 мм не менее 90% и пылимостью не более 0,05 г/кг; калий хлористый гранулированный с массовой долей фракций от 2 мм до 4 мм не менее 87% и пылимостью не более 0,05 г/кг; калий хлористый стандартный обеспыленный с массовой долей фракций от 0,25 мм до 1,7 мм не менее 95% и пылимостью не более 0,05 г/кг.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Сырье
В качестве калийных удобрений применяют сырые природные вещества (чаще всего сильвинит) и продукты их переработки (хлорид и сульфат калия; 40%-ные калийные соли), а также золу растений.
Калийные соли являются экспортным продуктом и одним из источников валютных поступлений для Беларуси. Разведанные запасы солей составляют 6,9 млрд. т сырых солей (1,2 млрд. т окиси калия).
В настоящие время основной минерально-сырьевой базой калийной промышленности Беларуси является Старобинское месторождение. Детально разведано Петриковское месторождение, а в 1997 г. завершена предварительная разведка Октябрьского. В Припятском прогибе имеется также ряд высокоперспективных участков, на которых сосредоточены значительные запасы и ресурсы калийных солей (Нежинский, Смоловский, Новодубровский, Копаткевичский, Житковичский и др.). Прогнозные запасы его в настоящее время оцениваются в 45 млрд т.
Старобинское месторождение калийных солей - одно из крупнейших в мире и второе по величине на территории СНГ. Образовалось оно около 300 миллионов лет назад в конце девонского периода геологической истории. На месте нынешнего Полесья находилось мелководное море с обширными лагунами. В результате активных испарений и прогибов дна бассейна вследствие вертикальных колебательных движений формировались отложения солей натрия и калия, чередовавшихся с глинисто-карбонатными слоями.
Богатства Старобинского месторождения представлены сильвинитом (калийная соль), карналлитом (магнезильная соль) и каменной (пищевой) солью.
Калийные соли располагаются внутри пластов каменной соли. Всего на месторождении выявлено несколько десятков калийных горизонтов. Промышленный интерес представляют четыре наиболее выдержанных по площади и по мощности горизонта. Тектоника месторождения обусловила залегание калийных горизонтов на различных глубинах. Промышленные горизонты залегают на глубинах от 400 до 1200 и более метров. Их мощность колеблется от 4 до 20 метров.
Проанализировав сырьевую базу калийной промышленности можно сделать вывод о том, что запасы калийных солей в Беларуси значительны. Однако ПО «Беларуськалий» столкнулось с проблемой выработки калийной руды на 1 и 2 РУ. Согласно плану добычи калийной руды предприятие может обеспечить стабильную работу на этих рудоуправлениях лишь на ближайшие 5 лет из-за выработки II-го калийного горизонта и снижения добычи с III-го калийного горизонта.
Итак, основным сырьем для получения калийных удобрений является сильвинит, представляющий собой породу состава mNaCI+nNaCl, которая содержит ~14-18% К2O. В качестве примесей сильвиниту сопутствуют в небольших количествах соединения, магния, кальция, карналлит, глинистый и нерастворимый в воде остаток, а также бром, йод, рубидий, медь, цинк и др. Из сильвинита получают и основное калийное удобрение-хлорид калия. Получение хлорида калия из сильвинита осуществляется методами галургии, флотационным или комбинированным
Методы обогащения руды
Обогащением руд называется совокупность процессов первичной обработки минерального сырья, цель которого - отделение всех полезных минералов от пустой породы, а при необходимости - взаимное разделение полезных минералов.
В результате обогащения получают один концентрат или несколько и отвальные хвосты.
Метод галургии основан на использовании различной растворимости хлоридов калия и натрия. С повышением температуры растворимость КСl резко возрастает, a NaCI меняется незначительно. При совместном присутствии обеих солей растворимость хлорида натрия с ростом температуры падает, а KCl - сильно возрастает. На этих различиях и построены: галургические операции разделения. Из диаграммы состояния системы КС1-NaCI-H2O видно, что избирательная кристаллизация КС1 возможна из всех растворов, состав отвечает полю H2O - (10°С) или H2O-(100°С),
Если исходный раствор имеет температуру 100°С, то первым из этого раствора начинает кристаллизоваться КС1. При понижении температуры до 10°С состав раствора изменится и часть КС1 кристаллизуется. Когда при последовательных операциях нагревания-охлаждения системы при низкой температуре из этого раствора будет выкристаллизовываться КС1, а при высокой- уже хлорид натрия.
Поэтому при получении хлорида калия сильвинит при повышенной температуре обрабатывают насыщенным на холоду раствором обеих солей. При этом раствор обогащается КС1, а часть NaCl переходит в осадок и отделяется фильтрованием. Затем раствор охлаждают; при этом из него выделяются кристаллы КС1, которые отделяют от маточного раствора и высушивают. Маточный раствор снова направляют на растворение сильвинита. Получаемый таким способом технический продукт содержит 52-60% K2O.
Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости водой минералов сильвина (КС1) и галита (NaCI). Флотацию с применением в качестве флотореагентов октадециламина, карбоновых кислот ведут из насыщенных растворов сырых калийных солей. Хлорид калия, получаемый флотационным разделением сильвинита, имеет гораздо более крупную кристаллическую структуру, чем полученный кристаллизацией, поэтому он меньше слеживается.
Из всех известных методов обогащения в производстве хлорида калия из сильвинитовых руд наиболее широкое распространение у нас в стране и за рубежом получил метод флотации (всплывание). Основываясь на внешних признаках, процесс флотации можно было бы определить как способ разделения, при котором один минерал всплывает на поверхность пульпы и плавает на этой поверхности, а другой тонет и остается внутри пульпы. Однако такое определение исходит только из внешней стороны процесса и не отражает сущности явлений, происходящих при флотации. Кроме того, известные такие флотационные процессы, при которых никакого всплывания или плавания частиц нет. Между тем они обусловлены теми же причинами, что и обычная флотация. Поэтому их совершенно правильно относят к группе флотационных процессов. Поскольку в любом случае процесс связан с наличием поверхностей раздела фаз, то наиболее правильным будет следующее определение понятия "флотация": флотация - метод обогащения, заключающийся в разделении минералов измельченной руды на основе различной их способности удерживаться на границе раздела фаз в жидкой среде.
Различают три основных вида флотации - пленочную, масляную и пенную.
При пленочной флотации, разделение минералов происходит на плоской поверхности раздела фаз вода-воздух. При этом измельченная руда, подлежащая разделению, насыпается с небольшой высоты на поверхность воды. Несмачиваемые частицы остаются на поверхности и выделяются во флотационный продукт, смачиваемые переходят в водную фазу. Из-за низкой производительности этот процесс не получил широкого применения. Однако эффект пленочной флотации используется при флотогравитационном способе получения крупнозернистого хлористого калия.
Масляная флотация заключается в избирательном смачивании частиц минерала диспергированным в воде жидким маслом. Образующиеся при этом агрегаты частиц, заключенные в масляные оболочки, всплывают на поверхность пульпы. Вследствие незначительной подъемной силы капли масла могут нести лишь небольшой груз частиц, а расход масла при этом очень велик. Поэтому масляная флотация не получила промышленного распространения.
При пенной флотации пульпа насыщается пузырьками газа, обычно воздуха. Флотирующиеся частицы (гидрофобные) закрепляются на пузырьках и выносятся ими на поверхности пульпы, образуя слой минерализованной пены. Гидрофильные частицы остаются в пульпе.
В зависимости от способна насыщения пульпы пузырьками газа пенная флотация подразделяется на обычную пенную флотацию, вакуум-флотацию, химическую флотацию, флотацию кипячением и др.
При обычной пенной флотации в качестве газа используется воздух, причем аэрация пульпы обеспечивается или засасыванием воздуха из атмосферы и диспергированием его в пульпе специальными механическими аэраторами, или же вдуванием в пульпу сжатого воздуха.
Аэрация пульпы при вакуум-флотации осуществляется за счет выделения воздуха из раствора (согласно закону Генри), так как находящаяся под атмосферным давлением вода содержит некоторое количество растворенного воздуха.
При химической или газовой флотации пузырьки газа образуются в результате химического взаимодействия. Например, к руде, содержащей кальций или магнезит, добавляют серную кислоту или кислую соль. При этом на выделяющихся пузырьках углекислого газа флотируются несмачиваемые минералы.
При флотации кипячением процесс идет за счет образующихся пузырьков пара и пузырьков выделяющегося растворенного газа. Этот процесс применялся некоторое время для обогащения графитовых руд.
Флотационные явления проявляются также при амальгировании, эмульгировании, гидрообеспыливании и др.
В калийной промышленности используется обычная пенная флотация.
В зависимости от формы разделения компонентов руды различают коллективную и селективную флотацию.
Коллективной флотацией называют процесс, при котором получают концентрат, содержащий все полезные компоненты, и пустую породу. Коллективный концентрат затем может быть разделен на отдельные составляющие. Это разделение можно осуществить с помощью избирательной или селективной флотации. При избирательной флотации кроме собирателей и пенообразователей в процесс вносят депрессоры, способные усиливать гидрофильность определенных минералов, препятствуя их всплыванию.
Последующим внесением активаторов снимают действие депрессоров и способствуют всплыванию минералов, которые в предыдущей стадии флотации погрузились в жидкость. Эффективность флотации повышается добавкой регуляторов, изменяющих рН среды и усиливающих воздействие флотореагентов. Так, при обогащении медно-никелевых руд получают медный, никелевый и пирротиновый концентраты.
Процесс флотации осуществляется во флотационных машинах, где пульпа перемешивается и насыщается воздухом, который диспергируется на мелкие пузырьки. По способу перемешивания и аэрации пульпы флотационные машины разделяются на механические, пневмомеханические и пневматические. Широкое применение имеют пневмомеханические флотационные машины, в которых перемешивание пульпы осуществляется одновременно импеллером и сжатым воздухом.
Производство хлористого калия на первом рудоуправлении
На Старобинском месторождении известны четыре калийных горизонта, из которых два - второй (II) и третий (III) - отрабатываются четырьмя рудоуправлениями ПО «Беларуськалий». Основным объектом эксплуатации является нижний сильвинитовый пласт III горизонта, залегающий на глубине 450-1000 м и более. Мощность продуктивного пласта 4-5,5 м, в его разрезе выделяется до шести сильвинитовых слоев. Выемке подлежат 2, 3, и 4-й сильвинитовые слои мощностью 0,60-1,53 м. Среднее содержание KCl составляет 29,4 (слой 4) - 45,2% (слой 2)
ПО «Беларуськалий» составляют: четыре рудоуправления (РУ) с основными функциями по добыче и переработке калийной руды, а также вспомогательные и обслуживающие подразделения - транспортные, энергетические, ремонтные, строительные и другие
Обогатительная фабрика 1 РУ ПО «Беларуськалий» вырабатывает мелкозернистый хлористый калий, часть которого поступает на смещение с дробленной и расклассифицированной рудой и для производства смешанной соли, а также молотый сильвинит и калийно-медные удобрения. 1 РУ построено по проекту института «Госгорхимпроект» мощностью 832 тыс. т. минеральных удобрений в год.
Первая очередь сдана в эксплуатацию в декабре 1963 г., вторая очередь в 1964 г.
По объему сложности производства и уровню производительности труда 1 РУ относится к 1 категории.
Численность работающих на рудоуправлении составляет 2419 чел., в т.ч. рабочих - 2056 чел.
Уровень механизации в целом по 1 РУ составляет 56,7%, удельный вес рабочих, занятых ручным трудом - 11,3%. Средний возраст оборудования равен 5,5 лет.
Метод производства хлористого калия - флотационный, который заключается в разделении твердых мелких частиц разнообразных веществ, основанным на смачиваемости поверхности минерала. В присутствии их одни минералы приобретают гидрофильную (смачиваемую) форму (КаС1 и шламы), другие - гидрофобную (не смачиваемую).
В качестве собирателя при флотации сильвина на 1-ом РУ используется 1% водный раствор эмульсии солянокислого амина.
Технологическая схема предусматривает механическое и флотационное обесшламливание руды с последующим обогащением ее методом флотации, обезвоживанием продуктов обогащения и сушкой концентрата.
Схема включает 9 стадий:
1) дробление и грохочение руды;
2) предварительная классификация;
3) измельчение и проверочная классификация;
4) механическое и флотационное обесшламливание руды, сгущение шламов;
5) флотация сильвина;
6) классификация, сгущение и фильтрация хвостов флотации;
) удаление и складирование хвостов флотации;
) фильтрация и сушка концентрата;
) складирование концентратов для получения смешанной соли.
Сырьем для производства мелкозернистого хлористого калия является - руда сильвинитовая, представляющая собой физико-механическую смесь галита, сильвина, водонерастворимого остатка, сульфата кальция, хлоридов кальция и магния.
Отходы и безвозвратные потери при такой технологии производства составляют:
· галитовые отходы (кек) - 2875…2880 кг/т. Они складируются в отвалах на дневной поверхности;
· галитоилистые изломы - 230…235 кг/т складируются в шламонакопителях;
· пылевидные и газообразные отходы в дымовых газах - 0,080…0,100 м3/т, выбрасываемые в атмосферу.