Производство сильвина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

Химический факультет

Кафедра общей химии и методики преподавания химии

Реферат:

«Производство сильвина»

Выполнила:

студентка 5 курса 25 группы

Груша Наталья

Минск 2013

Введение

Производство минеральных солей удобрений составляют одну из важнеших задач химической промышленности. Ассортимент минеральных, используемых в сельском хозяйстве, самой химической промышленности, металлургии, фармацевтическом производстве, строительстве, быту, составляет сотни наименований и непрерывно растет. Масштабы добычи и выработки солей исключительно велики и для некоторых из них составляют десятки миллионов тонн в год. 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.

Самым крупным потребителем солей и минеральных удобрений является сельское хозяйство. Связано это с тем, что современное интенсивное сельскохозяйственное производство невозможно без внесения в почву научно обоснованного количества различных минеральных удобрений, содержащих элементы, которых недостаточно в почве для нормального роста растений, в частности зерна.

Минеральными удобрениями называют соли, содержащие в своем составе элементы, необходимые для питания, развития и роста растений. Основным сырьем для получения калийных удобрений является сильвинит. В действительности сильвинит -- это осадочная порода, которая представляет собой смесь кристаллов сильвина (KCl. -- ред.) (15--60 %) и галита (NaCl - ред.) (25--85 %), а также растворимого карналлиту (KMgCl3*6H2O- ред.) и нерастворимых -- глины, карбонатов и других примесей.

Таким образом, сильвинит -- это смесь веществ, а не индивидуальное химическое соединение. Этот факт и позволяет разделять его на отдельные компоненты.

Получение хлорида калия из сильвинита в промышленности осуществляется методами галургии -- флотационным или комбинированным.

минеральный соль удобрение сильвин

1. Сильвин - природный минирал

Сильвин (в честь химика Франциска Сильвия) - минерал из класса галогенидов, подкласс хлориды: хлорид калия. Химическая формула: KCl.

Физические свойства. Блеск стеклянный. Твердость 2,5. Удельный вес 1,99 г/см3. Цвет молочно-белый, водяно-прозрачный, ярко-красный. Черта белая. У кристаллического сильвина наблюдается совершенная спайность в трех направлениях по граням куба. Сплошной зернистый, плотный, листоватый; также кристаллы. Сингония кубическая. Кристаллы имеют кубическую форму.

Отличительные признаки. Сильвин хорошо узнается по горьковатосоленому вкусу и по хорошо выраженной спайности в трех направлениях по граням куба. Сильвин похож на каменную соль, отличается от нее по вкусу (каменная соль соленая) и по цвету (каменная соль нередко бесцветная).

Химические свойства. Вкус горько- или жгуче-соленый. Легко растворяется в воде. С хлорной платиной дает желтый осадок хлороплатинового калия.

Разновидность. Смесь галита с сильвином и карналлитом называется сильвинитом.

Происхождение. Сильвин в основной массе - лагунный химический осадок, выпадающий в усыхающих бассейнах. Кроме того, встречается в виде выцветов на поверхности почв или на стенках кратеров вулканов, представляет продукт вулканического возгона.

Применение. Сильвин - сырье для получения калийных удобрений. Используется также в стекольной промышленности и в производстве препаратов калия. Прозрачны сильвин применяется в спектроскопах. Сильвин используется для определения абсолютного возраста горных пород. Из сильвина получают металлический калий. Энергетикой будущего называют магнитогидродинамическую электростанцию на жидком металле - калии, непосредственно преобразующую тепловую энергию в электрическую.

Месторождения. Сильвин встречается вместе с галитом, образуя месторождения калийных солей.

2. Ресурсы каменной и калийных солей Беларуси

Геологические исследования, интенсивно проводимые в послевоенные годы, опровергли ранее существовавшее представление о Беларуси как стране бедной на минерально-сырьевые ресурсы. В настоящее время в ее недрах выявлено и разведано почти 5 тыс. месторождений, представляющих около 30 видов минерального сырья. Важнейшими полезными ископаемыми, добыча которых наиболее существенно воздействует на экономику страны, являются калийные и каменные соли, нефть, торф, строительные материалы и сырье для их производства, подземные пресные и минеральные воды.

Горно-химическое сырье представлено калийными и каменными солями, фосфоритами, минерализованными рассолами. Наибольшее народнохозяйственное значение имеют калийные соли, промышленные запасы которых по двум разведанным месторождениям (Старобинскому и Петриковскому) составляют 6,9 млрд. т, а прогнозные -- свыше 80 млрд. т. Разрабатывается Старобинское месторождение, на базе которого работают четыре рудоуправления ОАО «Беларускалий». Перспективы Петриковского месторождения связаны с внедрением высокорентабельной технологии получения калийного концентрата из солей с повышенным содержанием хлористого магния.

Запасы каменной соли оцениваются как практически неисчерпаемые. Только на трех разведанных месторождениях (Мозырском, Давыдовском и Старобинском) они превышают 22 млрд. т. Эксплуатируется Мозырское месторождение, на базе которого работает солевыварочный комбинат с объемами годовой добычи около 400 тыс. т соли, расширяются поставки пищевой соли на экспорт. Каменная соль может быть также использована в качестве сырья для производства кальцинированной соды.

По количеству калийных солей Беларусь (почти 10% мировых промышленных запасов) занимает третье место в мире после Канады (37%) и России (31%). Общие прогнозные ресурсы калийных солей по Припятскому калиеносному бассейну оцениваются примерно в 80 млрд.т. Наряду с двумя крупными разведанными месторождениями Старобинским и Петриковским выявлен ряд высокоперспективных участков для дальнейшего развития минерально-сырьевой базы калийной промышленности: Нежинский, Смоловский, Октябрьский, Копаткевичский, Шестовичский, Житковичский, Дроздовский, Ново-Дубровский и Светлогорский. Калийные удобрения являются важнейшим экспортным продуктом Беларуси. Так, в 2006 году Беларусь обеспечила 39 % мирового экспорта калийных удобрений. Наша страна поставляет эту продукцию не только в страны Западной и Центральной Европы, но даже в Индию, Юго-Восточную Азию, страны Латинской Америки. За счет продажи 6,6 млн. т калийных удобрений в 2006 году наша страна получила более 1 млрд. долларов США.

3. Калийные соли как аграрный ресурс

Широкий спектр торговых партнеров Беларуси в этом аспекте объясняется возрастающей интенсификацией сельскохозяйственного производства во многих странах мира и нуждаемостью почв самых различных природных зон в таком важном элементе питания как калий. Сравнительно низкая потребность почв во внесении калийных удобрений отмечается в степной и лесостепной зоне, так как черноземы, каштановые, буроземы и другие подобные почвы неплохо обеспечены подвижным калием, они богаты гумусом и имеют обычно суглинистый гранулометрический состав, благоприятствующий наличию значительного количества обменно-поглощенного калия. Но даже на таких почвах в интенсивном земледелии нужно вносить калийные удобрения, особенно при возделывании калиелюбивых культур, например, сахарной свеклы.

В дерново-подзолистых почвах, доминирующих в Беларуси, обеспеченность калием существенно зависит от гранулометрического и минералогического состава. В легких почвах запасы очень малы. Они существенно растут при внесении навоза, в котором обычно много калия - 0,6 %, но для высоких урожаев необходимо вносить и минеральные калийные удобрения, в том числе и на торфяно-болотных почвах, которые особенно бедны этим элементом.

Калий в растительных организмах находится в ионной форме и не входит в органические соединения, до 80 % его находится в клеточном соке, он стабилизирует коллоидное состояние цитоплазмы, повышает обводненность, вязкость, набухаемость, положительно влияет на фотосинтез, окислительные процессы и образование органических кислот, повышает активность ферментов, устойчивость растений к болезням. Из культурных растений особенно чувствительны к недостатку калия картофель, корнеплоды, капуста, многолетние травы. Много калия отчуждается из почвы с урожаями полевых культур и его необходимо компенсировать внесением удобрений.

Хлористый калий является основной формой, сульфат калия применяется в количестве лишь 7 тысяч тонн, до 10 тысяч тонн используется в составе комплексных удобрений. Хлористый калий содержит 57-60 % К2О, хорошо растворим в воде. Его получают разделением сильвинита на хлориды калия и натрия гидроциклонным способом, а также галургическим и флотационным обогащением руд. Калийные удобрения хорошо растворимы в воде, быстро переходят в обменное и необменное состояние. Оставшийся хлор легко вымывается. Степень использования калия удобрений весьма высока - 60-70 %. На связных почвах К-удобрения вносят с осени, на легких - весной, так как размеры вымывания калия существенно зависят от гранулометрического состава почв - от 10 кг/га на суглинистых и торфяных до 37 кг/га на мощных песчаных почвах. Для большинства культур достаточно 60-90 кг/га, для свеклы, картофеля и овощей - 90-150 кг/га. На торфяных почвах дозы немного выше. В подкормку калийные удобрения не вносят.

Именно благодаря систематическому применению калийных удобрений удалось существенно повысить плодородие почв Беларуси по подвижным соединениям калия - с примерно 40 до 180 мг/кг за 40 лет.

Внесение калийных удобрений в последние 20 лет стало и важнейшим экологическим ресурсом.

Благодаря сходству калия по химическим свойствам с цезием, он является естественным конкурентом радиоцезия при поступлении в растения. Даже при невысоком содержании калия в мелиоранте, он способен снижать поступление радиоцезия и даже радиостронция в растения, то есть во всю пищевую цепочку.

4. Как образовались на территории Беларуси залежи каменной и калийных солей

По характеру своего образования залежи каменной и калийных солей относят к хемогенным осадочным породам. Согласно доминирующей точке зрения, примерно 350 млн. лет назад на нашей планете происходили крупнейшие тектонические движения земной коры. При опускании континентальной плиты образовалась впадина, в которую хлынуло море. В течение последующих десятков миллионов лет море наступало и отступало, образуя лагуны, озера и заливы. В горячем климате эти водоемы пересыхали, и на дно выпадали в осадок соли натрия (NaCl -- галит) и калия (KCl -- сильвин), чередовавшиеся с глинисто-карбонатнымислоями. В последующие периоды геологической истории на эти отложения легли мощные пласты доломита, глины, песка и т. д..

По оценке В. З. Кислика и Э. А. Высоцкого, в этом регионе образовалось около 200 млрд. т калийных солей (30 млрд. т по оксиду калия). Они представляют собой многоярусные, близко расположенные к земной поверхности залежи значительной мощности, которые распространены на территории площадью около 14,5 тыс. км2. В сводном разрезе выявлено около 60 калийных горизонтов мощностью от 0,5 до 40 м, которые залегают на глубинах от 350 м на крайнем северо-западе до 4026 м на востоке региона.

Промышленные запасы калийных солей (6938 млн. т, или 1222,1 млн. т по K2О) сосредоточены на двух месторождениях: Старобинском и Петриковском. На сегодняшний день разрабатывается Старобинское месторождение с запасами порядка 980 млн. т, позволяющими производить 5--6 млн. т калийных удобрений в год. Глубина залегания калиеносных отложений на нем составляет 350--1200 м, мощность их 80--150 м. На месторождении выявлено четыре калийных горизонта. Основным объектом эксплуатации является III калийный горизонт мощностью от 5 до 28 м, глубина залегания которого 450--900 м и более. В разрезе выделяются нижний и верхний (сильвинитовый) и средний (глинисто-карнолитовый) пласты. В отработке находится нижний пласт, характеризующийся чередованием слоев сильвинитов и каменной соли, содержащих прослои галопелитов. Среднее содержание в нем хлорида калия составляет от 29,43 % до 45,22 %.

Петриковское месторождение по сравнению со Старобинским имеет более сложные горно-геологические условия: промышленный горизонт залегает глубже (515--1200 м) и углы падения более крутые. Основное промышленное значение имеет IV калийный горизонт. Мощность его 3--25 м, глубина залегания 515--1200 м, содержание хлорида калия достигает 47,1--50,6 %. Благоприятными факторами по месторождению являются: солевая кровля над продуктивным пластом, низкое содержание нерастворимого остатка и высокое содержание хлорида калия. Оно пока не эксплуатируется.

Отложения каменной соли на территории Беларуси распространены только в пределах Припятской рифтовой структуры и нигде за ее пределами не образуют значительных скоплений. Пласты каменной соли имеют толщину до 1000 м, и площадь их распространения превышает 21 тыс. км2.

5. Производство калийных удобрений

Калийные удобрения, помимо увеличения урожайности, улучшают качественные характеристики выращиваемой продукции: способствуют повышению сопротивляемости растений к заболеваниям, повышению лёжкости плодов при хранении и стойкости при транспортировке, а также улучшению их вкусовых и эстетических качеств.

Калийные удобрения, как правило, применяются в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями.

Калийные соли, добываемые на базе Старобинского месторождения, являются важнейшим агрохимическим сырьем для производства калийных удобрений. Их добычей и производством занимается ОАО«Беларуськалий», входящее в концерн «Белнефтехим».

ОАО «Беларуськалий» имеет общую производственную мощность 9 млн. т KCl и выпускает почти каждую шестую тонну калийных удобрений в мире, его доля в мировом производстве калийных удобрений составляет порядка 16%.. На экспорт отправляется более 90 % всей производимой продукции в более чем 60 стран мира.

Основной продукцией ОАО “Беларуськалий”» являются:

- Калий хлористый мелкий

- Калий хлористый гранулированный

- Калий хлористый технический

- Натрий хлористый технический

- Соль каменная поваренная пищевая

- Соль каменная поваренная пищевая йодированная

- Соль поваренная кормовая

Все выпускаемые калийные удобрения являются высококачественным продуктом с содержанием полезного компонента --хлористого калия -- не менее 98 % или, в пересчете на K2О, не менее 60 %, с массовой долей воды не более 0,5 % и рассыпчатостью 100 %. Предприятие также выпускает галургический (белый) хлористый калий с содержанием K2O не менее 62 %.

Добыча калийных солей на Старобинском месторождении в настоящее время осуществляется шахтным способом. На глубине в шахтах работают шахтеры, которые, используя соледобывающие комбайны, извлекают руду на поверхность. Извлеченная горная порода, состоящая из соли, песка, глины и т.д., поступает на калийные комбинаты, расположенные на территории самих рудников.

Чтобы понять суть метода извлечения калийных солей, надо иметь представление о том, что из себя представляет главная составляющая месторождения -- сильвинит. Из-за неточности ряда учебных пособий наши учителя и школьники по этому поводу имеют искаженное представление, принимая сильвинит за минерал, т. е. индивидуальное кристаллическое вещество природного происхождения. В действительности сильвинит -- это это осадочная порода, которая представляет собой смесь кристаллов сильвина (KCl. -- ред.) (15--60 %) и галита (NaCl - ред.) (25--85 %), а также растворимого карналлиту (KMgCl3*6H2O- ред.) и нерастворимых -- глины, карбонатов и других примесей.

Получение хлорида калия из сильвинита в промышленности осуществляется методами галургии -- флотационным или комбинированным.

6. Методы добычи и получения сильвина

Галургический метод.

Галургия (в переводе с греческого - «соляное дело») включает изучение состава и свойств природного солевого сырья и разработку способов промышленного получения из него минеральных солей.

Метод галургии основан на использовании различной растворимости хлоридов калия и натрия. При низких температурах растворимость хлоридов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость NaCl почти не меняется, а растворимость KCl сильно возрастает. При совместном присутствии обеих солей растворимость хлорида натрия с ростом температуры падает, а KCl -- сильно возрастает.

Технологический процесс галургического способа складывается из дробление сильвинитовой руды, растворения сильвинита горячим щелоком в растворителях со шнековыми мешалками и ковшовыми элеваторами, охлаждению (с целью кристаллизации хлорида калия из осветленного насыщенного раствора) сгущения в отстойниках. Затем сгущенная суспензия через промежуточную мешалку подается на центрифуги. Сушка отфильтрованного хлорида калия осуществляется на сушильных барабанах или печах кипящего слоя. (Рис.1)

Получаемый таким способом технический продукт содержит KCl (52--60 % по K2O), в галитовых отходах 2,5-3,0%, извлечение 86,5-87,5%. Для выделения хлорида калия этот метод используется шире метода флотации, который базируется на разной смачиваемости веществ.

Флотационный способ.

Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости водой минералов сильвина (KСl) и галита (NaCl) и прилипании частиц обогащаемого минерала к пузырькам пропускаемого через пульпу воздуха.

Основным показателем смачиваемости минералов служит величина краевого угла , образующегося на твердой поверхности вдоль периметра смачивания, т. е. вдоль линейной границы раздела твердое тело -- жидкость -- воздух. Жидкость образует с несмачиваемой частицей тупой краевой угол , а со смачиваемой -- острый. Силы поверхностного натяжения стремятся выровнять уровень жидкости. В результате этого несмачиваемая (гидрофобная) часть выталкивается из жидкости (всплывает), а смачиваемая (гидрофильная) погружается в жидкость. Мелкие гидрофобные частицы всплывают независимо от плотности. Большинство минералов природных руд мало отличаются по смачиваемости друг от друга. Для их разделения создают условия неодинаковой смачиваемости водой отдельных компонентов породы, для чего применяют разнообразные химические соединения -- флотационные реагенты. Они избирательно усиливают или ослабляют смачиваемость водой, а также прилипаемость к пузырькам воздуха взвешенных минеральных частиц. Внесенные в пульпу флотореагенты, называемые собирателями (коллекторами), адсорбируются поверхностью определенного минерала (минералов), образуя гидрофобный адсорбционный слой. Гидрофобизированные частицы прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются на поверхность пульпы в пену, находящуюся на поверхности пульпы, и удаляются вместе с нею.

Собирателями служат поверхностно-активные органические вещества, содержащие полярную и неполярную группы. В качестве флотореагентов используют октадециламин, жирные карбоновые кислоты и их мыла. Полярные группы молекул собирателя при адсорбции направлены в сторону поверхности минеральных частиц, а неполярные -- в сторону воды, образуя гидрофобную оболочку. Частицы, которые не адсорбируют коллекторы, в частности пустая порода, остаются в пульпе, образуя так называемый камерный продукт. Минерализованная пена (пенный продукт), которая и дает флотационный концентрат, должна быть устойчивой, плотной и подвижной. Такая пена создается внесением в суспензию пенообразователей, поверхностно-активных веществ, образующих адсорбционные пленки на поверхности пузырьков воздуха. К наиболее эффективным пенообразователям относятся сосновое масло, вспениватели ОПСБ, Т-80 и др.Технологическая схема получения сильвина из сильвинита флотационным методом представлена на рис.2

Стандартный набор реагентов для флотации сильвинита на ОАО“Беларуськалий”» составляет на 1 т калийной руды: сосновое масло -- 15 г.; октадециламин -- C18H37NH2 --50 г; жидкие парафины -- C16--C18 --5 г; полиэтилен гликоль -- 10 г; карбоксиметилцеллюлоза (Na--КМЦ) -- 18 г..

Окончательный концентрат с содержанием KCl 95,3-96,2% подвергается обезвоживанию и сушке. "Хвосты" флотации, с содержанием KCL 2,5-3,0% после обезвоживания транспортируются на складирование на солеотвал. Шламовый продукт после сгущения и осветления щелоков транспортируется на шламохранилище. Извлечение полезного компонента при флотационном методе переработки составляет 84-85%.

При использовании этих методов создается ряд экологических и экономических проблем. Хотя потребление калийных удобрений в ближайшие десятилетия будет расти, тем не менее это не предполагает увеличение спроса на рынке, так как основные страны-импортеры калийных удобрений (Китай, Бразилия) планируют использование своих ресурсов. Поэтому ожидается увеличение конъюнктуры на рынке калийных удобрений.

Материальный баланс производства сильвина флотационным методом. (Приложении 1)

7. Горы экологических проблем производства

Терриконы (горы из отходов) давно стали типичным пейзажем для Солигорщины. Деятельность калийного гиганта приводит и к другим экологическим проблемам, которые при сохранении нынешних форм производства могут привести к печальным последствиям.

И можно было бы просто укорить руководство Беларуськалия в слабой коммерческой жилке - ведь можно было бы зарабатывать на туристах: объект очень интересный. Но эти горы не такие безобидные, как кажутся на первый взгляд.

За десятилетия эксплуатации месторождения калийных солей в Солигорске, на поверхности накопилось более полумиллиона тонн отходов на площади свыше тысячи гектар (для наглядности, это около десяти территорий минского ботанического сада, который является одним из крупнейших в Европе).

Отходы калийного производства нельзя изолировать от окружающего мира. Они состоят из легкорастворимых в воде солей, которые легко проникают в подземные воды и травят здоровье местных жителей. При воздействии на терриконы атмосферных осадков, ветровой и водной эрозии они служат источниками загрязнения окружающей среды. В нее выбрасывается огромное количество газов и пылеаэрозолей.

Мощность осаждения солевых частиц в год составляет примерно 600 тонн. Общая площадь засоленных почв - около 900 гектар, из которых на долю загрязнения пылегазовыбросами приходится 85%, остальная территория засолена рассолами терриконов.

Оседая на почве, выбросы загрязняют солями и тяжелыми металлами верхний плодородный пахотный слой почвы. Максимальное загрязнение наблюдается весной, когда нет сплошного растительного покрова, а количество осадков минимальное. По этой причине оседающая из дымовых отходов солевая пыль и тяжелые металлы накапливаются на поверхности почвы. Осенью выпадающие на поверхность почвы соли растворяются под действием осадков и мигрируют из верхних слоев в более глубокие.

Еще одна проблема, которой до начала функционирования Беларуськалия местные жители не знали - оседание земной поверхности над горными выработками. В окрестных деревнях, таких как Чижевичи, Погост, Зажевичи проседают и трескаются частные дома. В десятках мест из-за проседания почвы на поверхность проникают грунтовые воды, разрушая жилье, промышленные и сельскохозяйственные объекты.

На многих десятках гектаров, под которыми прошли шахтеры, почва проседает. На месте этих просадок может треснуть кирпичное строение, перекоситься деревянный дом. Или образовываться небольшое озерцо.

На Солигорщине из-за просадки почв приходится выселять целые деревни.

Список литературы

1.Журнал «Хімія праблемы выкладання»-№3, 2008г.

2. Основы химической технологии: Учеб. для студентов хим.-технол. спец. Вузов/ И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Под ред. И.П. Мухленова. - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Высш. шк., 1991. - 463 с.: ил.

3.Электронные источники:

3.1.http://ru.wikipedia.org/wiki/ (Википедия)

3.2. http://news.tut.by/tag/ex5928-belaruskaliy.html (Новости)

3.3. http://mining-enc.ru/s/silvin/ (Горная энциклопедия)

3.4. http://kali.by/products/ (Официальный сайт ОАО «Беларусьалий»)

Размещено на Allbest.ru