Раздел 9. Производство хлористого калия

Раздел 9. Производство хлористого калия

Калий - жизненно важный элемент, необходимый для функционирования всех живых клеток. Он является природным компонентом почвы и, наряду с фосфором и азотом, незаменимым питательным элементом для растений и сельскохозяйственных культур. Только регулярное внесение этих трех основных макроэлементов может обеспечить сбалансированное питание растений.

Калийные удобрения, содержащие один из основных видов минеральных питательных веществ, обеспечивают полноценное развитие корневой системы растений, стимулируют обмен веществ, повышают устойчивость к погодным условиям, болезням и вредителям, улучшают вкусовые качества плодов, делают их устойчивыми к длительному хранению. Свыше 90 % выпускаемого калийного продукта представлено хлористым калием (KCl), остальное - сульфатом калия и калимагнезией.

Хлористый калий - высококонцентрированное удобрение, агрономическая и экономическая целесообразность использования которого доказана более чем полувековым опытом мирового сельского хозяйства, которое потребляет около 95 % всего производимого калия в мире.

Около 80 % ежегодных объемов хлористого калия производят из природного твердого сырья (калийные руды), добываемого из недр шахтным способом; 12 % - из естественных природных рассолов, находящихся на земной поверхности (соляные озера, моря); 8 % - при переработке искусственных растворов, получаемых путем подземного растворения водой соляных залежей. Основной тип калийных руд - сильвиниты, содержащие основные породообразующие водорастворимые минералы сильвин (KCl) и галит (NaCl), а также примеси нерастворимого в воде остатка, минеральных соединений: солей кальция, магния и др.

Мировые запасы калийных солей отличаются высокой концентрированностью. Канада обладает около 45 % всех мировых запасов. Россия находится на втором месте - около 33 %, на третьем месте - Республика Беларусь - около 5 %. Прогнозные ресурсы калийных руд России огромны - около 11,5 млрд т.

Переработки калийных руд началось в 19 веке галургическим способом термического выщелачивания калийных солей с последующей их кристаллизацией из насыщенных солевых растворов (Страсбург, Германия) и применяется на ряде предприятий до настоящего времени. Процесс характеризуется большими тепловыми затратами, высоким коррозионным воздействием на оборудование горячих (95-100 °C) солевых растворов, но позволяет получать готовый продукт с содержанием хлористого калия до 98,0-98,5 %, используемый при производстве сложных удобрений и получении ряда технических продуктов.

Соляные минералы характеризуются относительно крупной вкрапленностью калийных минералов (0,5-3 мм), что создает благоприятные условия для их механического разделения. В связи с этим внимание многих исследователей было направлено на изучение возможности флотационного разделения водорастворимых солей, позволяющего осуществить производство калийных удобрений (хлористого калия) без дополнительного нагрева солевых растворов.

Предложенное в США в 1936 году Кирби (Kirby) применение алкиламинов для флотации хлористого калия послужило основой для разработки технологии флотационной переработки калийных руд. Начиная с 1950-1960-х годов началось интенсивное строительство флотационных калийных предприятий в Канаде, США, СССР, Германии, Франции, Испании, обеспечившее мировое развитие производства KCl для сельскохозяйственных целей. В Советском Союзе с 1963 года были введены в эксплуатацию 8 флотационных калийных фабрик. В настоящее время в мире добытые шахтным способом сильвинитовые руды (смесь сильвина (KCl) и галита) перерабатывают на 25 обогатительных фабриках, из числа которых по флотационной технологии на 10 фабриках, в том числе в Российской Федерации на четырех фабриках - по галургической технологии (растворение-кристаллизация) на четырех фабриках, в том числе в Российской Федерации на двух фабриках; по комбинированной технологии (флотация + растворение - кристаллизация) на 11 фабриках. Мощность действующих калийных предприятий в мире составляет 40,7 млн т K₂O (2010 г.), а производство - 38,5 млн т K₂O (2014 г.). Лидирующее положение в производстве хлористого калия традиционно занимали Канада, Россия, Беларусь и Германия, обеспечивающие около 70 % мирового производства (см. таблицу 9.1).

Таблица 9.1 - Объемы производства KCl в мире (статистика Международной ассоциации производителей удобрений IFA), тыс. т K₂O

Страны, регионы	2000	2005	2010	2011	2012	2013	2014
Европа и Ближний Восток
Россия	3716	6266	6128,1	6500,0	5403,3	6000	20951,5
Беларусь	3372	4928	5222,6	5332,1	4830,7	4178,5
Германия	3409	3665	2961,6	3106,1	3056,4	2968,4
Великобритания	601	439	<*>	<*>	<*>	<*>
Испания	522	494	<*>	<*>	<*>	<*>
Израиль	1748	2224	2799,7	2555,9	2962,0	3094,1
Иордания	1162	1098	1165,5	1355,2	1094,4	1046,5
Америка
Канада	9174	10596	9497	10819,0	9270,0	10107,4	12758,7
Бразилия	340	372	398	362,7	318,2	285,4
Чили	330	431	850,5	961,4	1240,9	1186,9
США	821	832	613,2	696,9	607,0	633,5
Азия
Китай	290	1450	2345	2598,8	3090,0	3600,0	4797,8
Лаос	-	-	-	15	50	50
Всего:	25815	32794	31981,4	34345,0	32048,1	33609,6	38508,0
<*> С 2009 года данные приводятся вместе с Израилем, который приобрел акции калийных производителей в этих странах.

В Российской Федерации хлористый калий производится из добываемых шахтным способом сильвинитовых руд предприятиями группы "ЕвроХим" и ПАО "Уралкалий", производственные мощности последнего составляют 13,1 млн т KCl, а объем производства достиг 12,1 млн т KCl.

Калийная промышленность - отрасль промышленности, объединяющая предприятия по добыче калийных солей и получению калийных удобрений. Все возрастающая потребность в калийных удобрениях на мировом рынке для обеспечения интенсивного уровня развития сельского хозяйства, а также уменьшение запасов месторождений калийных солей в Европе (Германия, Испания, Франция) стимулирует строительство новых калийных предприятий с вовлечением в переработку новых участков разрабатываемых месторождений калийных руд и освоение новых калийных месторождений.

Калийная промышленность в России стала создаваться после открытия в 1925 году калийных месторождений на самом востоке Европейской России в области Предуралья. На территории Пермского края находится крупнейшее в России Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей. В 1927 году началось строительство первого промышленного комбината в г. Соликамске. В 1930 году было запущено строительство промышленного комплекса по производству калийных удобрений и в г. Березники. Четыре производственных комплекса в г. Березники и три производственных комплекса в г. Соликамске были введены в эксплуатацию между 1957 и 1992 гг. В настоящее время все они входят в состав ПАО "Уралкалий", контролирующего всю производственную цепочку - от добычи калийных солей до поставок хлористого калия покупателям.

ПАО "Уралкалий" создано в 2011 году путем присоединения ОАО "Сильвинит" к ОАО "Уралкалий". В настоящее время производственные мощности ПАО "Уралкалий" включают шесть калийных фабрик, которые расположены в городах Березники и Соликамск Пермского края. Общие запасы руды компании составляют около 8,2 млрд тонн. В 2014 году было произведено 12,1 млн т хлористого калия. ПАО "Уралкалий" производит калийные удобрения: гранулированный, мелкокристаллический и мелкозернистый хлористый калий. На долю ПАО "Уралкалий" приходится около 20 % мирового производства калийных удобрений. В таблице 9.2 приведены показатели ресурсно-сырьевого обеспечения ПАО "Уралкалий".

Таблица 9.2 - Ресурсно-сырьевое обеспечение ПАО "Уралкалий"

Рудоуправление	Балансовые запасы руды (форма 5-ГР на 1 января 2015 г.), млн т	Мощность рудника, млн т./год	Обеспеченность рудника, лет
Первое Соликамское калийное рудоуправление (СКРУ-1)	287,2	4,6	25
Второе Соликамское калийное рудоуправление (СКРУ-2)	1024,0	11,32	36,7
Третье Соликамское калийное рудоуправление (СКРУ-3)	1329,6	11,35	41,6
Второе Березниковское производственное калийное рудоуправление (БКПРУ-2)	251,3	8,0	8,7
Четвертое Березниковское производственное калийное рудоуправление (БКПРУ-4) <*>	1686,8	19,8	43,6
Усть-Яйвинский рудник (строящийся)	1290,6	11,0	33
Половодовский горно-обогатительный комбинат (строящийся)	1575,7	12,5	57
Всего запасов	7445,4
<*> В настоящее время поставляет руду для производства хлористого калия на обогатительной фабрике Четвертого Березниковского производственного калийного рудоуправления - БКПРУ-4 (галургический способ) и обогатительной фабрике Третьего Березниковского производственного калийного рудоуправления (БКПРУ-3), перерабатывающей руду с использованием флотационного способа.

В настоящее время ведется реализация инвестиционных проектов расширения производства хлористого калия на Третьем Соликамском рудоуправлении и строительства новой флотационной калийной фабрики на Половодовском калийном комбинате ПАО "Уралкалий".

Осуществляется строительство нового Усть-Яйвинского калийного рудника для обеспечения расширения объема производства хлористого калия на Третьем и Четвертом Березниковских рудоуправлениях ПАО "Уралкалий".

Компания "Еврохим" в 2018 году осуществила запуск производства хлористого калия на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей и продолжает строительство новых производственных мощностей на Гремяченском месторождениях калийных солей.

В настоящее время минеральные удобрения на Дальнем Востоке не производятся, а ввоз их из центральной России достаточно дорог и представляет собой серьезную транспортную проблему. В связи с этим для развития производства хлористого калия в России, интенсификации сельского хозяйства в Сибири и Дальнем Востоке перспективным является освоение Непского калийного месторождения, расположенного в Катангском районе Иркутской области. Сильвинитовая руда характеризуется достаточно высокой вкрапленностью сильвина (1,5-2 мм), содержит от 23 % до 48 % хлористого калия и незначительное количество силикатно-карбонатных примесей, что обеспечивает высокую степень обогатимость руды. Запасы сильвинитов составляют около 14 млрд тонн при среднем содержании KCl 33 %.

Значительные запасы калийных солей, близкое расположение к сельскохозяйственным районам Сибири и Дальнего Востока, а также к Китаю, импортирующего значительные количества производимого в России хлористого калия, позволяют положительно оценить перспективу промышленного освоения Непского месторождения (при условии создания необходимой инфраструктуры в этом районе) и дальнейшее развитие калийной промышленности в Российской Федерации в 21 веке.

9.1 Описание технологических процессов, используемых в настоящее время при производстве хлористого калия

Основной тип перерабатываемых калийных руд - сильвиниты, содержащие основные породообразующие водорастворимые минералы сильвин (KCl) и галит (NaCl), а также примеси нерастворимого в воде остатка, минеральных соединений: солей кальция, магния и др. Применяемые для переработки калийных руд руды технологии, как в мировой практике, так и в России сильно отличаются от переработки всех других промышленных полезных ископаемых вследствие специфики их минералогического и химического состава. Калийные руды являются водорастворимыми полезными ископаемыми и процесс их переработки ведется в насыщенных растворах хлоридов калия и натрия (с небольшими примесями хлорида магния) в строго замкнутом режиме по жидкой фазе.

Существуют два способа производства хлорида калия из сильвинитовых руд: флотационный и галургический. Оба эти способа используются на калийных предприятиях в России. Технология производства флотационного и галургического хлористого калия из калийных руд включает следующие процессы:

- добыча сильвинитовой руды;

- сухое дробление сильвинитовой руды;

- обогащение сильвинита молотого флотационным или галургическим способом;

- сушка мелкозернистого концентрата;

- гранулирование хлористого калия;

- обработка гранулированного/мелкозернистого хлористого калия модифицирующими реагентами.

- складирование и отгрузка готового продукта.

Общая схема технологического процесса производства хлористого калия флотационным и галургическим способом приведена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 - Общая схема технологического процесса производства хлористого калия флотационным и галургическим способом

В руде Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей содержится от 25 % до 32 % хлористого калия, следовательно, при производстве удобрений около 70-75 % руды переходит в галито-шламовые отходы производства (галитовые отходы и глинисто-солевые шламы). Количество образующихся отходов при близкой эффективности применяемых технологий переработки руды будет определяться минеральным составом исходной руды. В связи с этим оценка эффективности применяемой технологии производства хлористого калия должна проводиться в основном по степени извлечения хлористого калия в готовый продукт от количества KCl в перерабатываемой руде, а не по количеству образующихся отходов производства.

При переработке и обогащении сырья образуются твердые, содержащие в основном хлористый натрий (галит) - галитовые отходы и глинисто-солевые шламы.

Твердые галитовые отходы размещаются на солеотвалах и частично используются для закладки выработанного пространства шахт.

Глинисто-солевые шламы размещаются в поверхностных шламонакопителях и частично используются для закладки выработанного пространства шахт.

Влияние предприятия на окружающую среду заключаются также в том, что при проведении основных стадий технологического процесса производства калийных удобрений (сухое дробление сильвинитовой руды, сушка мелкозернистого концентрата, гранулирование хлористого калия в атмосферный воздух поступают частицы хлорида калия и хлорида натрия, для улавливания которых все источники газо- и пылевыделения оборудуются современными системами очистки отходящих газов.

9.1.1 Производство хлористого калия галургическим способом

Галургический способ производства хлористого калия из калийных руд или метод избирательного растворения хлористого калия и последующей его кристаллизации основан на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии. При нормальной температуре растворимость хлоридов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость хлорида натрия практически не меняется, а растворимость хлорида калия резко возрастает.

Физико-химические химические и технологические основы галургического способа получения хлористого калия широко освещены в технической литературе. Диаграмма растворимости солей в системе KCl - NaCl - MgCl₂ - H₂O позволяет определить составы насыщенного и маточного растворов в зависимости от температуры и степени насыщения и определить условия, необходимые для получения продукта заданного качества.

Производство хлористого калия галургическим способом осуществляется на Первом Соликамском рудоуправлении (СКРУ-1) и на Четвертом Березниковском рудоуправлении (БКПРУ-4) ПАО "Уралкалий".

Информация об отдельных подпроцессах (этапах технологического процесса) приведена в Таблице 9.3

Таблица 9.3 - Описание технологического процесса производства хлористого калия галургическим способом

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Руда сильвинитовая	Сухое дробление сильвинитовой руды	Сильвинит молотый	Грохот РВГ-190, ГИТ-71Н, дробилка СМ-170В	Выбросы в атмосферу натрий хлорид, калия хлорид
Сильвинит молотый	Обогащение сильвинита молотого галургическим способом	Влажный концентрат	Конвейеры, узлы пересыпки, горизонтальные шнековые растворители, сгустители типа "Брандес", сгустители типа "Дорр", установки вакуум-кристаллизации, гидроциклоны, центрифуги, вакуум-фильтры, паровые котлы, водогрейные котлы, котлы-утилизаторы, газотурбинные электростанции (ГТЭС)	Выбросы в атмосферу: натрий хлорид, калия хлорид, CO, NOx, SO2. Галитовые отходы, глинисто-солевые шламы, сточные воды
Тепловая энергия
Природный или попутный газ
Электроэнергия
Оборотные рассолы
Влажный концентрат	Сушка мелкозернистого концентрата	Готовый продукт после сушки	Печи кипящего слоя (КС)	Выбросы в атмосферу: натрий хлорид, калия хлорид, CO, NOx, SO2
Природный или попутный газ
Готовый продукт после сушки	Складирование и отгрузка готового продукта	Готовый продукт. Калий хлористый различных марок	Конвейеры, узлы пересыпки	Выбросы в атмосферу: натрий хлорид, калия хлорид

Основное технологическое оборудование, используемое при производстве хлористого калия галургическим способом, приведено в таблице 9.4.

Таблица 9.4 - Основное технологическое оборудование, используемое при производстве хлористого калия галургическим способом

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Дробилка СМ-170В	Сухое дробление руды	Производительность 400 тонн/час
Грохот РВГ-190, ГИТ 71Н	Классификация после сухого дробления руды	Производительность 400/3000 тонн/час соответственно
Конвейеры ленточные, узлы пересыпки	Транспортировка руды, галитовых отходов, готового продукта	Производительность до 1600 тонн/час. Нестандартное оборудование, металл сборный
Растворитель шнековый	Растворение сильвинитовой руды	Металл сборный, химическая защита, теплоизоляция, производительность до 750 тонн/час
Сгуститель типа "Брандес"	Сгущение солевого шлама	Металл сборный, химическая защита, теплоизоляция. D = 5-9 метров
Отстойник типа "Дорр"	Осветления насыщенного раствора	Металл сборный, химическая защита, теплоизоляция. D = 9-24,8 метров
Вакуум-кристаллизатор	Кристаллизация хлористого калия	Комплектная установка, объем аппарата до 917 м3
Гидроциклон	Сгущение суспензии хлористого калия	Материал изготовления - углеродистая сталь с хим. защитой (футеровка)
Фильтрующая центрифуга	Обезвоживание суспензии хлористого калия	Производительность до 75 тонн/час.
Ленточный вакуум-фильтр	Обезвоживание суспензии хлористого калия Обезвоживание галитовых отходов	Комплектная установка, Sфильт = до 10 м2
Градирня	Охлаждение оборотной промводы	Комплектная установка
Печь кипящего слоя КС	Сушка мелкозернистого концентрата	Производительность до 250 тонн/час. Топливо - природный или попутный газ
Паровые котлы ГМ-50, ZFR-X-1E, ПТВМ	Выработка тепловой энергии	Производительность до 45 тонн/час пара. Топливо - природный или попутный газ
Водогрейные котлы КВ-ГМ	Выработка тепловой энергии	Теплопроизводительность котла до 33 Гкал/час. Топливо - природный или попутный газ
Котел-утилизатор КГТ, Пр-17,8	Выработка тепловой энергии	Производительность до 24 тонн/час пара
Газотурбинный энергоблок SGT-400, Урал-6000	Выработка электрической энергии	Выработка до 12,9 МВт электроэнергии

9.1.1.1 Сухое дробление сильвинитовой руды.

Основная цель дробления сильвинитовой руды заключается в том, чтобы обеспечить заданные требования по крупности, необходимой для последующих стадий обогащения. При галургическом способе обогащения на фабриках Четвертого Березниковского и Первого Соликамского рудоуправления дробление руды осуществляют до крупности 5-6 мм для обеспечения необходимой эффективности выщелачивания хлористого калия из сростков сильвина с галитом.

Повышенное количество в дробленой руде фракций крупности менее 1 мм также не оправдано, поскольку приводит к увеличению содержания мелкодисперсного солевого шлама при растворении руды и дополнительным потерям хлористого калия с отходами производства.

Сухое дробление сильвинитовой руды для галургического способа обогащения включает одностадийную классификацию по регламентируемой верхней границе крупности и одностадийное сухое дробление в открытом цикле надрешетного продукта предварительной классификации. На Четвертом Березниковском рудоуправлении руда поступает из подземного рудника и подается конвейерным транспортом из надшахтных бункеров в приемные бункеры производственного участка размола (ПУР), из которых транспортируется на операцию классификации с использованием инерционных грохотов типа ГИТ-71Н, имеющих просеивающую поверхность, состоящую из решеток с шириной щели от 5 до 6 мм. Подрешетный продукт (сильвинит молотый) является исходным сырьем для обогащения галургическим способом и поступает на склад руды или непосредственно на сильвинитовую обогатительную фабрику.

Надрешетный продукт классификации дробится в молотковых дробилках типа СМ-170В и направляется на флотационное обогащение на Третьем Березниковском рудоуправлении.

Отходов на стадии сухого дробления сильвинитовой руды не образуется. Источником выделения загрязняющих веществ в атмосферный воздух являются перегрузочные узлы и оборудование (грохота, дробилки).

Выбросы содержат в своем составе хлорид калия и хлорид натрия. Для защиты атмосферы от загрязнения перегрузки оборудованы защитным противопылевым укрытием и системой аспирации. Корпуса грохотов и дробилок герметично закрыты.

9.1.1.2 Обогащение сильвинита молотого галургическим способом. Этап горячего выщелачивания хлористого калия.

Растворение сильвинитовой руды (выщелачивание из руды хлористого калия) осуществляется в две стадии в горизонтальных шнековых растворителях с использованием горячего ненасыщенного по хлористому калию растворяющего (оборотного) щелока.

Задачей стадии растворения является получение горячего насыщенного по KCl раствора при максимальном выщелачивании KCl из руды. Эффективность выщелачивания KCl из руды зависит от соотношения руда/щелок, температурного режима стадии растворения и крупности помола руды.

Одновременно с рудой в первый растворитель самотеком поступает слив второго растворителя - средний щелок с температурой 98-103 °C и часть (25-30 %) горячего растворяющего щелока. Полученный в первом растворителе горячий неосветленный насыщенный щелок самотеком распределяется по сгустителям типа "Брандес", в которых происходит сгущение солевого шлама.

Нагревание растворяющего щелока осуществляется паром, поступающим из котлотурбинного цеха.

Температура насыщенного щелока в сливе первого растворителя составляет 93-95 °C для СКРУ-1 и 96-98 °C для БКПРУ-4.

Обеспечение заданного температурного режима стадии растворения достигается за счет поддержания температуры горячего растворяющего щелока, поступающего в растворители, на уровне 114-118 °C и распределения его между первым и вторым растворителями с коррекцией по температуре в растворителях.

Нерастворившаяся в первом растворителе руда обезвоживающим наклонным элеватором транспортируется во второй шнековый растворитель. Сюда же самотеком поступает основная часть ( 2/3) горячего растворяющего щелока. На выходе из второго растворителя выщелачивание KCl из руды в основном завершается.

9.1.1.3 Обогащение сильвинита молотого галургическим способом. Этап сгущения солевого шлама и осветления горячего насыщенного раствора.

Слив первого растворителя (неосветленный насыщенный щелок), содержащий увлеченные потоком взвешенные частицы - солевой и глинистый шлам, самотеком распределяется на сгустители типа "Брандес", в которых осуществляется сгущение солевого шлама.

На галургических калийных фабриках солеунос твердой фазы (шлама) со сливом первого растворителя составляет от 20 % до 30 % от расхода руды. Источники солевого шлама следующие:

- мелкие фракции руды (размером менее 0,4-0,5 мм);

- высаливание хлористого натрия при выщелачивании KCl из руды;

- циркуляционный поток наиболее мелких фракций солевого шлама, поступающих во второй растворитель со стадии сгущения солевого шлама.

Разгрузка сгустителей производится непрерывно и регулируется в зависимости от плотности сгущенной суспензии, которая должна составлять (1450-1600) кг/м³. Сгущенная суспензия солевого шлама (на линии В СОФ БКПРУ-4) поступает в зумпф, куда самотеком поступает горячий растворяющий щелок после теплообменников, что позволяет растворить наиболее мелкие классы руды, поступающие в слив первого растворителя и далее в разгрузку сгустителей Брандеса, и, соответственно, снизить циркуляционный поток солевого шлама.

Из зумпфа циркуляционный поток солевого шлама насосами возвращается во второй растворитель.

На СОФ СКРУ-1 и на линии А СОФ БКПРУ-4 реализована схема вывода солевого шлама. Сгущенная суспензия солевого шлама поступает в сборник, из которого насосами подается для гидроклассификации и дополнительного сгущения на гидроциклоны. Разгрузка гидроциклонов поступает на фильтрацию совместно с галитовыми отходами. Слив гидроциклонов возвращается во второй шнековый растворитель (в зону подачи нерастворившейся части руды из первого растворителя).

Слив сгустителей типа "Брандес" через общий коллектор поступает на стадию осветления насыщенного раствора, которое осуществляется в сгустителях типа "Дорр". Для интенсификации процесса осветления насыщенного раствора от глинистого шлама в сгустители типа "Дорр" подают раствор флокулянта (полиакриламид).

Осветленный насыщенный раствор переливается в кольцевой желоб, стекает в общий коллектор и далее самотеком поступает в приемный бак установки вакуум-кристаллизации.

Плотность слива отстойников типа "Дорр" должна составлять от 1244 до 1247 кг/м³. Температура осветленного насыщенного раствора должна составлять не менее 91 °C для СКРУ-1 и (95-97) °C для БКПРУ-4.

Сгущенная суспензия глинисто-солевого шлама разгружается из сгустителей с помощью насосов и частично подается в шламохранилище, частично откачивается в рудник для закладки выработанного пространства шахт.

9.1.1.4 Обогащение сильвинита молотого галургическим способом. Этап вакуум-кристаллизации хлористого калия.

С целью кристаллизации хлористого калия из осветленного насыщенного раствора его подвергают охлаждению от 91-98 °C до 25-35 °C под вакуумом на установках вакуум-кристаллизации, где происходит ступенчатое выпаривание воды из насыщенного раствора с одновременным его охлаждением. Вакуум создается за счет конденсации растворного пара в поверхностных и барометрических конденсаторах и отсоса несконденсировавшегося пара и воздуха системой паровых эжекторов и водокольцевых вакуум-насосов. Кристаллизация хлорида калия осуществляется как за счет снижения температуры раствора, так и за счет уменьшения количества воды в растворе в связи с ее испарением. Температура, до которой возможно охлаждение насыщенного раствора на вакуум-кристаллизационной установке, определяется температурой охлаждающей воды, подаваемой на конденсацию растворного пара, и объективно зависит от времени года.

Задачей стадии вакуум-кристаллизации является получение продукта требуемого качества и гранулометрического состава. Качество галургического хлористого калия в значительной степени определяется водным балансом стадии вакуум-кристаллизации. Необходимое количество воды на стадию вакуум-кристаллизации зависит от расхода осветленного насыщенного раствора и его состава и определяется на основании данных по растворимости солей в системе KCl-NaCl-H₂O в присутствии MgCl₂ (CaCl₂) по линии совместного насыщения хлоридами калия и натрия. Если на растворимость хлорида калия наибольшее влияние оказывает температура, то на растворимость хлорида натрия - содержание воды в системе. Для того, чтобы предотвратить загрязнение получаемого хлорида калия хлоридом натрия, на стадию вакуум-кристаллизации вводят воду, снижая таким образом степень насыщения жидкой фазы по NaCl. Общее количество воды, которое необходимо подавать на стадию вакуум-кристаллизации, зависит от допустимого содержания NaCl в твердой фазе кристаллизата и определяется требованиями к качеству готового продукта.

Гранулометрический состав получаемого хлористого калия зависит от гидродинамического режима процесса, который принципиально различается для установок регулируемой (РВКУ) и нерегулируемой (ВКУ) вакуум-кристаллизации.

Кристаллизация хлорида калия на РВКУ, состоящих из 7 ступеней, осуществляется на БКПРУ-4. Установки регулируемой вакуум-кристаллизации обеспечивают получение крупнокристаллического обеспыленного продукта путем регулирования числа центров кристаллизации за счет кристаллизации хлористого калия на поверхности уже существующих кристаллов и ограничения образования новых кристаллов путем их растворения или удаления из зоны кристаллизации. В каждом аппарате производится многократная перекачка (внутренняя циркуляция) проходящего через вакуум-кристаллизатор раствора, которая осуществляется с помощью осевых пропеллерных мешалок, установленных под циркуляционными трубами. Для получения крупнокристаллического продукта необходимо минимальное пересыщение в зоне кипения раствора на выходе из циркуляционной трубы, что реализуется за счет большого внутреннего циркуляционного потока. Интенсивность (кратность) циркуляции во внутреннем циркуляционном потоке в вакуум-кристаллизаторах задается производительностью циркуляционных насосов.

Требуемая крупность кристаллов достигается управлением потоками твердых и жидких фаз, влияющими на время пребывания растущих кристаллов в аппаратах (время их роста). Время пребывания твердой фазы в вакуум-кристаллизаторах обеспечивается путем поддержания заданного значения плотности суспензии в разгрузке каждого вакуум-кристаллизатора. Плотность суспензии кристаллизата в каждом вакуум-кристаллизаторе контролируется и нормируется. Получение обеспыленного продукта достигается как путем удаления мелких кристаллов из зоны кристаллизации со сливом маточного раствора, так и путем растворения мелких вновь образующихся кристаллов, что обеспечивается подачей воды во внешние циркуляционные контуры вакуум-кристаллизаторов. На РВКУ БКПРУ-4 получают обеспыленный по классу 0,2 мм хлористый калий. Средний диаметр кристаллов составляет 0,6-0,7 мм. Возможность получения обеспыленного хлористого калия с достаточно однородным и регулируемым гранулометрическим составом является безусловным достоинством установок регулируемой вакуум-кристаллизации.

Установки нерегулируемой вакуум-кристаллизации проще в эксплуатации и управлении процессом, более компактны, их работа требует значительно меньшего расхода электроэнергии; основным недостатком является получение мелкокристаллического продукта полидисперсного состава. Кристаллизацию хлорида калия на нерегулируемой вакуум-кристаллизационной установке отечественного производства, состоящей из 14 ступеней, осуществляют на СКРУ-1 ПАО "Уралкалий".

На установках нерегулируемой вакуум-кристаллизации осветленный насыщенный раствор поступает в приемный бак ВКУ, куда также подают воду, необходимую для предотвращения кристаллизации хлорида натрия в твердую фазу. Исходный раствор из приемного бака засасывается за счет разности давления в первую ступень ВКУ и далее перетекает из предыдущей ступени в последующую вместе с кристаллизующимся продуктом по переточным трубам. Переток суспензии происходит как за счет разности разрежения между ступенями, так и за счет разности уровней расположения вакуум-кристаллизаторов. Из последней ступени суспензия кристаллизата разгружается в бак-гидрозатвор и далее поступает на стадию разделения суспензии кристаллизата.

Прохождение твердой и жидкой фаз по ступеням ВКУ происходит с одинаковой скоростью самотеком, общее время пребывания суспензии в вакуум-кристаллизаторах составляет от 20 до 40 мин. Кристаллизат ВКУ имеет полидисперсный состав: кристаллы размером от 0,063 до 1 мм; до 70 % кристаллов имеют размеры от 0,2 до 0,4 мм. Средний диаметр кристаллов составляет 0,23-0,25 мм.

Процесс кристаллизации хлористого калия из насыщенного раствора на РВКУ и ВКУ сопровождается рекуперацией тепла горячего насыщенного раствора. Вакуум-кристаллизаторы первой части установок работают с рекуперацией тепла растворного пара. Растворный пар первой части ВКУ, конденсируясь в поверхностных конденсаторах, нагревает оборотный (маточный) раствор после последней ступени вакуум-кристаллизации. Маточный раствор, насыщенный по KCl и NaCl, последовательно проходит через поверхностные конденсаторы и нагревается до температуры 65-75 °C. Дальнейший нагрев оборотного раствора до максимальной температуры 114-118 °C производится в теплообменниках паром, после чего он подается на стадию растворения руды в качестве горячего растворяющего щелока.

Конденсат растворного пара первой части вакуум-кристаллизационной установки используется в технологическом процессе непосредственно на РВКУ. Конденсация растворного пара второй части установки осуществляется охлаждающей водой в барометрических конденсаторах, и вторая часть РВКУ работает с тепловыми потерями.

Смесь конденсата и охлаждающей воды из барометрических конденсаторов поступает через барометрический сборник в отделение оборотной воды для охлаждения.

Смесь остаточного пара и воздуха из сводного барометрического конденсатора с помощью водокольцевых вакуум-насосов выбрасывается в атмосферу.

9.1.1.5 Обогащение сильвинита молотого галургическим способом. Этап обезвоживание.

Для выделения кристаллизата хлористого калия из суспензии, полученной на установках вакуум-кристаллизации, используют операции сгущения и обезвоживания. Продукционная суспензия со стадии вакуум-кристаллизации подается для сгущения на гидроциклоны, слив гидроциклонов, содержащий мелкодисперсные частицы, возвращается в корпуса РВКУ, а сгущенная суспензия хлористого калия подается для обезвоживания в центрифуги. Влажность крупнокристаллического кристаллизата, поступающего после центрифуг на сушку, составляет не более 4,0 %.

На нерегулируемых ВКУ СКРУ-1 сгущение суспензии осуществляется в две стадии: первоначально на сгустителях типа "Брандес", затем в сгустителях типа "Дорр", куда направляется слив сгустителей типа "Брандес". Объединенная сгущенная суспензия мелкокристаллического KCl подается для обезвоживания в центрифуги и на ленточные вакуум-фильтры. Влажность мелкокристаллического кристаллизата, поступающего на сушку, составляет 5-7 %.

Обезвоживание галитового отвала после выщелачивания хлористого калия из руды осуществляется по следующей схеме. Галитовый отвал из второго растворителя обезвоживающим наклонным элеватором подается в шнековую мешалку. В шнековой мешалке осуществляется рекуперация тепла отвала, для чего подается холодный маточный раствор после ВКУ, подача которого регулируется в зависимости от температуры слива шнековой мешалки, поступающего во второй растворитель, которая должна составлять 65-75 °C.

С целью снижения интенсивности шламообразования при растворении руды оба растворителя и шнековая мешалка работают по принципу прямотока. Для промывки ковшей обезвоживающих элеваторов используется засоленный конденсат, вода из системы оборотного водоснабжения или сильвинитовый рассол.

Галитовый отвал из шнековой мешалки выгружается обезвоживающим наклонным элеватором и поступает на фильтрацию на ленточные вакуум-фильтры.

С целью снижения потерь основного вещества KCl с жидкой фазой отвала осуществляется его промывка на вакуум-фильтрах конденсатом или оборотной водой. Фильтрат и промывные воды через ресиверы возвращаются в шнековую мешалку. Паровоздушная смесь из ресиверов поступает в барометрические конденсаторы, которые орошаются оборотной водой. Не сконденсировавшиеся пары воды и воздух вакуум-насосами выбрасываются в атмосферу. Вода, орошающая конденсаторы, поступает в систему оборотного водоснабжения.

Галитовые отходы с ленточных вакуум-фильтров с влажностью не более 7,0 % системой конвейеров частично удаляется с фабрики на солеотвал, частично подаются в рудник для закладки выработанного пространства шахт.

9.1.1.6 Обогащение сильвинита молотого галургическим способом. Генерация тепловой и электрической энергии.

С целью обеспечения технологического процесса производства хлористого калия галургическим способом тепловой и электрической энергией используются стационарные котельные и парогазовые установки (ПГУ) ГТЭС, установленная мощность которых составляет до 520 Гкал/ч (в горячей воде 230,0 Гкал/ч, в паре - 290,0 Гкал/ч, 51,6 МВт/ч электроэнергии).

Парогазовая установка (ПГУ) газотурбинной электростанции (ГТЭС) БКПРУ-4 ПАО "Уралкалий", предназначена для получения пара на производство с давлением 13 кгс/см², температурой - 196 °С в количестве 24 т/ч и выработки 12,9 МВт электроэнергии. Блок (4 шт.) состоит из двухвальной газотурбинной установки типа SGT - 400, котла-утилизатора типа КГТ - 24/1,3-250 и вспомогательного оборудования, включенного в схему блока.

Газотурбинная электростанция (далее ГТУ-ТЭЦ) мощностью 12 МВт предназначена для производства и обеспечения электроэнергией и тепловой энергией в виде пара потребителей СКРУ-1 ПАО "Уралкалий".

Выработка электрической энергии на ГТУ КТЦ производится двумя блочно-контейнерными газотурбинными электростанциями "Урал-6000" (далее ГТЭС) мощностью по 6 МВт.

Утилизация тепла горячих дымовых газов ГТЭС производится двумя котлами-утилизаторами. Котлы-утилизаторы предназначены для производства пара на технологические нужды СКРУ-1 ПАО "Уралкалий".

Сырьем для паровых котлов является конденсат, возвращаемый с производства и питательная вода, удовлетворяющая следующим требованиям:

а) жесткость общая не более 15 мкг/дм³;

б) содержание кислорода не более 30 мкг/дм³;

в) содержание свободной углекислоты отсутствие;

г) рН = 8,5-9,5;

д) содержание железа не более 300 мкг/дм³;

Основным топливом для котлов является: природный или попутный нефтяной газ.

Удельное потребление электроэнергии, пара и природного или попутного газа при производстве хлористого калия галургическим способом, приведено в таблице 9.8 и таблице 9.9.

9.1.1.7 Сушка мелкозернистого концентрата.

Влажный хлористый калий после обезвоживания на центрифугах или ленточных вакуум-фильтрах подается на сушку для удаления влаги. Сушка концентрата осуществляется в аппаратах КС горячими дымовыми газами, образующимися при сгорании топлива в топочной камере. В качестве топлива используется природный или попутный газ. На СКРУ-1 имеются две технологические линии сушки. Отходящие газы отсасываются из верхней части печи КС дымососом и поступают на двухстадийную пылегазоочистку. Очистка от пыли осуществляется в циклоне. Пылевые фракции продукта из циклонов смешиваются с основной частью хлористого калия, либо подаются на склад отдельно. Далее дымовые газы поступают на стадию "мокрой" очистки в трубу "Вентури" где орошаются холодной водой (конденсатом), затем подаются в каплеуловитель. Выброс очищенного воздуха в атмосферу осуществляется через трубу высотой 40 м. Сточные воды газоочистки стекают по гидрожелобу в сборник, откуда вместе с глинисто-солевым шламом сбрасываются на шламохранилище.

Сушильное отделение БКПРУ-4 состоит из трех технологических линий сушки и охлаждения хлористого калия. Сушка мелкозернистого концентрата в аппаратах КС осуществляется горячими дымовыми газами, образующимися при сгорании топлива в топочной камере. В качестве топлива используется природный или попутный газ.

Сухой обеспыленный хлористый калий из печей КС направляется в ковшовый элеватор, откуда подается в просеивающие машины (грохоты) для классификации. Все грохоты оснащены сеткой с размером ячеек 5 x 5 мм для отсеивания спеков, образовавшихся во время сушки в печах КС. Надрешетный продукт (спеки) направляется в накопительный бункер, из которого направляются для последующего использования в технологическом процессе.

С грохота подрешетный продукт подается на охлаждение в пластинчатые охладители колонного типа, где охлаждается водой до температуры не более 60 °C. В печах КС происходит обеспыливание высушиваемого хлористого калия по классу +/- 0,2 мм. Запыленный воздух, содержащий наиболее мелкие фракции хлористого калия, удаляется из верхней части из печей КС и поступает на стадию пылегазоочистки.

Печи КС, элеваторы, просеивающее оборудование, охладители и барабаны смешения подключены к системам обеспыливания. Потоки запыленного воздуха удаляются из печей КС с помощью мельничных вентиляторов (дымососов). Первоначально обеспыливание запыленного воздуха из печей КС производится в двойных циклонах, в которых происходит отделение наиболее крупных фракций циклонной пыли. Через подключенные к циклонам шлюзовые затворы циклонная пыль поступает в гидрожелоба, откуда смывается оборотной водой или конденсатом из отделения РВК. Для растворения циклонной пыли используются также сточные воды из скрубберов мокрой очистки. Суспензии циклонной пыли с гидрожелобов поступает в емкость, из которой используется при кристаллизации хлористого калия на РВКУ.

После сухой очистки в циклонах потоки воздуха, содержащие наиболее мелкие фракции хлористого калия, а также продукты сгорания топлива, поступают на "мокрую очистку" в трубу (скруббер) "Вентури" для охлаждения, куда подается циркулирующий раствор, что обеспечивает охлаждение поступающего воздуха. Для орошения скруббера подается вода из системы оборотного водоснабжения. Очищенный воздух через брызгоуловитель поступает в коллектор и отводится в дымовую трубу.

Для нейтрализации продуктов сгорания топлива, содержащихся в очищаемом воздухе, стадию "мокрой очистки" подается раствор соды с массовой долей Na₂CO₃ (1,35 +/- 0,05)%.

Удаление загрязненного воздуха с элеваторов, просеивающего оборудования, охладителей колонного типа и системы конвейеров осуществляется вентилятором с последующей "мокрой" очисткой в скруббере. Выброс очищенного воздуха в атмосферу осуществляется через трубу высотой 120 м.

Готовый продукт после сушки обрабатывается реагентами для предотвращения пылимости и слеживаемости.

Для предотвращения слеживаемости при дальнейшем хранении и транспортировании хлористый калий обрабатывают реагентами-антислеживателями и кондиционерами.

В соответствии с требованиями мирового рынка при поставке хлористого калия в качестве моноудобрения он должен иметь красный цвет. В связи с этим по требованию потребителя предусмотрено окрашивание хлористого калия пигментом красным железноокисным.

9.1.2 Флотационный способ получения хлористого калия

Флотационный способ разделения минеральных составляющих полезных ископаемых основан на различной способности минералов удерживаться на межфазной границе газ-жидкость. Уменьшение смачиваемости водой поверхности флотируемого минерала в результате селективно сорбции на ней реагента-собирателя создает условия для закрепления минеральной частицы на поверхности пузырька воздуха и извлечения комплекса пузырек воздуха - минеральная частица в пенный слой флотационной машины.

Сочетание действия различных флотационных реагентов (депрессоров, собирателей, вспенивателей) обеспечивает регулирование коллоидно-химического состояния флотационных реагентов в жидкой фазе, агрегатное состояние минеральных частиц в суспензии, сорбцию реагентов на поверхности минеральных частиц, селективное и эффективное закрепление минеральных частиц на пузырьках воздуха, регулирование пенообразования и структуры трехфазного пенного слоя во флотационных камерах.

Флотационное обогащение калийных руд осуществляется с применением алифатических аминов с длиной углеводородного радикала C₁₆ - C₂₂ в качестве реагента-собирателя для флотации сильвина. Разработанные реагентные режимы обеспечивают эффективную флотацию сильвина крупностью до 3-4 мм из калийных руд с различным содержанием водонерастворимых примесей и хлористого магния при сезонных колебаниях температуры оборотного солевого раствора на флотационных калийных фабриках от 18 до 37 градусов.

Флотация осуществляется в механических и пневмомеханических флотационных машинах, колонных флотомашинах с принудительным или эжекционным способом подачи воздуха во флотационную камеру. Конструкция флотокамер обеспечивает необходимую аэрацию суспензии, высокую вероятность соприкосновения пузырьков воздуха и минеральных частиц, необходимые гидродинамические условия для селективной и эффективной флотируемости минеральных частиц различной крупности [8-12].

Информация об отдельных подпроцессах (этапах технологического процесса) приведена в таблице 9.5.

Таблица 9.5 - Описание технологического процесса производства хлористого калия флотационным способом

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Руда сильвинитовая	Сухое дробление сильвинитовой руды	Сильвинит молотый	Грохот ГИСТ-52СМ, ГИТ52ТК, ГИТ51М, РВГ-160,190 дробилка СМ-170В	Выбросы в атмосферу натрий хлорид, калия хлорид
Сильвинит молотый	Обогащение сильвинита молотого флотационным способом	Влажный концентрат	Конвейеры, дозаторы, дуговые сита, стержневые мельницы, флотомашины, МПСГ, гидроциклоны, сгустители, центрифуги, вакуум-фильтры, паровые котлы, водогрейные котлы	Выбросы в атмосферу: натрий хлорид, калия хлорид, CO, NOx, SO2. Галитовые отходы, глинисто-солевые шламы, сточные воды
Тепловая энергия
Природный или попутный газ
Оборотные рассолы
Влажный концентрат	Сушка мелко-зернистого концентрата, гранулирование хлористого калия	Готовый продукт после сушки	Печи кипящего слоя (КС), просеивающие машины, пресса, дробилки, конвейеры, элеваторы, печи подогрева, сушильно-охладительные установки (ВСОУ), трубы-сушилки (ТС), сушильные барабаны (СБ), питатели (дозаторы)	Выбросы в атмосферу: натрий хлорид, калия хлорид, CO, NOx, SO2.
Природный (попутный газ) или мазут
Готовый продукт после сушки	Складирование и отгрузка готового продукта	Готовый продукт. Хлористый калий различных марок	Конвейеры, узлы пересыпки	Выбросы в атмосферу: натрий хлорид, кал

Основное технологическое оборудование, используемое при производстве хлористого калия флотационным способом, приведено в таблице 9.6.

Таблица 9.6 - Основное технологическое оборудование, используемое при производстве хлористого калия флотационным способом

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики технологического оборудования
Грохот ГИСТ 52СМ, ГИТ-510М, РВГ-160, 190, ГИТ52ТК	Сухое дробление руды	Производительность до 1000 тонн/час
Дробилка СМ-170В	Сухое дробление руды	Производительность до 400 тонн/час
Конвейеры ленточные, узлы пересыпки	Транспортировка руды, галитовых отходов, готового продукта	Производительность до 1600 тонн/час. Нестандартное оборудование, металл сборный
Машина флотационная	Флотация сильвина	Объем камеры 6,3-16 м3
Гидроциклон	Сгущение суспензии хлористого калия	Материал изготовления - углеродистая сталь с хим. защитой (футеровка)
Сгуститель	Сгущение продуктов обогащения	Сгуститель П-25(30) с периферическим приводом или сгуститель с центральным приводом
Фильтрующая центрифуга	Обезвоживание суспензии хлористого калия	Производительность до 75 тонн/час.
Ленточный вакуум-фильтр	Обезвоживание суспензии хлористого калия Обезвоживание галитовых отходов	Комплектная установка, Sфильт = до 18,5 м2
Паровые котлы ДКВР, ДЕ, ГМ	Выработка тепловой энергии	Производительность до 52 тонн/час пара. Топливо - природный или попутный газ
Водогрейные котлы ПТВМ, КВ	Выработка тепловой энергии	Теплопроизводительность котла до 30 Гкал/час. Топливо - природный или попутный газ
Печь кипящего слоя (КС)	Сушка мелкозернистого концентрата	Производительность до 200 тонн/час. Топливо - природный или попутный газ
Труба-сушилка (ТС)	Сушка мелкозернистого концентрата	Производительность 120 тонн/час. Топливо - мазут
Сушильный барабан (СБ)	Сушка мелкозернистого концентрата	Производительность до 160 т/ч. Топливо - природный или попутный газ.
Дозатор ленточный весовой	Сушка мелкозернистого концентрата	Производительность до 160 т/ч
Элеватор ковшовый	Транспортировка хлористого калия	Комплектное оборудование, производительность до 250 тонн/час
Печь подогрева	Подогрев мелкозернистого хлористого калия	Комплектное оборудование, производительность до 120 тонн/час. Топливо - природный или попутный газ
Валковый пресс	Гранулирование хлористого калия	Комплектное оборудование, производительность до 110 тонн/час
Просеивающая машина	Классификация гранулированного хлористого калия	Производительность до 180 тонн/час
Сушильно-охладительная установка (ВСОУ)	Сушка и охлаждение гранулята	Комплектное оборудование, производительность до 150 тонн/час

9.1.2.1 Измельчение руды

Селективное флотационное разделение минеральных частиц возможно при дроблении руды до крупности, при которой происходит раскрытие сростков разделяемых минералов. Калийные руды Верхнекамского месторождения характеризуются крупностью вкрапленности сильвина до 1,5-2,0 мм в связи с чем на флотационных фабриках дробление руды перед ее флотацией целесообразно осуществлять до крупности 1,5-1,6 мм.

Руда из подземного рудника крупностью до 120-150 мм направляется в отделение дробления, где классифицируется сухим способом по крупности 10 мм. Надрешетный продукт классификации дробится в молотковых дробилках. Разгрузка молотковых дробилок объединяется с подрешетным продуктом классификации руды и подается на склад или в отделение обогащения.

В отделении обогащения осуществляется предварительная мокрая классификация руды по крупности  1,5 мм с доизмельчением надрешетного продукта классификации в стержневых мельницах и контрольной классификацией разгрузки мельницы на дуговых ситах.

Отходов на стадии измельчения руды не образуется. Источником выделения загрязняющих веществ в атмосферный воздух являются перегрузочные узлы и оборудование (грохота, дробилки, мельницы).

Выбросы содержат в своем составе хлорид калия и хлорид натрия. Для защиты атмосферы от загрязнения перегрузки оборудованы защитным противопылевым укрытием и системой аспирации. Корпуса грохотов и дробилок герметично закрыты.

9.1.2.2 Обогащение сильвинита молотого флотационным способом. Этап обесшламливание руды.

Содержащиеся в калийных рудах и легкошламующиеся в процессе измельчения руды примеси силикатных, алюмосиликатных, карбонатных минералов и ангидрита, характеризуются повышенной сорбционной активностью по отношению к катионному реагенту-собирателю для флотации сильвина - первичным алифатическим амина и значительно ухудшают показатели флотации сильвина. В летний период времени (с увеличением температуры флотационной жидкой фазы - насыщенного солевого раствора) и при повышении концентрации хлористого магния в солевом растворе отрицательное влияние шламов на флотируемость сильвина усиливается.

Для устранения отрицательного влияния шламов на флотацию сильвина технологическими схемами флотационного обогащения калийных руд предусмотрено проведение предварительного обесшламливания руды. В зависимости от содержания нерастворимых примесей (нерастворимого остатка - н.о.) в руде аппаратурно-технологические схемы обесшламливания предусматривают:

- при содержании н.о. менее 2,0-2,5 % проведение обесшламливания флотационным способом в механических флотомашинах с объемом камеры до 16 м³ с применением в качестве собирателя оксиэтилированных поверхностно-активных веществ (оксиэтилированного фенола, оксиэтилированного амина) с предварительной флокуляцией шламов полиакриламидным флокулянтом (фабрики Второго и Третьего Соликамских калийных рудоуправлений);

- при содержании н.о. более 2,5 % проведение обесшламливания по комбинированной схеме с первоначальным выделением шламов центробежно-гравитационным способом в гидроциклонах и гидросепараторах, машинах пенной сепарации глубоких (МПСГ) и с контрольным флотационным обесшламливанием продуктов центробежно-гравитационного выделения шламов из руды.

Выделенный шламовый продукт сгущается с добавлением полиакриламидного флокулянта, обесшламленная руда направляется на флотацию сильвина.

9.1.2.3 Обогащение сильвинита молотого флотационным способом. Этап флотация сильвина.

Аппаратурно-технологическая схема флотации сильвина предусматривает:

- обработку питания основной сильвиновой флотации реагентом-депрессором шламов, уменьшающим сорбцию алифатических аминов (собиратель сильвина) на шламах и создающим условия для закрепления в необходимом количестве алкиламина на поверхности частиц сильвина.

- обработку питания основной сильвиновой флотации эмульсией алкиламина, вспенивателя и аполярного реагента;

- проведение основной сильвиновой флотации в механических или пневмомеханических флотомашинах с объемом камеры до 16 м³;

- классификацию пенного продукта основной сильвиновой флотации по крупности  0,6-0,8 мм с направлением надрешетного продукта классификации на выщелачивание хлористого натрия, а подрешетного продукта классификации на первую перечистную флотацию;

- последовательное проведение двух/трехкратной перечистной флотации сильвинового концентрата основной сильвиновой флотации с частичным возвратом камерных продуктов перечистных сильвиновых флотаций в голову процесса.

Содержание хлористого калия в готовом продукте должно составлять не менее 95 %. Для гарантированного выпуска готового продукта требуемого качества на предприятиях содержание хлористого калия в нем поддерживается на уровне 95,5 %. В связи с тем, что при сушке флотационного концентрата в него выпадает хлористый натрий, содержащийся в жидкой фазе, пропитывающей обезвоженный концентрат, содержание хлористого калия в твердой фазе концентрата должно составлять не менее 97,4-97,8 % (в зависимости от содержания влаги в концентрате, обезвоженном в центрифугах или на ленточных фильтрах).

Содержание хлористого калия в твердой фазе концентрата после флотации составляет 95-95,5 % и поэтому пенный продукт третьей перечистной сильвиновой флотации и надрешетный продукт классификации пенного продукта основной сильвиновой флотации направляются на выщелачивание хлористого натрия в механических мешалках. Выщелачивание ведется при нормальной температуре водой или выщелачивающим раствором, насыщенным по хлористому калию. Концентрат после выщелачивания направляется на обезвоживание.

9.1.2.4 Обогащение сильвинита молотого флотационным способом. Этап обезвоживание.

Камерный продукт основной сильвиновой флотации (хвосты флотации) направляется на классификацию в гидроциклонах по крупности  0,20-0,25 мм. Слив гидроциклонов сгущается в сгустителях с периферическим приводом, разгрузка которого объединяется с песками гидроциклонов и направляется на обезвоживание на ленточных вакуум-фильтрах. Осадок фильтров с содержанием влаги  7,5 % транспортируется на солеотвал. Фильтрат возвращается в сгуститель мелкой фракции хвостов флотации.

Флотационный сильвиновый концентрат после выщелачивания направляется на обезвоживание в центрифугах или на ленточных вакуум-фильтрах с целью снижения влажности. Ленточные вакуум-фильтры снабжены камерой для обработки паром осадка концентрата на фильтре. Влажность осадка центрифуг и ленточных фильтров составляет 5-5,5 %. Фильтраты и фугаты возвращаются в технологический процесс.

9.1.2.5 Обогащение сильвинита молотого флотационным способом. Генерация тепловой энергии.

С целью обеспечения технологического процесса производства хлористого калия флотационным способом тепловой энергией используются стационарные паровые и водогрейные котельные, работающие на природном и (или) попутном нефтяном газе установленная мощность которых составляет до 175,0 Гкал/ч (в горячей воде 105,0 Гкал, в паре - 70,0 Гкал).

Паровая котельная вырабатывает пар на технические нужды потребителей, и для горячего водоснабжения в летнее время. Паровые котлы, установленные в котельных цехах ПАО "Уралкалий", предназначены для получения пара на производство с давлением 13 кгс/см², температурой - 196-250 °C.

Водогрейная котельная предназначена для получения, подогрева теплофикационной воды для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей в зимний период.

Котельная осуществляет качественный метод регулирования отпуска тепла по температурному графику 130-70 °C.

Сырьем для паровых котлов является питательная вода, удовлетворяющая следующим требованиям:

а) жесткость общая не более 15 мкг/дм³;

б) содержание кислорода не более 30 мкг/дм³;

в) содержание свободной углекислоты отсутствие;

г) рН = 8,5-9,5;

д) содержание железа не более 300 мкг/дм³.

Обработка воды для паровых котлов типа ДКВР-20-13, ДЕ-25-14, ГМ-50 предусматривается в отделении химводоочистки по схеме:

1) напорная фильтрация на осветлительных фильтрах с загрузкой - кварцевый песок;

2) двухступенчатое прямоточное Na-катионирование.

Удельное потребление пара и природного или попутного газа при производстве хлористого калия флотационным способом, приведено в таблице 9.10 и таблице 9.11.

9.1.2.6 Сушка мелкозернистого концентрата, гранулирование хлористого калия. Этап сушка мелкозернистого концентрата.

Влажный хлористый калий после обезвоживания в центрифугах или на ленточных вакуум-фильтрах подается на сушку для удаления влаги. Сушка флотационного концентрата осуществляется в аппаратах кипящего слоя (КС), трубах-сушилках (ТС) или сушильных барабанах (СБ) горячими дымовыми газами, образующимися при сгорании топлива в топочной камере. В качестве топлива используется природный (попутный газ) или мазут. Сушка концентрата и пылегазоочистка отходящих газов осуществляется аналогично сушке кристаллизата на галургических обогатительных фабриках.

Продукт после сушки обрабатывается реагентами для предотвращения пылимости и слеживаемости.

В соответствии с требованиями мирового рынка при поставке хлористого калия в качестве моноудобрения он должен иметь красный цвет. В связи с этим на всех флотационных калийных фабриках ПАО "Уралкалий" предусмотрено окрашивание хлористого калия пигментом красным железноокисным. Расход красителя зависит от степени природной окраски частиц сильвина во флотационном концентрате.

Промводы мокрой газоочистки используются для приготовления выщелачивающего раствора и выщелачивания хлористого натрия из надрешетного продукта классификации пенного продукта основной сильвиновой флотации и пенного продукта третьей перечистной сильвиновой флотации.

9.1.2.7 Сушка мелкозернистого концентрата, гранулирование хлористого калия. Этап гранулирование хлористого калия.

Гранулирование дисперсных материалов применяется с целью увеличения размера частиц материала в случаях, когда мелкозернистость сыпучего материала является причиной его сегрегации, агломерации, плохой текучести или повышенного пылеобразования.

Мелкокристаллический хлористый калий, полученный при обогащении сильвинитовой руды флотационным способом, направляют на гранулирование, которое осуществляется методом прессования на валковых прессах. Метод основан на уплотнении материала под воздействием внешних сил с формированием плотной структуры вещества, что обусловлено прочными когезионными связями между частицами при их сжатии. Гранулирование осуществляется посредством уплотнения твердых частиц в зазоре между двумя гладкими или профильными валками. Гранулирование в сочетании с последующими процессами дробления и просеивания представляет собой процесс грануляции.

Гранулят хлористого калия имеет улучшенные физические и агрохимические свойства: снижается пыление при перегрузках, уменьшается слеживаемость, возрастает усваиваемость растениями в течение всего вегетационного периода.

Отделение грануляции состоит из нескольких параллельно работающих технологических ниток гранулирования. Несмотря на то, что аппаратурно-технологическое оформление грануляционных отделений на различных рудоуправлениях отличается друг от друга в части организации подачи и возврата материала на прессование, дробления плитки и классификации продукта, принципиально каждая технологическая нитка состоит из валкового пресса, оборудования для дробления и классификации, а также транспортного оборудования (ковшовый элеватор, ленточный и скребковый конвейер).

На прессование поступает горячий хлористый калий непосредственно из сушильных аппаратов или с дополнительным подогревом. Оптимальной температурой хлористого калия для прессования является 115-140 °C.

Сухой концентрат смешивается с ретурным продуктом и после отсева спеков поступает для прессования в шахту валковых прессов. Спрессованный в плитку материал из пресса подается на валковую дробилку для предварительного измельчения. Раздробленный продукт направляется на просеивающую машину, на которой осуществляется классификация материала на надрешетный, подрешетный продукт и гранулят. Подрешетный мелкий продукт (просыпи), возвращается на повторное прессование. Надрешетный продукт просеивающей машины направляется на дополнительное дробление и классификацию, Гранулят (фракции крупностью от 2 до 4 мм подается на установку обработки гранулированного хлористого калия модифицирующими реагентами для повышения прочности и снижения пылимости. Пропускная способность валковых прессов по промежуточному продукту достигает 100-130 т/ч. Выход гранулята зависит от диапазона размера частиц и типа обработки и составляет от 35 до 55 т/ч гранулята размером от 2 до 4 мм.

Для каждой технологической нитки грануляции предусмотрена аспирационная установка для улавливания пыли, образующейся в процессе прессования. Уловленная пыль как часть ретурного потока, возвращается на прессование.

При дроблении спрессованной плитки получаются зерна (гранулы) неправильной формы с острыми кромками и множеством микротрещин, что снижает механическую прочность и товарные качества готового продукта, при этом впоследствии увеличивается содержание мелких фракций, из-за чего резко возрастает пыление, ухудшаются сыпучесть и рассыпчатость. Поэтому для улучшения качественных показателей гранулированного хлористого калия проводится дополнительная обработка гранул модифицирующими реагентами.

Гранулят увлажняется в смесителе (водой или водными растворами реагентов). При перемешивании и перемещении увлажненных гранул происходит истирание кромок и острых краев, исчезновение микротрещин. После обработки гранулят поступает на сушку и охлаждение, после чего обрабатывается реагентами для предотвращения пылимости и слеживаемости.

9.1.2.8 Складирование и отгрузка готового продукта

Хлористый калий хранят в закрытых складских помещениях, исключающих попадание атмосферных осадков и грунтовых вод. Для различного марок продукта используют, как правило, разные склады.

Гранулированный хлористый калий может отгружаться как с предварительным грохочением на просеивающих машинах, так и без данной операции. Целью операции грохочения, является обеспечение требуемого гранулометрического состава отгружаемого на экспорт продукта по массовой доле фракции менее 2 мм.

На складирование готовый продукт подается ленточным конвейером, оборудованным барабанной сбрасывающей тележкой, при помощи которой продукт распределяется по объему склада. Разгрузка склада ведется кратцер-кранами на ленточный конвейер, с которого концентрат перегружается системой ленточных конвейеров в корпус погрузки готовой продукции в вагоны. Перед ленточными конвейерами оборудуются местные отсосы пылевой фракции, предназначенные для снижения пылимости готового продукта. Отсасываемая пыль поступает в циклон, где выделяется из воздушного потока и через скребковый перегружатель подается в бункер для погрузки в отдельные железнодорожные вагоны или удаляется в отдельную емкость с дальнейшим вывозом на склад руды. Воздух из циклона направляется на мокрую очистку. Применяемый для мокрого пылеулавливания рассол подается в отделение обогащения.

Аналогичным образом осуществляется складирование и погрузка мелкого хлористого калия.

9.1.3 Сведения об используемом природоохранном оборудовании

Применение природоохранного оборудования при производстве хлористого калия галургическим и флотационным способом в основном обусловлено необходимостью очистки отработанного воздуха (промышленных выбросов) от частиц хлорида натрия и хлорида калия, образующихся на стадиях сухого дробления сильвинитовой руды, сушки мелкозернистого концентрата, гранулирования хлористого калия и отгрузки готового продукта, с целью снижения эмиссии в атмосферный воздух и снижения потерь целевого продукта с выбросами.

В таблице 9.7 приведено природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства хлористого калия галургическим и флотационным способом

Таблица 9.7 - Природоохранное оборудование, предназначенное для очистки промышленных выбросов производства хлористого калия галургическим и флотационным способом

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Существенные характеристики природоохранного оборудования
Циклон ЦН-15, ZP-1400-4, ЦМ-600У, ФЦ-2,5, ЦН-7	Сухая очистка воздуха от частиц хлорида натрия и хлорида калия	Производительность до 33071 м3/час
Пылеуловители ФРИП-90		Производительность до 9700 м3/час
Циклон со вставкой ЛИОТ, Z-250, ВС-500		Производительность до 20000 м3/час
Фильтровальная установка SFDW		Производительность 33071 м3/час
Рукавный фильтр SFDW, KJSW		Площадь фильтрующей поверхности до 560 м2, производительности до 82000 м3/час
Плоскорукавный фильтр LUHR типа DF		Площадь фильтрующей поверхности 476 м2, производительности до 54900 м3/час
Пылеуловитель КМП	Мокрая очистка воздуха от частиц хлорида натрия и хлорида калия	Производительность 10,22 м3/с.
Труба вентури с каплеуловителем ТК-800		Производительность 5640 м3/час, Dгорл = 700 мм D = 900 мм
Эжекционный скруббер с каплеуловителем		Производительность 6,77 м3/сек
Циклон с пылеуловителем		Производительность 85000 м3/час
Горизонтальный скруббер		Производительность 85000 м3/час
Эжекционный горизонтальный скруббер		Производительность 85000 м3/час
Скруббер вентури с брызгоуловителем MVS		Производительность 114341 м3/час
Пылеуловители ПВМ20СА		Производительность до 20000 м3/час

9.2 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссии в окружающую среду

9.2.1 Потребление сырьевых материалов при производстве хлористого калия галургическим способом

Основным сырьем для производства хлористого калия является природная калийная руда (сильвинит молотый - соль с массовой долей хлорида калия на уровне 15-35 % с примесями солей натрия, магния и не растворимого в воде остатка н.о.). По внешнему виду: дробленая сыпучая масса, содержащая сростки минералов различной крупности красного или красно-бурого цвета с сероватым оттенком.

Таблица 9.8 - Потребление материальных и энергетических ресурсов при производстве хлористого калия галургическим способом

Сырье, вспомогательные материалы и энергоресурсы
Наименование	Единица измерения	Расход на 1 т продукции
		Минимальный	Максимальный
Руда сильвинитовая	тонн/т	3,5068	4,6451
Полиакриламид различных марок	кг/т	0,012	0,019
Пар водяной насыщенный	т/т	0,71	0,84
Вод