Экологические проблемы калийных удобрений

Экологические проблемы Верхнекамского калия

На территории Пермской области функционируют два крупнейших производителя калийных удобрений – ОАО Уралкалий и ОАО Сильвинит , разрабатывающие ресурсы уникального Верхнекамского месторождения солей. В 2002 году на мировом рынке калийных удобрений доля этих двух компаний составила более 30%. Оба предприятия являются градообразующими, но их стабильная работа важна не только для городов Березники и Соликамск, но и для экономики всего Пермского региона.

Вместе с тем, освоение калийно-магниевых руд, как и других видов полезных ископаемых, неизбежно сопровождается образованием значительного объема промышленных отходов. Применяемые технологии переработки руд позволяют добиться извлечения полезных компонентов на уровне 27-30%, остальная добываемая горная масса – переходит в отходы. За годы работы ОАО «Уралкалий» получены не только многие миллионы тонн товарного продукта, но и 97% всех твердых отходов города Березники. По данным УралНИИЭкологии, суммарное количество накопленных отходов калийного производства на конец 2002 г. достигло 425 млн. т. Следует отметить, что наряду с твердыми галитовыми отходами, складируемыми на поверхности в виде солеотвалов, применяемые технологии обогащения калийных руд сопровождаются образованием значительных объемов глинисто-солевых шламов и избыточных рассолов, для хранения которых требуется сооружение специальных гидротехнических сооружений – шламохранилищ.

Огромные объемы накопленных производственных отходов калийного производства являются главной причиной негативного влияния данных предприятий на окружающую среду.

Во-первых, для их размещения занимаются значительные земельные ресурсы – суммарные площади солеотвалов и шламохранилищ составляют более 1000 га, а с учетом перспективного развития калийного производства могут достигнуть 2-3 тыс. га. Во-вторых, объекты отвально-шламового хозяйства являются постоянным источником загрязнения гидросферы – открытый сброс промстоков в поверхностную гидросеть и фильтрация рассолов в грунтовые воды привели к формированию обширных ореолов засоления гидросферы, создающих угрозу источникам хозяйственно-бытового водоснабжения.

Несмотря на принимаемые мероприятия по гидроизоляции шламохранилищ, объемы фильтрационных утечек рассолов, даже по официальным данным, достигают в отдельных случаях сотни тысяч кубометров в год (табл. 1).

Таблица 1 – Годовые объемы (тыс.м 3 ) фильтрационных утечек из шламохранилищ калийных предприятий

Даже с учетом того, что часть фильтрационных рассолов под влиянием гравитационного эффекта погружается в нижележащую часть разреза и выводится из зоны активного водообмена (т.е. происходит их естественное захоронение в отрицательных структурах соляно-мергельной толщи), объем их разгрузки в поверхностную гидросеть весьма значителен. Особенно это каса-ется объектов, расположенных в непосредственной близости от р. Камы и ее притоков, являющихся естественными дренами грунтовых вод.

Так, в результате этих процессов в районе БКРУ-1 сформировалась значительная зона загрязнения приповерхностной гидросферы между промплощадкой, р. Зырянка и промканалом ОАО «Сода». Минерализация воды в промканале из-за прямого сброса рассолов и подземной разгрузки достигала 21 г/л. Зафиксировано превышение фоновых концентраций хлоридов в р. Зырянка (до 1 г/л).

Распространение фильтрационных рассолов из шламохранилища БКРУ-2 в направлении ручья Понамаревский Лог (приток р. Зырянка) привело к формированию ореола загрязнения подземных вод протяженностью около 3,5 км и шириной 1-3 км. Другая часть фильтрационных рассолов мигрирует в южном направлении и разгружается в р. Ленва, в результате чего минерализация в ней достигает 150-200 г/л.

Объекты отвально-шламового хозяйства БКРУ-3 являются источниками загрязнения рек Волим и Ленва. В северном направлении от шламонакопителя сформировался ореол засоления подземных вод шириной до 2,5 км.

Промплощадка и солеотвал БКРУ-4 формируют ореол засоления протяженностью около 1 км и шириной до 1,5 км, вытянутый в направлении реки Быгель, в которой также наблюдается постоянное сверхнормативное содержание хлоридов (0,2-2,0 г/л).

Многочисленные исследования состава калийных отходов показывают, что опасность для окружающей среды представляют не только хлориды, рассматриваемые в качестве основного поллютанта, поступающего в окружающую среду, но и ряд других компонентов, которые при более низких концентрациях обладают более высокой экологической опасностью. Так, по данным атомно-абсорбционного анализа, в составе калийных руд и каменной соли зафиксировано присутствие широкого спектра токсичных микрокомпонентов, находящихся как в форме водорастворимых соединений (хлориды, сульфаты, карбонаты), так и связанных с минералами нерастворимого остатка. В процессе обогащения калийных руд создаются специфические геохимические обстановки (технологические геохимические барьеры ), приводящие к концентрации этих соединений в глинисто-солевых шламах [2].

Следует отметить, что широкое использование при обесшламливании калийных руд анионоактивных органических реагентов (ПАА, ОЖК, лигносульфонат) приводит к формированию в отходах сложных органо-минеральных комплексов, обладающих гидрофобными свойствами и снижающих подвижность тяжелых металлов. Включение их в миграционные процессы возможно только в случае разрушения этих комплексов под воздействием пресных вод (выщелачивание шламов атмосферными осадками).

Таблица 2 Микрокомпонентный состав отходов калийных предприятий

Необходимо также иметь в виду слабую экологическую изученность используемых в технологических процессах органических реагентов, многие из которых представляют собой сложную смесь соединений, в том числе опасных в экологическом отношении (ПАУ, нефтепродукты, фенолы, амины). В большинстве своем они также переходят в состав отходов обогащения, где в сочетании с природной органикой галопелитов участвуют в формировании сложных органо-минеральных комплексов. Как показывают результаты исследований , в процессе взаимодействия отходов с водой происходит трансформация состава этих органических соединений, приводящая к образованию новых структур, значительно отличающихся от исходных и иногда более опасных в экологическом отношении [3].

Таким образом, можно констатировать, что обогащение калийных руд сопровождается формированием сложных поликомпонентных органо-минеральных комплексов, не имеющих природных аналогов и требующих исследования особенностей их поведения в окружающей среде и экологической опасности. Несомненно, что внедрение в практику экологического контроля новых методов аналитической химии приведёт к расширению перечня контролируемых поллютантов, характерных для калийного производства.

Приведенный обзор изученности состава калийных отходов показывает, что для повышения экологичности производства требуется проведение специальных исследований в области технологической экогеохимии. С одной стороны, данные исследования позволят произвести экологическую паспортизацию используемых технологических химреагентов и исключить из производства опасные в экологическом отношении вещества, что предотвратит загрязнение отходов экотоксикантами. С другой, исследование геохимической устойчивости формирующихся в процессе обогащения органо-минеральных комплексов позволит обосновать наиболее безопасные технологии хранения отходов калийного производства, исключающие поступление в биосферу токсичных соединений. Положительные результаты подобных исследований позволят предупредить попытки пересмотра класса опасности калийных отходов, подобные тем, что уже предпринимались ранее контролирующими органами.

Кроме того, без проведения подобных исследований вряд ли можно ожидать расширения сферы практического использования калийных отходов. В настоящее время практическое применение в ограниченном количестве находят лишь галитовые отходы – кроме использования их для закладки отработанного пространства калийных рудников, они используются в дорожном и коммунальном хозяйстве в качестве антигололедного препарата. В перспективе могут найти применение и глинисто-солевые шламы — строительная промышленность может использовать их при производстве аглопорита, силикатных изделий, ситаллов и облицовочной плитки.

Федеральный закон Российской Федерации Об отходах производства и потребления определяет необходимость установления нормативов образования отходов и лимитов их размещения с учетом расширения использования и переработки отходов. Сводить к минимуму негативные последствия промышленного производства для окружающей среды и добиваться более широкого использования отходов производства – главные задачи при построении модели устойчивого развития, стремление к которой является признаком раз-витого общества.

Источник

Экологическая роль калийных удобрений

Калий удобрений сильно поглощается коллоидами суглинистых почв и не оказывает вредного влияния на окружающую среду; он вымывается только из грубопесчаных и торфяных почв. Калий не вызывает эвтрофикации водоемов. Однако, практически, все калийные удобрения, применяемые в России, являются хлорсодержащими, а присутствие большого количества хлора в почве нежелательно из-за возможного образования хлорорганических соединений. При осеннем внесении калийных удобрений в гумидных районах хлор вымывается из почвы.

Удобрениям принадлежит не только главная роль в увеличении урожайности и повышении плодородия почв, но и важная экологическая функция, связанная с устойчивостью высокопродуктивных агроэкосистем. Правильное научно обоснованное применение удобрений улучшает качество растениеводческой продукции и не сопровождается сколько-нибудь значительным загрязнением окружающей среды остатками агрохимикатов.

Эффективность разрабатываемых мероприятий

Определение экономической эффективности

Для организации рационального использования удобрений необходимо знать, какой экономический результат даёт применение удобрений под отдельные сельскохозяйственные культуры, в целом в севообороте и в хозяйстве.

Экономическая эффективность удобрений определяется по расценкам и прейскурантам на транспортировку, подготовку и внесение удобрений, стоимости удобрений и сельскохозяйственной продукции и расходов, связанных с её уборкой и переработкой.

При этом учитываются как полная стоимость урожая в этих вариантах, так и по возможности все затраты и определяется условно чистый доход.

Определение экономической эффективности должно быть объяснено по каждому пункту таблицы, начиная с перевода удобрений в действующем веществе в конкретные минеральные удобрения с указанием стоимости каждого удобрения. Далее указывается цена 1 ц урожая и всего урожая с гектара.

Экономическая эффективность удобрений при внесении под капусту

Определение энергетической эффективности

Оценка системы удобрений по уровню окупаемости затрат энергии на получение прибавки урожая является наиболее объективной, поскольку не зависит от ценовой конъюнктуры.

Вложения энергии в процессе получения полезного растительного продукта разделяют по происхождению на естественные и дополнительные. Первые – это прямая солнечная радиация, обеспечивающая реализацию фотосинтеза. Второй вид – дополнительная энергия, затрачиваемая для получения конечного продукта в форме живой и овеществленной энергии, в т.ч. и в виде удобрений.

Энергетическая оценка системы удобрения заключается в сравнении затрат энергии, связанных с применением удобрений, с энергетической ценностью полученной прибавки урожая. Отношение дополнительно полученной энергии к ее затратам принято называть коэффициентом энергетической эффективности. Этот показатель может быть рассчитан по выходу валовой и обменной энергии. При комплексной оценке энергетической эффективности используются ряд дополнительных показателей: продуктивность живого труда, индекс механизации процессов, удельные энергетические затраты и др.

Общие энергетические затраты на формирование прибавки урожая определяют по формуле:

Е_п – прямые затраты энергии в технологическом процессе, связанном с использованием удобрений и уборкой прибавки урожая, МДжга;

Е_ж – энергетические затраты живого труда, МДжга.

Список литературы

1. Кауричев И.С., Панов Н.П., Розов Н.Н. и др. Почвоведение / Под ред. И.С. Кауричева. М.: Агропромиздат, 1989.

2. Мацнев И.Н. Эффективность минеральных и органических удобрений на кислых выщелоченных черноземах ЦЧЗ. Дис. канд. с.-х. наук: 06.01.04 – агрохимия. Мичуринск, 2001.

3. Муравин Э.А. Агрохимия. М.: Колос, 2003.

Источник

Глава 5. Экологическая характеристика производств

О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.

Глава 5. Экологическая характеристика производств

5.11. Экологическая характеристика производства калийных удобрений

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

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

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

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

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

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

При проведении основных стадий технологического процесса получения калийных удобрений (дробление руды, сушка готового продукта и грануляция) в атмосферный воздух поступают пыль сильвинита, хлорид калия, хлорид водорода, амины и другие вещества. Кроме того, при сушке хлорида калия в атмосферу выделяются с дымовыми газами оксиды азота, серы, углерода, сажа и другие продукты неполного сгорания топлива. В связи с этим все источники газо- и пылевыделения оборудуются системами двух- или трехступенчатой очистки и обезвреживания выбросов.

При переработке и обогащении сырья в калийной промышленности ежегодно образуются миллионы тонн твердых галитовых отходов и сотни тысяч тонн глинисто-солевых шламов. Так, на 1 т КСl, производимого из сильвинитовых руд, в виде отвала образуется 3-4 т галитовых отходов и 0,6 м 3 глинисто-солевых шламов. Некомплексная переработка сильвинита, непрерывный рост объёма складируемых отходов и глинисто-солевых шламов приводят к отчуждению больших территорий сельскохозяйственных площадей. Площадь, занимаемая солеотвалами, превышает 700 га, а шламохранилищами – 850 га. Кроме того, вместе с галитовыми отходами теряется около 950 тыс. тонн хлорида калия, а с глинисто-солевыми шламами потери продукта превышают 1,1 млн. тонн в год. Для обеспечения снижения потерь полезного компонента при переработке сильвинита необходимо организовать полную утилизацию глинисто-солевых шламов, что позволит не только увеличить объём выпускаемой продукции, но и значительно уменьшить площадь земель, занимаемых складируемыми отходами, снизить экологический ущерб.

За рубежом солевые отходы в небольшом объеме используют в качестве вторичного сырья для получения поваренной соли, практикуют их сброс в поверхностные водотоки и в море, часть твердых отходов направляют на закладку выработанного пространства рудников.

Галитовые отходы, содержащие до 90 % NaCl, могут быть использованы как сырьё для содового, хлорного и некоторых других производств. Однако это целесообразно только для предприятий, расположенных вблизи разрабатываемых калийных месторождений, так как перевозка такого дешевого сырья экономически не оправданна. Следует также отметить, что непосредственное использование этих отходов в хлорной промышленности осложнено повышенным содержанием в них сульфатов, нерастворимых веществ и присутствием КСl. В отходах, образующихся при флотационном обогащении КСI, нежелательной примесью являются также амины, используемые в качестве флотореагентов. Перечисленные обстоятельства и тот факт, что основное количество NaCl для производства соды и хлора получают путём подземного выщелачивания каменной соли, обусловливают сравнительно малое использование отходов переработки сильвинита.

В нашей стране ведутся работы, направленные на исключение хранения соленых отходов на земной поверхности. К ним относятся совершенствование технологии горных работ, связанное с сокращением выемки из шахт галита и пустой породы (селективная добыча калийных руд), а также разработка мероприятий по возвращению отходов флотации в выработанные пространства рудников. На калийных предприятиях осваиваются методы комплексного использования калийного сырья — получение методами галургии и механической обработки, наряду с калийными удобрениями, рассолов для содового производства, сырья для пищевой, кормовой и технической соли, сульфата натрия, сырья для производства магния и некоторых других продуктов. Наряду с этим проводятся промышленные испытания подземного сброса рассолов для заводнения нефтяных пластов, а также в отработанные газоносные пласты и подсолевые горизонты в районах калийных предприятий с использованием существующих скважин.

Рассматриваются и другие направления, связанные с проблемой утилизации глинисто-солевых шламов. Среди них следует отметить использование этих отходов в виде сырья для производства строительной керамики и аглопорита, для производства буровых растворов. Весьма незначительные массы галитовых отходов используют для нужд теплоэнергетических предприятий (для регенерации фильтров), дорожно-эксплуатационных управлений и по ряду других направлений.

Источник