ייצור פוספט - ICL Fertilizers
Transcription
ייצור פוספט - ICL Fertilizers
ייצור פוספט miig-ilra ly zeyxtd eid mc`d yeniya mipey`xd mipycd .xzeia dnecw dibelepkh `ed oeyic mpi` md :miaexn dl` mipyc ly mdizepexqg .miipbxe`d mipycd md dl` - daiwxdy dty`e ,z`f mr .milecb mighy ly oeyicl zwtqn dpi` mzenke zecya xefitl migep mpi` ,miipiibid efn xzei dphw minde rwxwd medif lr mzrtyde h`l miwxtzn md :zepexzi mb mdl yi .miinik mipyc ly zeqinz e` ,mirlq - rah ia`yna xwira mxewn zipxcend ze`lwga miynynd mipycd .zeinin -mzex" zxaga gezite xwgnl sb`a dinik qcpdn ,aivi oerny xn epipta bivn df xn`na `.l`xyi zpicn dkxazp mday htqetd irlqn mipycd xevii jildz z` ,"abp hxtn הפוספט בישראל תעשיית 1 שמעון יציב ראשיתה של תעשיית הדשנים בישראל במפעל דשנים וחומרים כימיים שהוקם בשנת 1949 במפרץ חיפה .המפעל התבסס בתחילת דרכו על שימוש בחומרי גלם מיובאים .בשנת 1951 נערכו בדיקות שטח באזור אורון והתגלתה בו עפרת פוספט באיכות טובה בעלת ערך כלכלי. לפיכך ,הוחלט בשנת 1952על הקמת חברת פוספטים בנגב כחברת בת של החברה הממשלתית מחצבי ישראל .באותה שנה הוקם מפעל אורון ,שבו הופקו סלע פוספט בעבור תעשיית הדשנים המקומית וגם כמויות הולכות וגדלות של סלע פוספט לייצוא .לאחר כעשר שנות עבודה הגיע היקף הייצור לכ -180אלף טון סלע פוספט לשנה .תהליכי הייצור שוכללו וכללו מעבר מהעשרה יבשה להעשרה רטובה וייבוש וכן העשרה תרמו-כימית לקבלת פוספט נטול פלואור .בשנת 1967הופעל תנור קלייה ענק באורון. במקביל ,הוחל בשנת 1966בפיתוח אתר נוסף – המכתש הקטן -שהכיל פוספט באיכות טובה מזו של אתר אורון .תחילה התמקדו במקום בכרייה בלבד ,אך לאחר כמה שנים הוקם במקום גם מפעל להעשרת הפוספט. בסוף שנות הששים נעשה ניסיון ראשון להפיק חומצה זרחתית באתר חדש שנבנה במישור רותם ,על ידי חברת ערד תעשיות כימיה על פי ידע אמריקני .התהליך התבסס על תגובה בין 1הכותב הוא מהנדס כימיה באגף למו"פ בחברת רותם אמפרט נגב. 1 פוספט ובין אדי חומצת מלח שהם מוצר לוואי של תהליך לייצור מגנזיה )תהליך שבו גרגרי הפוספט מורחפים בזמן שהם מגיבים עם אדי חומצת המלח( .2על אף המאמצים הרבים ,לא צלח התהליך ובשנת 1975הודמם המתקן. בשנת 1977הופעל בנחל צין מפעל חדש ,גדול מקודמיו ,שתוכנן להפקת שני מיליון טון פוספט באיכות גבוהה לייצוא .תהליך ההפקה התבסס על העשרה יבשה ורטובה ומאוחר יותר התווסף לו שלב של העשרה בהצפה )פלוטציה – ראו תהליכי העשרת הפוספט( .באותה תקופה החלו גם לפתח מחדש את האתר במישור רותם .בתחילה פעלו באתר שני מתקנים קטנים שייצרו פוספט ערד מועשר שמצטיין במסיסותו ומשמש ליישום ישיר וחומצה זרחתית באיכות טכנית )איכות שמתאימה לתהליכי המשך שבהם נדרשת דרגת ניקיון גבוהה יותר( .התהליך פותח בתמ"י – מכון המחקר של כימיקלים בישראל. בשנת 1977הוקמה חברת רותם דשנים .החברה הקימה במישור רותם תשלובת דשנים שכללה מתקנים לייצור חומצה גופרתית ,חומצה זרחתית ודשנים .הקמת התשלובת הזאת סימנה תחילתה של מגמה לעבור מהפקת סלע פוספט )שהוא חומר גלם בסיסי( לייצוא ,לייצור פוספט בעבור תעשיית המשך .הפוספט משמש לייצור מוצרי ביניים )חומצה זרחתית( ומוצרים סופיים )דשנים – מוצרים פשוטים ,ובהמשך מוצרים נוספים ,מתוחכמים יותר( .בשנת 1986הופעל באורון תנור קליית בזק לצורך העשרת הפוספט ובהמשך הופעל תנור גדול מסוג זה גם בצין. תהליך הקלייה מאפשר להשתמש בעתודות פוספט דלות זרחן שבהן תכולת החומר האורגני בריכוז גבוה. בסוף שנות השבעים החלה כימיקלים בישראל לרכוש חברות באירופה כדי ליצור "שוק שבוי" לפוספט הישראלי ולאפשר חדירת דשנים וחומצות מתוצרת ישראל לשוק האירופי .הרכישות כללו את חברות ג'וליני בגרמניה ) (1977יצרנית כימיקלים עדינים על בסיס פוספט ,אמפרט )הולנד ,גרמניה (1982 ,יצרנית דשנים ו) BK-גרמניה (1998שאוחדה עם ג'וליני. בשנת 1992הופעל מתקן לייצור דשן מסיס – מונו קליום פוספט ) ,(KH2PO4פרי פיתוח עצמי של חברת רותם אמפרט נגב )שאיחדה את כל פעילויות הפוספט של כימיקלים לישראל(. באותה תקופה החלה החברה בפעילות עסקית ענפה גם בתחום המיוחד הזה של הדשנים המסיסים ,כלומר ,הפעלת חברת דשנים וחומרים כימיים בשוק הישראלי .במחצית השנייה של שנות התשעים הוכפל כושר הייצור של החומצה הזרחתית והדשנים המגורענים ,בד בבד עם 2מדובר בתהליך ליצור מגנזיז )תחמוצת מגנזיום ( שפותח על ידי ד"ר אמן ,ומיושם במפעל פרוקלאס. 2 תהליך של התמחות במוצרים מיוחדים בתחומים אלו .גם כושר הייצור של חומצה זרחתית לשימושים טכניים ולשימוש בתעשיית המזון גדל במשך השנים ובימים אלה אנו נמצאים בעיצומו של מעבר לתהליך חדש ,המבוסס על ניקוי הפוספט בחומצה לתעשיית הדשנים, לדרגת ניקיון גבוהה. תהליך הכרייה והעשרת הפוספט נעשים בשלושה מפעלים בנגב :בצין ,באורון ובמישור רותם. במתקנים שבמישור רותם מבוצעים תהליכי ההמשך לייצור חומצה זרחתית באיכות המתאימה לשימושים חקלאיים ,מיוצרת שם גם חומצה זרחתית באיכות גבוהה יותר ודשנים שונים. להלן מובאת סקירה מפורטת על חשיבות הזרחן לקיומם של היצורים החיים והחברה האנושית ועל הגלגול שעובר סלע הפוספט מכרייתו עד המוצרים המופקים ממנו .ההשלכות הסביבתיות שיש לתהליכי הכרייה וההפקה חותמות את המאמר. הזרחן וחשיבותו הזרחן הוא היסוד השנים-עשר בשכיחותו מבין היסודות על פני כדור הארץ וסימונו בטבלה המחזורית – ) Pבאנגלית – .(Phosphorusהזרחן ,עם החנקן והאשלגן ,נמנים על היסודות החיוניים לקיומם של הצמחים ומכאן חשיבותו הייחודית בתעשיית הדשנים .הזרחן משתתף גם בתהליכים רבים אחרים המתרחשים בגוף היצורים החיים :הוא מרכיב בחומר התורשתי ,DNAבתרכובות המכילות זרחן ומשתתפות בחילוף חומרים ,במולקולה עתירת האנרגייה ביצורים חיים – ,ATPבמבנה העצמות ועוד .לפיכך ,בנוסף על החשיבות שלו כמרכיב בדשן להזנת הצמחים ,הוא חיוני גם כמרכיב מזון לבעלי החיים ולאדם. תרכובות שונות של זרחן משמשות גם בתעשיית הדטרגנטים ,כחומרים מעכבי בערה ,כחומרי חיטוי ,בייצור זכוכית וחרסינה ,כמרכיב בלוחות צילום ,כמרכיב בחומרי סיכה ,בחומרים פלסטיים ,בצבעי דפוס ,במוצרים רפואיים ובמוצרים נוספים אחרים .שוק הזרחן העולמי הוא בערך שלושים וחמישה מיליון טון תחמוצת זרחן המיוצרים במאה ועשרה מיליון טון בערך סלע פוספט .מהם נכרים בישראל מדי שנה כארבעה מיליון טון סלע פוספט .עם זאת ,רובן המכריע של תרכובות הזרחן )כ (-90%משמש לתעשיית דשנים שבהם הוא מופיע בדרך כלל בצורת האניון פוספט )PO4(-3 3 עיבוד הפוספט הפוספט הוא משאב טבע חיוני ביותר המצוי בארצנו כמינרל ששמו אפטיט .האפטיט הוא המינרל העיקרי בסלע האם שלהלן ייקרא סלע הפוספט .סלע הפוספט נכרה במכרות פתוחים באמצעות כלים מכניים ועובר תהליכי עיבוד והשבחה שונים הכוללים גריסה ,מיון לפי גודל, שטיפה וסינון ובחלק מן המקרים – גם ייבוש .בתהליכים אלה מורחקים מסלע האם חומרי טפל כמו מינרלים של קלציט )סידן פחמתי – גיר( ומינרלים של חרסיות ומתקבלת עפרת פוספט מועשרת ,שגודל גרגריה מתאים להמשך העיבוד .3את האפטיט שנותר לאחר סילוק חומרי הטפל ממשיכים לעבד בתהליכים תעשייתיים כדי להפיק את המוצרים הבאים: חומצה זרחתית – מופקת בתהליכים הנקראים תקיפה ראשונית .בתהליכים אלו מותקף הפוספט על ידי חומצות חזקות כמו חומצה גופרתית או חומצת מלח ומתקבלת חומצה זרחתית גולמית שרובה משמשת לייצור דשנים .את מקצתה מנקים בשיטות שונות ,לדרגות איכות שונות בהתאם לשימושים המגוונים בה. סופר פוספטים – מופקים בתהליך המכונה תקיפה משנית .בתהליך מסוג זה מותקף סלע הפוספט על ידי חומצה גופרתית או על ידי חומצה זרחתית .בעקבות זאת ,הזרחן שבפוספט נעשה זמין לצמח )הופך למסיס ומסוגל לעבור קרומי תאים( ומתקבלים דשנים הנקראים סופר פוספטים .רובם של דשנים אלו עובר תהליך ִגרעון )ראו בהמשך( ולחלקם מוסיפים חומרי הזנה נוספים החיוניים לצמח )אשלגן וחנקן ויסודות מיקרו( .סופר פוספט רגיל הוא הדשן הראשון שהופק בתהליך תעשייתי ,כבר במאה התשע עשרה. דשן ליישום ישיר – חלק קטן מסלע הפוספט משמש כדשן ליישום ישיר. תוסף מזון לבעלי חיים – מסלע הפוספט מייצרים גם (Di Calcium Phosphate) DCPהמשמש כמרכיב במזונם של בעלי חיים. ניתן לסכם את התהליך כך: חומצה זרחתית סלע פוספט )סלע אם( עפרת פוספט מועשרת סופר פוספטים דשן ליישום ישיר וDCP- 3 הכוונה לגודל גרגירים 4 איתור פוספט וכרייתו הפוספט באזורנו נוצר לפני כ -70מיליון שנה בים רדוד .בים זה התקיימה פעילות ביולוגית עשירה ,החל מחיידקים ואצות וכלה בדגים ,כרישים וזוחלים ימיים שונים .אלו הכילו זרחן בגופם ,ובמותם תרמו ליצירת סלע הפוספט .מרבצי סלע הפוספט בישראל הם שלוחה של רצועת פוספט גדולה המשתרעת מצפון אפריקה )מרוקו ,טוניס( ,ועד המזרח התיכון )מצרים, ירדן וסוריה( .בסקרים גֵאולוגיים אותרו עתודות פוספט מסוגים שונים במקומות רבים בנגב, ביניהם :אורון ,נחל צין ומישור רותם שבהם פועלים כיום מפעלים לכריית הפוספט ולהעשרתו .שדות פוספט נוספים :בנגב הצפון המזרחי ,בנגב המרכזי ובצפון הערבה נמצאים עדיין בשלבי פיתוח ומחקר .מרבצי הפוספט מצויים מתחת לפני הקרקע בעומק של עד עשרות מטרים .שכבת הפוספט יכולה להגיע לעובי כולל של 15מטרים .חתך זה בנוי משכבות מתחלפות של פוספט בעובי של חצי מטר עד שלושה מטרים ושל שכבות חומר לא פוספטי )טפל( בעובי דומה .כריית הפוספט ,נעשית במכרות פתוחים ומחייבת הזזת כמויות עפר אדירות )כ -20מיליון מ"ק בשנה( .הכרייה נעשית בציוד מכני גדול ממדים כגון ,משאיות המובילות 170טון ,מחפר הנוגס בהינף כף כ -40טון מקיר הסלע הניצב בפניו ועוד. העשרת הפוספט הפוספט המופק מהמכרה אינו מתאים לשימוש בצורתו הטבעית ,ויש להשביחו כך שיתאים לתהליכי העיבוד מבחינת תכולת תחמוצת הזרחן שבו ,גודל גרגריו ומידת הרטיבות שבו. בתהליכי ההעשרה ,המפורטים להלן ,מורחקים מסלע הפוספט מרכיבים שאינם מכילים את תחמוצת הזרחן )גיר ,חרסיות או חומר אורגני(. העשרה יבשה – זהו תהליך ההעשרה הפשוט ביותר המבוסס על גריסה וטחינה להקטנת גודל גרגרי הפוספט .בתהליך זה אבן הגיר הרכה )קלציט( נטחנת עד דק ומופרדת מהאפטיט כגרגרים קטנים .לעומת זאת ,אם העפרה מכילה צור ,בגלל קשיותו הוא מתרכז בגרגרים גדולים ומופרד כפסולת גסה .בתהליך מסוג כזה מופק פוספט ערד מועשר המיועד ליישום ישיר ולייצור דשנים. העשרה רטובה – בתהליך זה מתבצעת טחינה רטובה והפוספט מופרד מחומרי הטפל במתקנים הקרויים הידרוציקלונים .ההפרדה בדרך זו יעילה יותר מאשר בתהליך היבש. המקטע של הפוספט הרטוב מסונן בסוף התהליך ונשטף מכלורידים )המאיצים תהליכי קורוזיה( .פוספט המיועד לייצוא או לטחינה יבשה ,עובר לתהליך ייבוש בתנור סובב. 5 התהליך שבו מופק פוספט לייצור חומצה זרחתית או דשנים מתבצע באתר צין .במפעל שבצין קולים את הפוספט ב 0900C-מעלות לערך בתהליך הנקרא קליית בזק .בקלייה זו משתחרר הגז דו תחמוצת הפחמן ונוצרים גרגרים דקים ,דלים בתחמוצת הזרחן והם מסולקים מהפוספט. בטמפרטורות כאלה נשרף גם החומר האורגני המתלווה לאפטיט ,וכך אפשר להשתמש בפוספט הזה לייצור חומצה זרחתית )במישור רותם(. הצפה )פלוטציה( – זהו תהליך פיסי-כימי שבו מופרד האפטיט מהקלציט על ידי כך שאחד מהם מסתפח לקצף שנוצר ואילו השני נשאר במים .הפקת הפוספט הלבן במפעל אורון מבוססת בחלקה על התהליך הזה. החמצה חלקית – תהליך שבו הקלציט מותקף על ידי חומצה ותוצריו נשטפים במים בעוד שהאפטיט אינו נפגע מהחומצה וכתוצאה מהתהליך הופך למרוכז יותר. הפקת חומצה זרחתית בתהליך הפיכת הפוספט לחומצה זרחתית באיכות חקלאית )לשימוש בתעשיית הדשן( ,מותקף סלע הפוספט על ידי חומצה גופרתית ומתקבלים חומצה זרחתית וגבס: סלע פוספט +חומצה גופרתית Åחומצה זרחתית +גבס )סידן גופרתי(. התהליך מתבצע במכלי תגובה )ריאקטורים( .תוצרי התהליך הם כאמור חומצה זרחתית בריכוז של כ) -28%הפלט הרצוי( וגבס )הפלט הבלתי רצוי( .תכולת הריאקטור מסוננת ומתקבל גבס )הנקרא פוספו-גבס( שמצטבר באתר סילוק מיוחד מחוץ למפעל .החומצה הזרחתית עוברת תהליך שבו עולה ריכוזה באמצעות מחליפי חום )חום באמצעות קיטור( .בנוסף לתהליכי הייצור של החומצה הזרחתית ,משמש הקיטור גם להפקת חשמל באמצעות טורבו- גנרטורים ועודפי החשמל נמכרים לחברת החשמל. החומצה הזרחתית מעובדת בהמשך לחומצה באיכות טובה יותר ומשמשת בחלקה חומר גלם בתעשייה של מוצרים טכניים ובחלקה לייצור דשנים בארץ ובחו"ל. סך כושר הייצור במישור רותם עומד היום על כ -540אלף טון תחמוצת זרחן בשנה. 6 ייצור דשנים מגורענים לייצור דשנים מגורענים מספר מטרות: .1להפוך את הזרחן שבמקור אינו זמין ַלצמח )סלע הפוספט ,חומצה זרחתית( לזרחן זמין ונוח לקליטה על ידי שורשי הצמח )לא חומצי ומסיס במים(. .2להעשיר את הדשן בחומרי הזנה ,כך שהחקלאי יקבל מוצר שיכיל את כל מרכיבי ההזנה הדרושים להתפתחות הצמחים בריכוז מתאים. .3להכין את הדשן בצורה מתאימה לשינוע ולשימוש באמצעות ציוד מכני חקלאי מתקדם. רוב הדשנים המיוצרים ברותם שייכים למשפחת הסופר-פוספטים .החשובים שבהם הם (Single Super Phosphate) SSPו SSP .(Triple Super Phosphate) TSP-מתקבל כתוצאה מתגובה בין חומצה גופרתית ובין סלע פוספט ,ואילו TSPמתקבל כתוצאה מתגובה בין חומצה זרחתית ובין סלע פוספט. בתגובה זו הופך הזרחן מבלתי-מסיס למסיס ,בעיקר בצורה של מונוקלציום פוספט ).(MCP הדשן המתקבל הוא אבקתי ,רגיש לרטיבות ובעל גרגרים שגודלם אינו אחיד ולפיכך אינו נוח לשימוש חקלאי .הפתרון לבעיה נמצא בתהליך שבאמצעותו הופכים את האבקה לתלכידים הגרעון הופך הדשן האבקתי למוצר מגורען המכונים בשפה המקצועית דשן מגורען .בתהליך ִ המאופיין בגרגרים קשים שגודלם 2-4מ"מ ומכיל אבקה בכמות מזערית .מוצר זה יכול לעמוד בכל תלאות השינוע מהמפעל עד הלקוח באשר הוא. הגרעון הפשוט מוכנס הסופרפוספט האבקתי לתוף ִגרעון .שם ,בעזרת קיטור ,מים, בתהליך ִ וגרגרים קטנים שנופו ,נוצרים צברים של דשן בגודל של מספר מילימטרים ,עד סנטימטרים אחדים .גרגרים אלה עוברים ייבוש וניפוי .הגרגרים שגודלם 2-4מ"מ מועברים למחסן תוצרת. הגרגרים הגסים )שגודלם מעל 4-5מ"מ( נגרסים וחוזרים לתהליך והגרגרים הדקים )קטנים מ הגרעון. 2-4מ"מ( חוזרים לתוף ִ בתהליכי ִגרעון מורכבים יותר מוסיפים חומרים כמו אשלג לייצור דשני ) PKדשנים המכילים אשלגן שסימנו הכימי K -בנוסף לזרחן שסימנו הכימי (P -או אשלג ואמוניום סולפט לייצור דשני ) NPKדשנים המכילים חנקן ) ,(Nזרחן ואשלגן – יסודות החיוניים לצמח בריכוזי הגרעון ,מגיבים מאקרו( .לעתים מתרחשת בתהליך גם תגובה כימית ,לדוגמה :באחד מתהליכי ִ הגרעון אמוניה וחומצה זרחתית בריאקטור צינורי ונוצר דשן מונואמוניום פוספט ) בתוך תוף ִ (MAPאו דיאמוניום פוספט ).(DAP 7 לפני שהדשן יוצא מהמפעל הוא עובר ניפוי וציפוי בחומר מונע אבק ,המבטיח את איכותו התקינה במשלוח. כושר הייצור של דשנים מגורענים במישור רותם מגיע לכ -800אלף טון בשנה .רוב הדשן מיוצא לכל העולם ,כשהשווקים העיקריים הם דרום ומערב אירופה ,ברזיל ואוסטרליה ומקצתו משווק כמובן לחקלאים בישראל. השפעות על הסביבה מכרות ומפעלים תעשייתיים בקנה מידה גדול כחברת רותם אמפרט נגב בע"מ ,הם מקור תעסוקה חשוב ,ותוצרתם מסייעת להאכיל מיליוני פיות ברחבי העולם .עם זאת ,את תהליכי ההפקה והעיבוד מלווים תוצרים בלתי רצויים המתבטאים בתופעות שונות כגון ,שינוי הטופוגרפיה ,פליטות גזים רעילים לאוויר ,הצטברות פסולת ושפכים תעשייתיים ,שכולם פוגעים באיכות הסביבה .חברת רותם משקיעה משאבים רבים בהפחתת המפגעים הסביבתיים מתוך מודעות לחשיבות השמירה על אתרי טבע ונוף אטרקטיביים הקרובים למכרות ולמפעלים ולקיום תעשייה בת-קיימא ,בשיתוף פעולה הדוק עם הגופים הירוקים )המשרד לאיכות הסביבה ,רשות שמורות הטבע והחברה להגנת הטבע(. למזעור הפגיעה בנוף בעת הכרייה יש חשיבות מיוחדת לאיכות הסביבה .על כן נעשים מאמצים מיוחדים בכיוון של שיקום הנוף ושימורו דהיינו ,אם בעבר היו מזיזים את הררי העפר ממקום למקום בצורה הזולה והיעילה ביותר ,הרי שהיום מתכננים מראש היכן יונח כל גרם עפר שמוזז ממקומו .העיקרון המנחה הוא לשוות לפני השטח אופי הדומה ,ככל הניתן ,לזה שהיה לפני הכרייה .תהליך השיקום מבוסס על הפעולות הבאות: הגבלת גובה ההתרוממות של ערמות הטפל לגובה הטופוגרפי של האזור מיתון מדרונות באמצעות החלקה או ביצירת מדרגות שימוש בחומר רך הנראה "טבעי יותר" על פני השטח החיצוניים החזרת קרקע עליונה ) (TOP SOILלפני השטח של אזור שבו הסתיימה הכרייה במטרה להאיץ את השיקום הביולוגי של פני השטח הימנעות מפגיעה באפיקי הנחלים ובסביבתם הקרובה כדי שישמשו גשר אקולוגי )לבע"ח( בין השטחים הטבעיים הסמוכים לאתרי הכרייה שימור קירות טבעיים כ"דקורציה" בסמוך לנתיבי תנועה של מטיילים ועוד הימנעות מפגיעה בעצים. 8