Глауконитовые пески: свойства, применение и переработка
- Что такое глауконитовые пески?
Глауконитовые пески — это осадочные породы, состоящие из зерен глауконита (минерала из группы гидрослюд) с примесью кварца, полевых шпатов и других минералов.
Основные признаки:
· Цвет: зеленый (от светло-салатового до темно-зеленого).
· Структура: зернистая, часто пористая.
· Твердость: 2–3 по Моосу (мягче кварца).
· Плотность: 2,4–2,8 г/см³ (легче многих других песков).
- Свойства глауконитовых песков
- Применение глауконитовых песков
3.1. Сельское хозяйство
· Удобрение (источник калия и микроэлементов).
· Мелиорант почв (снижает кислотность, улучшает структуру).
· Компонент грунтов для теплиц.
3.2. Промышленность
· Сорбент для очистки воды от нефтепродуктов, тяжелых металлов.
· Фильтрующий материал в системах водоочистки.
· Производство зеленых пигментов (глауконитовая зелень).
3.3. Строительство
· Легкий заполнитель в бетонах (из-за низкой плотности).
· Декоративный материал (ландшафтный дизайн, аквариумистика).
3.4. Медицина и экология
· Компонент лечебных грязей.
· Ремедиация загрязненных почв (связывание тяжелых металлов).
- Что производят из глауконита?
Глауконитовые пески — ценный минеральный ресурс с широким спектром применения:
✅ Экологичное удобрение для АПК.
✅ Сорбент для очистки воды и почв.
✅ Сырье для строительных и химических продуктов.
Добыча и переработка глауконита с помощью метода СГД рентабельны благодаря низкой себестоимости и высокой востребованности в "зеленых" технологиях.
Для подготовки технологического решения скважинной гидродобычи (СГД) глауконитовых песков требуется расчет скважинного оборудования – гидроэлеватора для подъема глауконитовой пульпы на поверхность и гидромонитора – для разрушения и размыва глауконитовых песков в целиковом слое.
Рассчитаем параметры скважинного гидроэлеватора для откачки песчано-глауконитовой пульпы с заданными условиями.
Исходные данные:
· Концентрация пульпы: C = 25%
· Глубина подъема: H = 25 м
· Внутренний диаметр пульпоподъемной трубы: Dp = 116 мм
· Расход рабочей воды: Qw = 60 м3/час = 0.0167 м3/с
- Определение расхода пульпы
Принимаем коэффициент эжекции (соотношение расхода пульпы к расходу воды) для пульпы с концентрацией 25%:
Ke = 1.5
Тогда расход пульпы:
- Диаметр водоподающей трубы
Скорость воды в водоподающей трубе принимаем vw = 2 м/с (оптимально для предотвращения кавитации):
Выбираем стандартный диаметр трубы: 100 мм (наружный 108 мм, внутренний ≈100 мм).
- Диаметр насадки гидроэлеватора
Скорость истечения воды из насадки принимаем vn = 25 м/с:
Принимаем диаметр насадки: 30 мм.
- Диаметр камеры смешения
Обычно диаметр камеры смешения в 2–3 раза больше диаметра насадки:
- Длина камеры смешения
Рекомендуемая длина:
Принимаем:
- Диаметр диффузора
Диффузор расширяется до диаметра пульпоподъемной трубы (116 мм).
Угол раскрытия диффузора принимаем 8*:
Округляем до 300 мм.
- Расстояние между насадкой и входом в камеру смешения
Рекомендуемое расстояние:
Принимаем:
Итоговые параметры гидроэлеватора:
· Диаметр водоподающей трубы: 100 мм
· Диаметр насадки гидроэлеватора: 30 мм
· Диаметр камеры смешения: 75 мм
· Длина камеры смешения: 600 мм
· Диаметр диффузора (на выходе): 116 мм
· Длина диффузора: 300 мм
· Расстояние между насадкой и камерой смешения: 30 мм
Эти параметры обеспечат эффективную работу гидроэлеватора для подъема пульпы с заданными характеристиками.
Для определения требуемого расхода воды и давления насоса скважинного гидроэлеватора воспользуемся ранее рассчитанными параметрами и гидравлическими зависимостями.
- Расход воды
Из предыдущего расчета:
· Подача рабочей воды: Qw = 60 м3/час
· Эжектируемый расход пульпы: Qp = 90 м3/час
Этот расход обеспечит подъем пульпы с концентрацией 25% с глубины 25 м.
- Давление насоса
Давление насоса складывается из:
· Потерь в насадке (преобразование давления в скорость),
· Гидростатического напора (подъем смеси),
· Гидравлических потерь в трубах и местных сопротивлениях.
2.1. Скоростной напор в насадке
Скорость истечения воды из насадки (dn = 30 мм):
Требуемый напор для создания такой скорости:
2.2. Гидростатический напор (подъем смеси)
Глубина подъема:
Hст = 25 м
2.3. Гидравлические потери
· Потери в водоподающей трубе (dw=100 ммdw=100мм, длина ≈ 30 м):
· Местные сопротивления (вход, колена, задвижки, стыки):
hмест ≈ 2 м
· Потери в камере смешения и диффузоре:
hсм ≈ 3 м
Суммарные потери:
2.4. Полное требуемое давление насоса
Перевод в давление (бар):
Итоговые параметры насоса:
· Расход воды: 60 м³/час
· Давление насоса: ~6 бар (60 м вод. ст.)
Рекомендации:
- Выбрать центробежный насос с параметрами Q = 60 м³/час, H = 60 м.
- Учесть запас по давлению (~10%), поэтому можно выбрать насос на 65–70 м.
- Проверить кавитационный запас (NPSH) насоса, чтобы избежать кавитации.
Это обеспечит стабильную работу гидроэлеватора для подъема пульпы с глубины 25 м.
Расчет скважинного гидромонитора для размыва песчано-глауконитовых пород
Исходные данные:
· Глубина работы гидромонитора: 24 м
· Эжектируемый расход пульпы: 90 м³/час = 0,025 м³/с
· Внутренний диаметр пульпоподъемной трубы: 116 мм
· Плотность породы: 2600 кг/м³
· Требуемый радиус размыва: ≥6 м
· Концентрация пульпы при размыве: ≈25%
- Определение параметров гидромонитора
1.1. Расход воды для размыва породы
Для эффективного размыва песчано-глауконитовых пород требуется удельный расход воды 10–20 м³/час на 1 см диаметра насадки.
Принимаем:
· Скорость струи на выходе из насадки: 30–40 м/с (для разрушения плотных пород)
· Давление на насадке: 5–10 бар
Ориентировочный расход воды:
Для создания эжектируемого расхода пульпы 90 м³/час с концентрацией 25% требуется:
Но для размыва требуется больший расход, поэтому принимаем:
1.2. Диаметр насадки гидромонитора
Скорость струи на выходе: 35 м/с
Принимаем стандартный диаметр насадки: 25 мм.
1.3. Диаметр водоподающей трубы
Скорость воды в трубе: 2–2,5 м/с (для минимизации потерь)
Выбираем стандартную трубу: DN80 (внутренний ≈80 мм).
1.4. Давление насоса
Требуемое давление складывается из:
- Напора для создания скорости струи (35 м/с):
- Гидростатического напора (24 м):
Hст = 24 м
- Гидравлических потерь (труба 80 мм, длина ≈30 м):
- Местные потери (≈3 м):
hмест ≈ 3 м
Суммарный напор:
Давление в барах:
Рекомендуется насос с запасом: 100 м (10 бар).
- Проверка радиуса размыва (≥6 м)
Эмпирическая формула для радиуса размыва:
где:
· k ≈ 0,5–0,8 (коэффициент для песчано-глауконитовых пород),
· H – напор струи (≈ 92 м),
· f – крепость породы (для рыхлых песков f ≈ 2–4.
Подставляем:
Это меньше 6 м, значит, нужно увеличить напор или расход.
Корректировка параметров:
- Увеличиваем напор до 120 м (12 бар):
Увеличиваем диаметр насадки до 30 мм (расход воды растет):
Теперь:
R ≈ 0,7⋅3120 ≈ 4,4 м(недостаточно)
Вывод:
Для достижения R ≥6 м требуется:
· Диаметр насадки 35–40 мм,
· Расход воды 100–120 м³/час,
· Напор 120–150 м (12–15 бар).
Итоговые параметры гидромонитора:
Рекомендации:
- Насос: центробежный высокого давления (например, ЦНС 120-100).
- Управление: регулировка расхода для контроля размыва.
- Проверка: испытание на меньших параметрах с постепенным увеличением.
Это обеспечит эффективный размыв породы с требуемым радиусом.
Итоговая таблица характеристик гидроэлеватора и гидромонитора
Ключевые отличия:
- Гидроэлеватор – работает на подъем пульпы с умеренным давлением (6 бар).
- Гидромонитор – требует высокого давления (12–15 бар) для разрушения породы и создания достаточного радиуса размыва.
- Расход воды у гидромонитора выше для обеспечения энергии размыва.
Рекомендации по выбору оборудования:
· Для гидроэлеватора: насос с Q = 60 м³/час, H = 60 м.
· Для гидромонитора: насос с Q = 100–120 м³/час, H = 120–150 м.
· Диаметр насадки гидромонитора 35–40 мм для гарантированного радиуса размыва ≥6 м.
Таблица позволяет сравнить оба устройства и подобрать оптимальные параметры для технологии скважинной гидродобычи.
Технология и оборудование для производства экологичного удобрения из глауконитовых песков
*(на базе скважинной гидродобычи с эжектируемым расходом пульпы 90 м³/час)*
- Технологическая схема производства
1.1. Добыча и первичная обработка
- Гидродобыча (гидромонитор + гидроэлеватор) → получение пульпы (25% твердого).
- Грохочение (отделение крупных включений >2 мм).
- Гидроциклонная сепарация (обогащение глауконита).
- Сушка (до влажности 8–10%).
- Измельчение (до фракции <0,5 мм).
- Смешивание с добавками (опционально: гумат, фосфор).
- Фасовка в мешки по 20 кг.
- Оборудование (российское производство)
Итого стоимость оборудования: ~12 150 000 руб. (как пример)
- Расчет ТЭО (для Центрального региона РФ)
3.1. Исходные данные:
· Производительность: 90 м³/час пульпы → ~22,5 т/час твердого (25% концентрация).
· Рабочая смена: 8 часов/день, 22 дня/месяц → 3 960 т/мес сырья.
· Выход готового продукта: ~3 500 т/мес (потери 10–15%).
· Фасовка: 175 000 мешков/мес (20 кг).
3.2. Капитальные затраты
3.3. Эксплуатационные расходы (месяц)
3.4. Доходы
· Цена реализации: 50 руб/кг → 1 000 руб/мешок (20 кг).
· Выручка в месяц: 175 000 мешков × 1 000 руб = 175 000 000 руб.
· Себестоимость: ~30 руб/кг → 600 руб/мешок.
· Прибыль до налогов: 175 млн – (3 500 т × 30 000 руб/т) = 70 000 000 руб/мес.
3.5. Окупаемость
· Чистая прибыль: ~60 млн руб/мес (после налогов).
· Срок окупаемости: 14 150 000 / 60 000 000 ≈ 0,24 мес (3 недели).
- Вывод
✅ Технология проста и реализуема на российском оборудовании.
✅ Рентабельность >100% за счет низкой себестоимости добычи.
✅ Окупаемость – менее месяца при полной загрузке.
Следует учесть тот факт, что в реальности:
- капитальные затраты необходимо увеличить 2-2,5 раза,
- показатели по прибыли и окупаемости необходимо занизить, как минимум в 3 раза.
Рекомендации:
- Начать с мини-цеха (снижение стартовых затрат).
- Использовать глауконит как добавку к органо-минеральным удобрениям (повышает маржинальность).
- Продавать через сельхозкооперативы, оптовые предприятия и онлайн-платформы (Яндекс.Маркет, Wildberries).
· Заключить договор с авторским коллективом для подготовки технологии и проекта ведения работ, контроля за изготовлением, монтажом оборудования, запуском предприятия в эксплуатацию, передачи рецептур и технологического регламента производства глауконитовых удобрений.
· Заключить долгосрочные контракты с фермерскими хозяйствами.
· Рассмотреть возможность подключения комплекса оборудования к ЛЭП для снижения затрат.
· Оптимизировать логистику.
Проект перспективен для инвесторов с ожидаемой чистой прибылью ~30 млн руб./мес.
Посмотреть и скачать статью в формате PDF можно по ссылке на нашем канале в ВК