CC BY
68
© М.Ж. Битимбаев, Н. Жалгасулы, З.У. Ергусаев, А.Г. Мамонов, А.С. Кадук, 2002
УДК 622.004.67
М.Ж. Битимбаев, Н. Жалгасулы, З.У. Ергусаев,
А.Г. Мамонов, А.С. Кадук
БИОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ И ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА
В
ажной практической целью горнотехнической и биологической рекультивации является сокращение разрыва между началом отчуждения земель и их последующим использованием в преобразованном виде.
Продолжительность периода биологической рекультивации обычно составляет 15-30 лет. Процесс биологической рекультивации заканчивается только в том случае, если содержание гумуса в новой почве будет соответствовать условиям нормального произрастания высаженных растений. Однако этот срок можно значительно сократить, если на подготовленные горнотехническими способами нарушенные земельные отводы наносится слой полезного ископаемого органического происхождения, в частности бурого угля.
В Центрально-Казахстанском регионе имеется ряд месторождений бурого угля. Примером таких месторождений является Кияктинское буроугольное месторождение. Угли этого месторождения по теплотворной способности и зольности являются удовлетворительными. В то же время специфический вещественный состав этих углей позволяет получать из них продукты, которые могут быть использованы для повышения плодородия земель и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, в том числе и в районах деятельности горно-обогатительных производств.
Кроме угля на месторождении "Ки-якты" товарным продуктом является гумус, который можно использовать в качестве органоминерального удобрения в сельскохозяйственном производстве. В толще вскрышных пород имеется прослоек богатый органическими веществами - гумусом. Мощность гумусового
прослойка до 2,0 м, глубина залегания 37 м. Запасы только в центральном участке месторождения около 3,5 млн т.
Возможный объем попутной добычи гумуса при производстве вскрышных работ от 5 до 24 тыс. т в год. Около 5 тыс. т гумуса уже заскладировано в отвале.
Кияктинский гумус - высокомолекулярное темноокрашенное мелкодисперсное органическое вещество, состоящее из гуминовых кислот, образовавшихся в результате гумификации продуктов разложения органических остатков. Гумус богат микроэлементами для питания растений. Установлено, что содержание гумуса в нем примерно вдвое превышает содержание его в тучных черноземах. Содержание тяжелых металлов ниже допустимых пределов.
В связи с проблемой воспроизводства плодородия нарушенных горнодобывающими предприятиями земель аридной зоны Казахстана остро встает проблема изыскания новых экологобезопасных органоминеральных удобрений и регуляторов роста растений.
Многочисленными лабораторными, вегетационными, полевыми и производственными экспериментами, проведенными в разных странах мира, показана высокая агрономическая активность природно-окисленных углей и особенно углегуминовых препаратов, полученных на основе окисленных бурых углей, выделением из них гуминовых кислот.
Установлено, что гуминовые кислоты способствуют влагоемкости почв, их комковатости, буферности, улучшению поступления минеральных веществ в растения, концентрации углекислоты вокруг корней. Соли одновалентных металлов гуминовых кислот, поступая в клетку при низких концентрациях, стимулируют всхожесть и энергию прорастания семян, образование и рост корней и подземной части растений, рост и
жизнедеятельность почвенных организмов, ускоряют сроки созревания.
Перспективным и более простым направлением использования углей с высоким содержанием гуминовых кислот является получение гуминовых препаратов. Однако до настоящего времени ни одна из многочисленных технологий выделения гуминовых кислот из твердых горючих ископаемых не доведена до промышленного производства, т.к. не были отработаны основные требования к угольному сырью, не определены соотношения Т:Ж, концентрация щелочи, фракционный состав исходного угля и продолжительность обработки его растворами щелочи и т.д.
Авторами разработана технология выделения гуминовых кислот и получения гумата натрия, заключающаяся в обработке бурых полуокисленных углей, просеянных через сито с отверстиями
2,0-3,0 мм раствором каустической соды при температуре 18-36 °С.
На 1 т измельченного сырья в среднем расходуется от 350 до 400 л рабочего раствора каустической соды. Обработанное сырье укладывают в бурт высотой 50-70 см, герметично закрывают полиэтиленовой пленкой для предотвращения испарения и выдерживают в течение 12-15 ч. В течение этого периода происходит декриптация угля, расщепление соединений и перевод микроэлементов в подвижное состояние, что способствует усвояемости этих элементов растениями. Затем полученный препарат направляется на сушку при температуре 40-50 °С до влажности 18-22%. Эта технология получения так называемого балластного гуминового препарата, когда биологически активные вещества не отделяются от всей угольной массы. В балластных гуматах содержится до 60-70% остаточного исходного сырья. Их применение создает трудности связанные в частности засорением почвы, особенно в условиях защищенного грунта. Технология получения без-балластных гуматов предусматривает проведение следующих операций: механическая очистка исходного сырья от посторонних включений, дробление исходного сырья до необходимой крупности с одновременной просушкой, обработка полученной массы щелочным раствором с концентрацией от 1 до 10 % в течение 2-10 ч и соотношением Ж:Т от 5 до 10 при температуре среды 60-80 °С, отделение твердого остатка, осаждение серной кислотой, фильтрация с промыв-
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПРЕПАРАТА ККМ-1 НА УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В РАЗЛИЧНЫХ ПОЧВЕННО-МЕЛИОРАТИВНЫХ УСЛОВИЯХ ЗА 1990-1996 ГГ
Культуры Почвы Площадь, га Урожайность, ц/га
до загрязнения после загрязнения при внесен. гу-мин. преп.
Ячмень Такыровидная ii5 i2,7 8,9 i7,8
Пшеница Слабосолонцеватый 3959 i6,5 i3,2 i6,i
Кукуруза Среднесуглинистый iGG 5G,4 4G,3 49,6
Картофель Слабозасоленный 3,G iG2,8 7i,95 i34,6
Лук Среднесуглинистый G,3 482,8 342,8 476,47
кой, сушка, размол, просеивание, упаковка.
В настоящее время существует несколько способов, позволяющих физическими методами интенсифицировать процесс получения безбалластных гу-миновых препаратов, к ним относятся вибропомол в среде гидроокиси натрия, низкочастотное акустическое воздействие и изостатическая обработка исходного сырья давлением. Обработка исходного сырья воздействием низкочастотного акустического поля позволяет выделить гуматы в течение короткого времени без термического воздействия.
Технология получения препаратов заключается в следующем. Исходное сырье (бурый уголь и органоминеральная прослойка) очищается от посторонних включений (камней, органических остатков и т.п.) с помощью систем сит и подается в сушилку. Затем очищенное и подсушенное исходное сырье поступает в вибромельницу. В вибромельнице вся масса доводится до крупности 2-6 мм. Обработанная таким образом смесь подается в экстракторы, в которых подвергается воздействию инфразвуковых излучателей в течение 5 мин при частоте колебаний 15-20 Гц и температуре смеси 20-25 °С. Здесь смесь подается из экстракторов в вакуум-сушилку и выдерживается в ней в течение 30 мин при температуре 40-60 °С. Из вакуум-сушилки полученный препарат поступа-
ет в весовой дозатор, развешивается и упаковывается во влагонепроницаемую упаковку. Разработанная технология получения гуминового препарата из бурых углей и органо-минерального прослойка месторождения "Киякты'' позволяет извлекать гумат из исходного сырья до 96 %.
Препарат выпускается в форме растворимого порошка темного цвета, нетоксичен, не нуждается в гигиеническом нормировании. Его можно обогащать микро- и макроэлементами (сернокислый цинк, сернокислое железо, сернокислый кобальт, сернокислая медь, молибденово-кислый аммоний, аммофос, калий сернокислый) путем распыления растворов перед стадей сушки в вакуум-сушилке. Обогащение микроэлементами идет при следующем содержании ингредиентов (мас. %): гуминовые кислоты 30,0-50,0; фосфор 0,03-0,15; цинк 0,10-0,40; железо 0,100,30; натрий 15,0-20,0; калий 0,03-0,10; молибден 0,05-0,21; кобальт 0,01-0,06; медь 0,01-0,06; азот общий 2,0-4,0; вода
18,0-22,0.
Разработанный препарат был испытан в регионах горно-обогатительных предприятий Казахстана при возделывании различных сельскохозяйственных культур. Анализ состояния почв удаленных на большие расстояния от источников загрязнения земель, отвалов вскрышных пород и подсыхающих уча-
стков хвостохранилищ, карьеров и других объектов гор-но-обогатитель-ных предприятий, показал, что пыль, накапливаясь в почвах, обедняет их, нарушает тепло и вла-гообмен, что приводит к снижению урожайности и даже к гибели растений.
В таблице приведены результаты статистического анализа урожайности зерновых (ячмень, пшеница, кукуруза) и овощных культур (картофель, лук) до загрязнения почв пылью горнообогатительных предприятий в Актю-бинской, Акмолинской, бывшей Жез-казганской областях, при загрязнении и после внесения гуминовых препаратов, получаемых по разработанной авторами технологии из бурых углей Кияктинско-го месторождения.
Как видно из результатов исследований, приведенных в таблице, при загрязнении почв снижается урожайность как зерновых, так и овощных культур на 20-30%.
При внесении в почву гуминовых препаратов урожайность ячменя повысилась на 40% от первоначального, а картофеля на 30%. Урожайность пшеницы и кукурузы достигла первоначального уровняв 16 ц/га и 50 ц/га соответственно, а урожайность лука повысилась на 10% и составила 476,5 ц/га против 342,8 ц/га на загрязненной почве.
Таким образом, авторами доказано, что комплексное решение задачи снижения экологического риска деятельности горно-обогатительных предприятий позволит восстановить биологическое равновесие в природе, и не только восстановить плодородие нарушенных земель, но и повысить урожайность сельскохозяйственных культур в кратчайшие сроки.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Битимбаев М.Ж., Жалгасулы Н., Ергусаев З. У. - Институт горного дела им. Д.А. Кунаева. Мамонов А.Г., Кадук А.С. - ТОО НПФ «Урожай», Республика Казахстан.
