CC BY
85
технологии, рожденные химией
Фосфорные удобрения для высоких урожаев
Основную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, особенно зерновых, играют фосфорсодержащие удобрения. Низкое содержание в почве подвижного фосфора и невысокие дозы его внесения снижают агрохимическую эффективность применения азотных и калийных удобрений, что уже наблюдается в Беларуси.
Яюдмила Овсеенко,
замдиректора по научной и инновационной работе ИОНХ НАН Беларуси, кандидат химических наук
Вячеслав шевчук,
завотделом минеральных удобрений ИОНХ НАН Беларуси, доктор химических наук
Недостаток фосфора влечет нарушения природного равновесия элементного состава в почве и растениях, приводит к избыточному накоплению нитратов в культурах и высвобождению ряда тяжелых металлов и токсичных элементов, которые загрязняют продукты питания и воду. Использование NPK-удобрений на почвах с содержанием подвижного фосфора более 200 мг Р2О5/кг повышает урожай сельскохозяйственных культур даже в экстремальных климатических условиях (засуха, заморозки).
В Беларуси фосфорные удобрения выпускает Гомельский химический завод (ГХЗ), его мощность - 165 тыс. т 100%-ного Р2О5 в год. Основные виды производимых
фосфорсодержащих удобрений: суперфосфат аммонизированный, аммофос, сложно-смешанные NРК-удобрения. Прогнозируется, что потребность в них уже в ближайшее время возрастет до 300 тыс. т действующего вещества. Это существенно превышает возможности предприятия даже при условии достаточных поставок сырья и полной загрузки. Республика ежегодно вынуждена импортировать значительные объемы фосфорсодержащих комплексных удобрений.
Анализ ситуации, складывающейся на мировом рынке, позволяет выделить ряд негативных тенденций, которые будут оказывать существенное влияние на производителей и потребителей фосфорсодержащих удобрений. Во-первых, экспорт фосфатного сырья традиционными поставщиками и увеличение его доли переработки местными производителями фосфорных удобрений снижается. Во-вторых, ухудшается качество сырья в результате истощения месторождений высококачественных руд. В-третьих, возникнет дисбаланс между спросом и предложением за счет уменьшения темпов роста добычи фосфатов при одновременном увеличении спроса на фосфорсодержащие удобрения.
Например, до 1990 г. основным источником сырья для Гомельского химического завода являлся апатитовый концентрат Хибинского месторождения (Россия), который содержит 39,4% Р2О В новых
экономических условиях его поставка на промплощадку ГХЗ сопряжена с рядом ограничений, в том числе по стоимости: цена 1 т концентрата за последние 10 лет возросла в 5 раз. Кроме того, разведанные запасы хибинских апатитов на грани исчерпания. Тенденция с ухудшением обеспечения Беларуси высококачественным фосфатным сырьем будет нарастать.
В то же время стоит задача увеличить объемы поставки в сельское хозяйство минеральных удобрений, и прежде всего фосфорных и комплексных, не менее чем на 10% в год. Исходя из этого, на Гомельском химическом заводе их производство собираются довести до 500 тыс. т, на ОАО «Беларуськалий» - до 300-350 тыс. т.
Опыт работы по решению проблемы обеспечения республики фосфатным сырьем в течение последних пяти лет показывает, что применение традиционных методов здесь малоэффективно. Время требует новых подходов.
Один из них - вовлечение в переработку бедного фосфатного сырья - фосфоритов. В Беларуси предварительно разведаны два их месторождения в Могилевской области: Мстиславское и Лобковичское, поисково оценены Ореховское и Приграничное в Брестской области.
В ИОНХ НАН Беларуси разработана схема обогащения мытых желваковых фосфоритов Мстиславского месторождения. В результате проведенных исследований установлены серьезные проблемы, обусловленные сложным химико-минералогическим составом желваковых фосфоритов, тонкой вкрапленностью фосфатов с железосодержащими минералами, наличием глинистых и других вредных примесей, осложняющих флотационный процесс обогащения. Это приводит к
тема номера
значительным колебаниям качественно-количественных показателей процесса обогащения фосфоритов, пенообразова-нию флотационных пульп и вследствие этого - к высоким удельным расходам флотореагентов и низкой эффективности процессов обезвоживания продуктов после обогащения.
Кроме того, использование фосфоритов Мстиславского месторождения серьезно осложняется в связи с отсутствием приемлемых с экономической точки зрения методов добычи руды из-за большой обводненности и значительной глубины залегания - около 40 м. В то же время расположенное рядом Полпинское месторождение в Брянской области имеет гораздо лучшие характеристики: глубина залегания - около 3 м, отсутствие обводненности, более высокое содержание Р205 - около 20% после отмывки. Работы по обогащению и переработке фосфоритов Лобковичского и Ореховского месторождений в Республике Беларусь не проводились.
Учитывая слишком высокую цену вопроса, делать ставку только на белорусские фосфориты опасно. Из-за сложных условий залегания и низкого качества они могут оказаться неконкурентоспо-
собными. Для устойчивого обеспечения Гомельского химзавода фосфатным сырьем, а сельского хозяйства Беларуси - фосфорными удобрениями требуется провести комплексные исследования и разработать технологии переработки как местного сырья - белорусских фосфоритовых руд Мстиславского, Лобковичского и Ореховского месторождений, - так и сырья из ближнего и дальнего зарубежья. До сих пор систематические исследования по этой тематике не выполнялись, существует необходимость изучения фосфатного сырья России, Казахстана, Венесуэлы, Марокко, Сирии, Алжира.
В России имеются значительные запасы фосфоритов удовлетворительного качества. Наиболее крупные месторождения - Егорьевское (Московская обл.), Полпинское (Брянская обл.), Вятско-Камское (Пермская обл.). Баланс производства и потребления фосфатного сырья у наших соседей неустойчив, несмотря на наличие высококачественных хибинских и ковдорских апатитов. Головной институт России по фосфорным удобрениям (ОАО «НИУИФ») уже многие годы проводит широкие технологические и агрохимические исследования по вовлечению в промышленную пере-
работку фосфоритов - с целью выпуска фосфорных и фосфорсодержащих (комплексных) минеральных удобрений.
Результаты проведенных промышленных испытаний на Гомельском химическом заводе технологии производства аммонизированного суперфосфата марки N : Р205 = 8 : 30 с использованием 10%-ной (по Р205) егорьевской фосфоритной муки подтв2ер5ждают практическую возможность вовлечения низкосортного фосфатного сырья в производство азотно-фосфорных удобрений. Однако выявлены серьезные проблемы, связанные со значительным абразивным износом некоторых элементов технологического оборудования, обильным пенообразованием, большим пылеуносом фосфоритной муки, что обусловлено значительным содержанием в фосмуке нерастворимых примесей -кремнезема, карбонатов и др. Процесс дообогащения фосфорита может их минимизировать.
Казахские месторождения в Каратау содержат огромные запасы фосфоритов. Их испытание в процессе получения фосфорной кислоты на Гомельском химзаводе опытной партии (1090 т) в качестве добавки (до 20%) к основному фосфатсо-держащему сырью - ковдорскому апатитовому концентрату - показали, что из-за низкого содержания оксида фосфора (24,5%) и высокого содержания примеси оксида магния (1,4%) происходит резкое снижение технико-экономических показателей данного процесса: увеличение расходов серной кислоты, сжатого воздуха и электроэнергии. Полученные результаты свидетельствуют, что использование казахстанских фосфоритов у нас возможно только в ограниченном объеме. Для увеличения объема их применения необходимо разработать технологию обогащения, позволяющую получать фосфоритовый концентрат с содержанием оксида фосфора не менее 28%.
С 2007 г. ОАО «Белгорхимпром» сотрудничает по контракту с компанией «Пекивен», разрабатывая ТЭО целесообразности освоения месторождения фосфоритов Венесуэлы. В этой связи необходимо создать совместное предприятие по добыче, обогащению и переработке венесуэльских
16 НАУКА И ИННОВАЦИИ №6(100) Июнь 2011
технологии, рожденные химией
фосфоритов с последующей поставкой фосфорной кислоты на Гомельский химический завод для получения комплексных удобрений.
В Марокко, Алжире и Сирии сосредоточены крупнейшие месторождения фосфатного сырья достаточно высокого качества. Гомельский химический завод проводит испытания партий, полученных из данных регионов. Возможность уменьшения экспорта фосфорных удобрений ведущими мировыми производителями требует активизации работы как специалистов завода, так и научных организаций по совершенствованию технологических процессов получения фосфорных и комплексных удобрений с целью увеличения конкурентоспособности отечественной продукции и сохранения позиций на внешнем рынке.
В России и ряде стран ближнего и дальнего зарубежья отсутствуют эффективные технологии переработки низкокачественного фосфоритового сырья. Поэтому необходим крупный комплексный инновационный проект по разработке и опытно-промышленному освоению фосфоритов. Он должен включать в себя ряд основных блоков:
• разработку технологии обогащения белорусских и зарубежных фосфоритов;
• переработку обогащенных фосфоритов;
• агрохимические испытания новых форм фосфорных и комплексных удобрений.
Очевидно, что выполнение такого многостадийного проекта в области химических технологий невозможно в виде фрагментарных заданий государственных научно-технических программ, в которых, как правило, отсутствует один из основных этапов - создание модельных, пилотных, опытно-промышленных установок и проведение соответствующих испытаний на них. Как показывает международная практика, этот этап требует гораздо больших временных и финансовых затрат, нежели выполнение НИОКР. Но без него невозможно решение серьезных научно-технических проблем. Это основная причина трудностей внедрения крупных разработок в производство.
Фосфориты Мстиславского месторождения
Одно из направлений получения новых видов удобрения - разложение фосфоритов пониженными нормами расхода кислот - фосфорной, серной, азотной - или их смесями, кислыми растворами сульфата аммония и др., то есть неполное разложение фосфоритов без образования отходов в виде фосфогипса. Данный метод перспективен для организации производства комплексных удобрений в ОАО «Беларуськалий». Агрохимическая эффективность таких удобрений, по данным исследований, практически не уступает традиционным фосфорным удобрениям. Одновременно может быть достигнута существенная экономия дорогостоящей фосфорной кислоты, получаемой и используемой при выпуске традиционных удобрений.
Имеющийся в республике научно-технический потенциал позволяет обеспечить при определенных условиях выполнение проекта «Разработка и опытно-промышленное освоение технологий обогащения и переработки бедного фосфатного сырья (фосфоритов) и получения комплексных удобрений на их основе». Он даст возможность внедрить в промышленном масштабе целый ряд технологий: по обогащению фосфоритов, производству фосфорной кислоты, комплексных удобрений, в том числе - из
активированных кислотами фосфоритов, обогащенных комплексонатами микроэлементов с высокими агрохимическими характеристиками. Реализация проекта обеспечит возможность экспорта на зарубежные рынки полноценных промышленных технологий с вводом объектов «под ключ» и создания совместных предприятий по обогащению и переработке фосфоритов в других странах.
Вопросы производства фосфорных и комплексных удобрений тесно взаимосвязаны - без решения проблемы обеспечения Беларуси фосфорными удобрениями невозможно организовать в полном объеме выпуск комплексных удобрений.
Чтобы эффективно и быстро (за 3 года) реализовать предлагаемый проект, следует разработать комплекс мероприятий и внести изменения и дополнения в существующую нормативно-правовую базу, регламентирующую организацию научно-технологического сопровождения работ в области химических технологий, включая вопросы материально-технического обеспечения, создания и эксплуатации опытных, модельных и опытно-промышленных установок, а также меры стимулирующего характера для разработчиков и производителей продукции.
