CC BY
31
ЭКОЛОГИЯ (ПО ОТРАСЛЯМ)
ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗАСОЛЕННЫХ ПЕСКОВ КОК-ДАРЬИ АРАЛА С ПОМОЩЬЮ КОМПОЗИЦИЙ-ЗАКРЕПИТЕЛЕЙ
Кулдашева Шахноза Абдулазизовна
канд. хим. наук, старший научный сотрудник-соискатель института Общей неорганической химии АНРУз,
100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбек 77а E-mail: ecology. [email protected]
CHEMICAL SEALING OF DRY SALT SAND OF KOK-DARYA OF THE ARAL SEA DUE
TO COMPOSITIONS-FIXING AGENTS
Shakhnoza Kuldasheva
candidate of Chemical Sciences, senior research scientist- applicant of Institute of the Common inorganic chemistry of Uzbekistan Academy of Sciences,
100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek St. 77a
АННОТАЦИЯ
Показана возможность образования водопрочной структуры в дисперсиях засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Арала с помощью композиций-закрепителей водорастворимого полимера МПК-1 с древесными опилками. Установлено, что при концентрации водного раствора полимера МПК-1 0,5 и 0,7% и их композиции с древесной опилкой прочность возникшей структуры удалось повысить до 2,13-2,59 МПа для концентрации полимера 0,5% и до 2,95-3,12 МПа для концентрации полимера 0,7%, а также числа ВПА 64,33-70,63% и 71,4677,93%, соответственно.
ABSTRACT
The possibility of water-stable structure formation in dispersions of dry salt sand of Kok-Darya of the dried bottom of the Aral Sea by the compositions-fixing agents of the soluble polymer of the MPK-1 with sawdust is shown. It is set that under the concentration of aqueous solution of 0.5 MPK-1 and 0.7% polymer and their compositions with sawdust, the solidity of arising structure is increased to 2,13-2,59 MPa for polymer concentration of 0.5% and up to 2, 95-3,12 MPa for 0.7% polymer concentration, and the number of 64,33-70,63% VPA and 71,46-77,93%, respectively.
Ключевые слова: закрепитель, водорастворимый полимер, древесная опилка, засоленные пески, реагенты, производственные отходы.
Keywords: fixing agent; water-soluble polymer; sawdust; dry salt sand; reagents; industrial wastes.
Введение. Химическая мелиорация подвижных засоленных песков и почвогрунтов - это наука о пустынях, призванная исследовать закономерности природных процессов аридной зоны, целенаправленно влиять, а со временем и управлять этими закономерностями. Для решения глобального вопроса экологии осушенного дна Аральского моря и Приа-ралья выполнение комплекса работ по закреплению опустыненных заселенных песков и почвогрунтов предполагает поиск дешевых, нетоксичных и доступных реагентов-закрепителей.
Цель работы. Закрепление засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Аральского моря с использованием новых комплексных добавок-закрепителей (реагенты и производственные отходы), которые будут способствовать созданию на небольших поверхностных толщах песков прочной водостойкой структуры (корка почвы способная удерживать корневую систему растений) в сочетании химического
закреплении с фитомелиорацией. Это позволит использовать данные площади для посева солестойких растений, а также резко сократить запесочивание и засоление соседних плодородных земель вследствие ветровой эрозии.
Объекты и методы. Выполнение комплекса работ по закреплению опустыненных засоленных песков осушенного дна Аральского моря предполагает поиск дешевых, нетоксичных и доступных реагентов-закрепителей. В качестве объектов исследования были использованы пески, взятые в районе реки Кок-Дарьи (осушенное дно Аральского моря - 200 км от Нукуса). Образцы отбирались на глубине 0-5 см. Они отличаются между собой в основном содержанием водорастворимых солей.
Результаты исследований минералогического и химического составов засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Арала показали, что образцы засо-
Библиографическое описание: Кулдашева Ш.А. Химическое закрепление засоленных песков Кок-Дарьи Арала с помощью композиций-закрепителей // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2016. № 12(30). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/4009
ленных песков побережья Кок-Дарьи полиминерали-зованы. Преобладающими из водорастворимых солей являются хлориды и сульфаты натрия. Модуль крупности песка - 0,85, содержание водорастворимых солей -1,9 %; в качестве примеси к кварцу отмечены: полевые шпаты и кальциты. По гранулометрическому составу в песке Кок-Дарьи преобладают частицы 1,00-0,05 мм, общей химический анализ песка Кок-Дарьи составляет: SiO2 - 89,24%, Al2Oз-2,36, Fe2Oз-1,89, S0з-0,11, CaO-1,11, Mg0-0,95, ^-1,85, Na2O-1,37.
Закрепление засоленных песков побережья Кок-Дарьи Арала с использованием комплексных добавок-реагентов и промышленных отходов будет способствовать созданию на небольших толщах прочной водостойкой структуры. Путем химического закрепления поверхности частиц твердой фазы добавками закрепителями получена механическая и водопрочная структура в песчаной дисперсии. Для закрепления песков и почвогрунтов представляют интерес комбинированные добавки из минеральной и органической составляющих.
В соответствии с поставленными в работе задачами был использован комплекс методов исследований. К ним относятся группы методов, позволяющих исследовать физико-химические свойства подвижных песков; процессы образования структур в водных дисперсиях закрепителя; взаимодействие песка со структурообразователями; изменение прочности контактов между частицами песка; механические, температурные, водно-физические, ветровой эрозии и другие свойства полученных защитных покрытий.
Водостойкость структуры характеризовали проведенными нами исследованиями для песков Ка-захдарьи в работах [5, p. 314-320.], содержанием водопрочных агрегатов (размером более 0,25 мм) по методике Павлова [1, с. 273].
В результате проведенных исследований показано, что кривые дифференциального термического анализа песка Кок-Дарьи различаются по эндоэффек-там. При температуре 90-1500С наблюдаются одинарные или двойные эндотермические эффекты, что обуславливается выделением гигроскопической воды. Общая потеря веса для песка Кок-Дарьи, величина потерь веса по термограммам имеет незначительные значения и составляет от 0,75 до 2,20%. На рентгенограммах образцов ярко выражены линии гидрослюды, каолинита, кварца, полевого шпата и других минералов (рис. 1).
Исходный порошок воздушно-сухого поч-вогрунта (фр. < 1мм) помещали в чашку Петри, обрабатывали водой или водным раствором, вводили добавку при водо-твердом отношении 1:2 и после двухчасовой выдержки навеску высушивали при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. Агрегатный состав характеризовали количественным содержанием в почве водопрочных агрегатов (ВПА).
Состав фракций крупнее 0,25 мм определяли просеиванием подготовленной указанным способом почвы на ситах в воде. Для этого подготовили ванну (глубокий таз или ведро) с водой и сита с отверстиями в 1 мм и 0,25 мм. Внизу ставится сито с отверстиями в 0,25 мм, а сверху - сито с отверстиями в 1 мм. В таком виде сита погружаются в ванну с водой, уровень которой должен быть не выше 5-6 см над бортом верхнего сита.
Как только взята пипеткой последняя фракция, немедленно почва из цилиндра переносится на сита, установленные в ванне. Для этого цилиндр закрывают стеклянной пластикой, перевертывают на 1800С и погружают в воду над ситами, стеклянную пластику под водой убирают и круговым движением цилиндра равномерно распределяют почву на поверхности верхнего сита.
Когда крупные частицы почвы опустятся на верхнее сито, примерно через одну минуту цилиндр
о
Рисунок 1. Рентгенограмма образца песка Кок-Дарьи Арала
под водой закрывают стеклянной пластикой и убирают его. Затем сита приподнимаются (но не вынимаются из воды полностью), плавными движениями вверх и резкими движениями вниз и так 10 раз встряхиваются в воде. В результате таких движений почва просеивается через два сита. Агрегаты, обладающие прочностью, остаются на ситах, а размытые водой проходят через оба сита в ванну. После этого сита вынимаются, почва с них смывается в фарфоровые чашечки, высушивается сначала на водяной бане (или осторожно на песчаной), а затем в сушильном шкафу при 1050С. Чашечки должны быть предварительно пронумерованы и взвешены на весах.
После высушивания чашки с фракцией охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Результаты вычисляют в процентах к весу сухой почвы:
Х =
а *100 20
где: х - процентное содержание фракции;
а - вес фракции в сухом виде, г;
20 - навеска, взятая для анализа, г.
Эта часть анализа называется макроагрегатным анализом. С его помощью определяют прочные агрегаты размером 0,25 мм и крупнее.
Прочность при сжатии приготовленных кубиков (размером 3х3х3 см) из закрепленного с помощью связующих полимеров песка определяли на гидравлическом прессе - «ГОСТ 10180-90. Методы определения прочности на контрольных образцах».
Экспериментальная часть. Ранее нами в работах [4, р.145-147], предложены определенные типы реагентов-структурообразователей в целях создания искусственных структур в засоленных почвогрунтах и песках. В качестве реагентов-закрепителей были испытаны дешевые промышленные полимеры и производственные отходы. В данной работе путем химического модифицирования поверхности частиц твердой фазы добавками [3, с.58-61] получена механически и водопрочная структура в песчаной дисперсии [2, с.336-339].
Закрепление поверхностного покрова засоленных песков Кок-Дарьи проведены с помощью песок-связующих полимеров (водорастворимый полимер МПК-1 (аналог полимера К-9, полученный путем гидролиза отхода волокна «Нитрон» при температуре 105-П0°С) при концентрации 0,1; 0,3; 0,5 и 0,7%, а также их композиции с древесной опилкой). На закрепленных композицией полимером песка изучена всхожесть солестойких семян (на примере: житняка - Agropyron спБ1а1ут и полыни - Аг1ет1зю fer-ganensis).
При закрепления засоленных песков Кок-Дарьи проводили опыт на поверхности песка водным раствором водорастворимого полимера МПК-1 (продукт непольного омыления полиакрилонитрила в щелочном растворе в мягких условиях), предварительно в песок вносили 0,26 кг/м2 измельченной добавки -древесная опилка, просеянной через сито 0,5 мм, затем эту смесь тщательно перемешивали. Для дальнейшей обработки использовали раствор полимера МПК-1 с концентрацией 0,1-0,7%. Это осуществляли следующим образом. При обработке поверхность песка опрыскивали раствором полимера МПК-1, а в случае посева семян солестойких растений опрыскивание производили после посева. Влияние композиции добавок-закрепителей (полимер МПК-1 и его композиции добавками - древесная опилка) на формирования водопрочных агрегатов - ВПА, а также на величину прочности при сжатии приведены в табл. 1-2.
В табл. 1 приведены результаты по влиянию добавок закрепителей на формирование водопрочных агрегатов (ВПА), а в табл. 2 - на механическую прочность поверхностной корки. Как видно, величина ВПА для песка без добавки-закрепителя составляет низкое значение - 6,31 %.
Опрыскивание поверхности песка водным раствором полимера МПК-1 при концентрации 0,1 и 0,3 % и их смеси с добавками - древесная опилка незначительно способствует повышению прочности структуры и числа ВПА (прочность 0,63 - 0,78 МПа и ВПА 28,46-29,36%) для 0,1%-ного раствора полимера; прочность 1,31 - 1,48 МПа 45,05-48,42% для 0,3%-ного раствора полимера, соответственно). При концентрации водного раствора полимера МПК-1 0,5 и 0,7% и их композиции с древесной опилкой прочность возникшей структуры удалось повысить до 2,13-2,59 МПа для концентрации полимера 0,5% и до 2,95-3,12 МПа для концентрации полимера 0,7%, а также числа ВПА 64,33-70,63% и 71,46-77,93%, соответственно.
Следует также отметить, что наряду с увеличением общего количества водопрочных агрегатов (ВПА), происходит и их перераспределение по размерам. Если для 0,1 %-ного раствора полимера МПК-1 характерно преимущественное образование агрегатов размером 0,25-0,5 мм, то для 0,5% и 0,7%-ного раствора полимера МПК-1 и его композиций с древесной опилкой наоборот, преобладают крупные агрегаты размером > 2,0 мм. Это свидетельствует о том, что при закреплении засоленных песков комплексными добавками поверхностные слои песка переходят из свободно-дисперсного состояния в связно-дисперсные путем формирования структуры корки, состоящей из водопрочных макроагрегатов частиц.
UNIVERSUM:
, ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
Таблица 1.
Влияние добавок закрепителей (полимер МПК-1 и его композиции с древесной опилкой - ДО) на формирование водопрочных агрегатов - ВПА в засоленном песке Кок-Дарьи Арала
№ Композиции добавок-закрепи- Количество ВПА,% по фракциям, мм Сумма Средние
ВПА, значения
п/п телеи > 2,0 2,0-1,0 1,0-0,5 0,5-0,25 % ВПА, %
1 Без добавки - - 1,13 5,12 6,25
2 Без добавки - - 1,18 5,15 6,33 (\
3 Без добавки - - 1,10 5,24 6,34
4 МПК-1 0,1 % 0,83 0,87 3,14 23,62 28,46
5 МПК-1 0,1 % 0,83 0,87 3,14 23,60 28,44 28,46
6 МПК-1 0,1 % 0,85 0,86 3,13 23,63 28,47
7 МПК-1 0,3 % 14,02 7,96 7,02 15,93 44,93
8 МПК-1 0,3 % 13,99 8,03 6,96 15,81 44,79
9 МПК-1 0,3 % 14,02 8,37 7,01 16,02 45,42
10 МПК-1 0,5 % 35,02 10,06 10,02 9,10 64,02
11 МПК-1 0,5 % 35,06 10,08 10,01 9,16 64,31 64,53
12 МПК-1 0,5 % 36,08 10,07 10,05 9,06 65,26
13 МПК-1 0,7 % 41,46 12,12 10,86 7,03 71,07
14 МПК-1 0,7 % 42,15 11,94 11,00 7,06 72,15 71,46
15 МПК-1 0,7 % 40,99 12,07 11,06 7,04 71,16
16. МПК-1 0,1 % + ДО 0,90 1,02 3,30 24,13 29,35
17. МПК-1 0,1 % + ДО 0,95 1,03 3,23 24,17 29,38
18. МПК-1 0,1 % + ДО 0,98 1,05 3,24 24,07 29,34
19. МПК-1 0,3 % + ДО 15,85 8,76 7,23 16,89 48,73
20. МПК-1 0,3 % + ДО 15,76 8,68 7,18 16,77 48,39
21. МПК-1 0,3 % + ДО 15,64 8,58 7,15 16,76 48,13 48,42
22. МПК-1 0,5 % + ДО 38,62 11,03 10,82 10,41 70,88
23. МПК-1 0,5 % + ДО 38,51 11,22 10,47 10,32 70,52 70,69
24. МПК-1 0,5 % + ДО 38,37 11,37 10,51 10,42 70,67
25. МПК-1 0,7 % + ДО 46,00 14,32 10,66 7,16 78,14
26. МПК-1 0,7 % + ДО 45,96 14,34 10,67 7,12 77,59
27 МПК-1 0,7 % + ДО 45,93 14,30 10,63 7,20 78,08 / /,93
Таблица 2.
Влияние добавок-закрепителей (полимер МПК-1 и его композиции с древесной опилкой - ДО) на прочность образцов засоленного песка Кок-Дарьи Арала (вода-твердое отношение 1:4, кубики 3х3х3 см)
Добавки-закрепители Величины прочности при сжатии, МПА
№ п/п Название Концентрация полимера Опытные Средние
1 МПК-1 0,1 0,62
2 МПК-1 0,1 0,63
3 МПК -1 0,1 0,64 0,63
4 МПК -1 0,3 1,31
5 МПК -1 0,3 1,33
6 МПК -1 0,3 1,28
7 МПК -1 0,5 2,12
8 МПК -1 0,5 2,13
9 МПК -1 0,5 2,15 2,13
10 МПК -1 0,7 2,91
11 МПК -1 0,7 2,93
12 МПК -1 0,7 3,02 2,95
13 МПК -1 + ДО 0,1 0,76
14 МПК -1 + ДО 0,1 0,78 П 78
15 МПК -1 + ДО 0,1 0,79 0,78
16 МПК -1 + ДО 0,3 1,46
17 МПК -1 + ДО 0,3 1,48 1,48
18 МПК -1 + ДО 0,3 1,49
19 20 21 МПК -1 + ДО МПК -1 + ДО МПК -1 + ДО 0,5 0,5 0,5 2,56 2,62 2,60 2,59
22 23 24 МПК -1 + ДО МПК -1 + ДО МПК -1 + ДО ООО 7 3,10 3.12 3.13 3,12
Таким образом показана возможность образования водопрочной структуры в дисперсиях засолен-
ных песков Кок-Дарьи осушенного дна Арала с помощью композиций-закрепителей водорастворимого полимера МПК-1 с древесными опилками.
Список литературы:
1. Кауричев И.С. Практикум по почвоведению. - М.: Колос. 1973. - С. 273.
2. Кулдашева Ш.А, Агзамходжаев А.А. Закрепление засоленных почвогрунтов промышленными отходами // Мат. Международной научно-практической конференции «Химия и экология-2015». Уфа, Россия. - 2015. -С. 336-339.
3. Кулдашева Ш.А., Агзамходжаев А.А. . Стабилизация подвижных песков осушенного дна Аральского моря. // Узбекский химический журнал. - Ташкент. - 2014. - № 4. - С.58-61.
4. Kuldasheva Sh., Jumabaev B., Agzamkhodjayev A., Stabilization of moved sands of the exposed aral seabed // Jоumal «Of chemical technology and metallurgy». Bulgaria. 2015. V.50. # 3. P. 314-320.
5. Kuldasheva Sh.A. Zhumabaev B.A., Agzamkhodzhaev A.A., Musaev M.N. Chemical solidification of driving sands of th exposed aral seabed // «European Applied Sciences». Germany. 2014. № 1. P. 145-147.
