CC BY
46
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 658.262
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОГАРКОВ УГЛИСТЫХ КОЛЧЕДАНОВ И СУЛЬФАТА ЖЕЛЕЗА КАК ИСТОЧНИКОВ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ
А.М. Васильев, кандидат технических наук ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»
В статье обоснована эффективность использования огарков углистых колчеданов и сульфата железа как источников микроэлементов плодородия почв. В настоящее время это является особенно актуальным, так как снижение плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения достигло критически низкого значения в отдельных регионах нашей страны. На основании проведенного технологического анализа подтверждена целесообразность применения предлагаемого подхода как результата частичной диверсификации предприятий энергетической отрасли.
Ключевые слова: огарки углистых колчеданов, сульфат железа, плодородие почв, технология, энергетическая отрасль.
При обжиге колчеданов образуется относительно большое количество огарков, определяемое, в основном, содержанием серы и углерода. Чем больше этих выгораемых компонентов, тем меньше и количество отходов. Так, при содержании серы и углерода в сухом углистом колчедане (УК) (массой 1 т), равным 30 % и 5 % соответственно, количество огарка составляет 760 кг; а при 40 % S - 690 кг. Большое количество материала образуется и при прокалке одноводного сульфата железа (ОСЖ): теоретически (согласно реакции
разложения) - 470,6 кг/т. В таблице 1 приведены данные расчета количества отходов, образующихся при обжиге шихты, состоящей из УК с различным содержанием серы и углерода, и FeS04•Н20, взятых в различных соотношениях.
Таблица 1 - Выход продукта и огарка при обжиге составов УК
Г орючие компоненты колчедана, % (масс.) Выход, т/т
FeS2 С Н^04 (моногидрат) огарок
45 (флотационный колчедан) - 1,36 0,72
40 5 1,21 0,69
10 1,21 0,64
38 5 1,15 0,71
10 1,14 0,65
35 5 1,05 0,73
10 1,06 0,67
33 5 0,99 0,74
10 0,99 0,69
30 5 0,89 0,76
10 0,90 0,71
28 5 0,83 0,77
10 0,83 0,72
25 5 0,74 0,79
10 0,74 0,74
20 5 0,58 0,83
10 0,58 0,77
Представленные в таблице 2 данные указывают на необходимость и с экологических, и экономических позиций решать проблему утилизации огарков, образующихся при обжиге углистых колчеданов (индивидуально и в сочетании с одноводным сульфатом железа).
В этой связи возникает логический вопрос: не могут ли огарки, образуемые в результате обжига УК (индивидуально) или в сочетании с ОСЖ, подобно пиритному огарку, служить источниками микроэлементов почвенного плодородия? Для ответа на этот вопрос были предварительно изучены составы указанных веществ (по методике [3] и с учетом рекомендаций [4]), после чего расчетным путем определен химический состав огарков, полученных при обжиге их смесей.
Таблица 2 - Выход огарка при обжиге 1000 кг сухой шихты с различным
соотношением углистого колчедана и одноводного сульфата железа
Состав шихты, % масс. Выход огарка, кг
Углистый колчедан (УК) FeS04•H20 5 % С 10 % С
— 100 470,6
УК (25 % S) 100 — 790 740
80 20 726 686
60 40 662 632
50 50 630 605
40 60 598 578
20 80 534 524
10 90 503 498
УК (30 % S) 100 — 760 710
80 20 702 662
60 40 644 614
50 50 615 590
40 60 586 566
20 80 528 518
10 90 500 495
УК (35 % S) 100 — 730 670
80 20 678 630
60 40 626 590
50 50 600 570
40 60 574 550
20 80 522 510
10 90 497 491
УК(40 % S) 100 — 690 640
80 20 646 606
60 40 602 572
50 50 580 555
40 60 558 538
20 80 514 504
10 90 493 488
Результаты представлены в таблице 3 и 4. Анализ полученных данных показывает, что огарок УК содержит довольно большое количество оксида меди (15-19 кг/т в зависимости от содержания в нем серы) и цинка (~ 4 кг/т). Остаток от прокаливания ОСЖ, помимо Fe203 (железное удобрение), содержит оксиды фосфора (~ 0,7 кг/т), магния (~ 1,4 кг/т) кальция (8,5 кг/т). Последний компонент является почвенным структурообразователем. Таким образом, смешанный огарок (независимо от содержания серы в углистом колчедане) является носителем оксидов меди, цинка, фосфора, магния и калия.
Такая мелиоративно-удобрительная смесь имеет следующий состав по макромикроэлементам (%): К2О - 3,47; CuO - 0,65; ZnO - 0,17; MgO - 0,9; CaO - 2,1; SiO2 - 38,8; Fe2O3 - 44,4. При внесении такой смеси (из расчета 1 т/га) в почву поступит 34 кг К2О; 6,5 кг CuO; 1,8 кг ZnO и 4,5 кг MgO.
В целом можно считать, что огарки, полученные в результате обжига углистых колчеданов (как индивидуально взятых, так и в сочетании с сульфатом железа (II)), перспекспективны как местные источники меди, цинка, железосодержащих микроудобрений для орошаемых и богарных почв Ростовской области. Так, например, при обжиге шихты, состоящей на 80 % из УК (35 % S и 5 % С) и 20 % ОСЖ, в количестве 100 тыс. т в год, образуется огарок массой около 67 800 т. Согласно расчетам, в нем будет содержаться (т): СиО ~ 880; ZnO ~ 240; P2O5 ~ 6,78; MgO ~ 14,2; СаО ~ 80; Fe203 ~ 44 770. Если рассматривать такой отход как источник только медьсодержащего удобрения, то, исходя из рекомендаций по использованию в указанных целях пиритного огарка в дозе 5 ц/га [2, 3, 4], таким количеством огарка можно удобрить более 135 тыс. га, т.е. половину орошаемого клина земель Ростовской области.
Оценена агрохимическая активность смеси, состоящей в равных долях из огарка обжига шихты (80 % УК (с содержанием 5 % С) и 20 % ОСЖ) и глауконита.
Меняя в шихте соотношение между углистым колчеданом и одноводным сульфатом железа, можно варьировать в заданном направлении содержание микроэлементов в огарках. Было установлено также, что сочетание огарка и гидролитически кислого азотного удобрения, каковым является сульфат аммония, способствует более быстрому переходу ионов меди (II) в почвенный раствор; это повышает эффективность применения такой композиции на орошаемых землях [2]. Следует указать при этом, что даже отходы углеобогатительных фабрик, в частности зола, содержат ценные для почвенного плодородия макроэлементы (таблица 5).
Таблица 3 - Состав огарка шихты, состоящей из углистого колчедана (20 % Б) и одноводного сульфата железа
(в расчете на 1 т сухого огарка)
Состав шихты, % § я * о о Т5 Содержание ингредиентов, кг
Ре$04Н:0 УК Те203 СаО Ті02 А1;03 М§0 $о3 Р:05 БІО; СиО гпо 0 1 О
100 0 2124 964,46 8,50 2,12 3,82 1,49 6,59 0,70 7,01 - - 5,31
95 5 2046 925,53 7,77 1,94 3,50 1,36 9,30 0,64 40,80 1,64 0,41 7,11
90 10 1974 889,30 7,12 1,79 3,22 1,24 11,83 0,59 72,18 3,16 0,79 8,78
80 20 1843 824,19 5,90 1,47 2,65 1,03 16,39 0,42 128,73 5,92 1,49 11,80
70 30 1729 ?67,2 4,84 1,21 2,18 0,85 20,35 0,40 178,24 8,30 2,07 14,43
60 40 1649 713,05 3,96 0,99 1,78 0,69 14,17 0,33 225,76 10,53 2,63 16,90
50 50 1538 671,9 3,07 0,77 1,38 0,56 26,98 0,26 1260,88 12,30 3,09 18,83
40 60 1457 631,8 2,33 0,58 1,05 0,35 29,78 0,19 295,73 13,99 3,51 20,69
30 70 1385 595,7 1,66 0,40 -0,75 0,29 32,30 0,14 327,04 15,51 3,88 22,38
20 80 1319 562,99 1,06 0,26 0,47 0,18 34,59 0,09 355,44 16,88 4,22 23,88
10 90 1259 533,2 0,50 0,13 0,23 0,09 36,66 0,04 381,24 18,13' 4,55 25,26
5 95 1231 519,2 0,25 0,06 0,10 0,04 37,60 0,02 393,20 18,70 4,68 26,15
0 100 1205 506,02 - - - - 38,55 - 404,82 19,28 5,82 26,51
Таблица 5 - Среднее содержание (%) макрокомпонентов в золе отходов обогащения ([1, 2], извлечения)
Производственное объединение Число фабрик Компоненты, %
SiО2 А12Оз Fe2Oз СаО MgO
Г уковуголь 5 56,0 20,8 10,4 2,4 2,7
Ростовуголь 10 58,4 22,2 10,3 1,3 2,4
Донецкуголь 2 53,5 16,2 12,7 5,9 3,4
В настоящее время успешно апробированы, причем в достаточно крупных масштабах, следующие направления утилизации указанных отходов [1, 2]:
использование для производства строительных материалов, в том числе цемента, кирпича, керамики, заполнителей бетона; применение в строительстве дорог и гидротехнических сооружений; использование для повышения плодородия некоторых типов почв. В последнем случае, например, при внесении 2-3 т углеотходов на 1 га отмечено увеличение урожайности озимой ржи на 15-20 %, различных видов многолетних трав на 15-30 %.
Вышеизложенное указывает на целесообразность глубокой переработки углистых колчеданов: помимо получения серной кислоты, широкое применение могут найти и огарки. Это весьма важно, так как при обжиге, например, 1 т сухого углистого колчедана с содержанием 40 % S и 5 % С образуется почти 0,7 т огарка. В нем находится почти 80 кг алюминия и 7 кг магния. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в Ростовской области имеются сырьевые источники, представляющие практический интерес для производства на их базе азотных удобрений широкого ассортимента, а также серной кислоты. Особый интерес представляют углистые колчеданы - крупномасштабные серосодержащие отходы углеобогащения. Наиболее доступными из них являются воздух (для получения из них азота и кислорода) и вода (электролитические водород и кислород). Диоксид углерода (сырье для получения карбамида) можно извлекать из дымовых газов предприятий, сжигающих в качестве топлива природный газ. Одним из таковых может быть Волгодонская ТЭЦ. На основании выполненной оценки местных источников микроэлементов плодородия установлено, что перспективным источником цинка могут служить отходы металлургических предприятий (доменная пыль), а также производства стальных труб; источником марганца - фосфатшлаки, образуемые на предприятиях ферросплавов, в частности заводе «Азовсталь»; источниками меди - пиритные огарки сернокислотного производства (г. Каменск), медный лом и отходы меди, образующиеся на промышленных предприятиях и в быту. Целесообразно сочетание указанных отходов с гидролитически кислыми азотными удобрениями (сульфатом аммония или аммиачной селитрой), в результате ускоряется переход микроэлементов в наиболее эффективное в агрохимическом отношении состояние - ионное. На основании вышеизложенного представляется возможным сделать вывод, что назрела необходимость создания специализированного производства микроэлементных смесей в интересах сельского хозяйства Ростовской области; оно может быть организовано в рамках проекта диверсификации АЭС и угольных ТЭС.
Библиографический список
1. Агрохимия [Текст]/ Под ред. П.М. Смирнова и А.В. Петербургского. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1975. - 512 с.
2. Диверсификация базовых предприятий энергетики в целях устойчивого развития АПК региона (на примере Ростовской области) [Текст] : монография / А.М. Васильев [и др.]; под ред. В. В. Гутенева. - Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2010.- 291 с.
3. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды [Текст] / Под ред. Л.К. Исаева. - СПб: эколого-аналит. информ. центр «Союз», 1998. - 896 с.
4. Попов, Н.А. Катализаторы для экологической технологии серной кислоты из углистых колчеданов [Текст] : дис. к. т. н. / Н.А. Попов. - Новочеркасск, 2007. - 190 с.
E-mail: alex_vasiliev777@mail.ru
