CC BY
87
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 3 «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБОГАЩЕНИЯ»
В.И.Брагин, В.И.Брагина, М.В.Верхотуров
Государственная академия цветных металлов и золота, Красноярск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ ПРОЛОНГИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ
Основная часть фосфоритов и апатитов перерабатывается на удобрения, наиболее распространенными из которых во всем мире являются концентрированные, в том числе суперфосфат и двойной суперфосфат, содержащие в своем составе водорастворимый монофосфат кальция СаСЬЬРО^. Эти удобрения получают разложением руд и концентратов серной или фосфорной кислотой.
Существует проблема эффективного использования питательного вещества концентрированных фосфорных удобрений. Обладая высокой растворимостью в воде и достаточно высокой химической активностью, монофосфат кальция при разовых внесениях создает высокую локальную концентрацию фосфора в почвенном растворе и активно вступает во взаимодействие с минералами почв. При внесении в нейтральные насыщенные основаниями почвы он сравнительно быстро превращается в труднорастворимые фосфаты кальция. В этих условиях возможно появление в почвах иммобильного фосфора, неусвояемого растениями. В кислых почвах, богатых полуторными оксидами, могут образоваться слаборастворимые трудноусвояемые оксиды алюминия и железа. В связи с этим, использование фосфора, в основном, не превышает 25% [1].
Одним из путей решения проблемы рационального использования фосфора -создание удобрений пролонгированного
действия. При использовании таких удобрений поступление фосфора в почвенные растворы замедлено, в результате чего увеличивается доля питательного вещества, использованного растениями, относительно фосфора, фиксированного в почве в неусвояемой форме. В настоящее время наиболее распространенное удобрение пролонгированного действия - фосмука, производимая из фосфоритов с высоким содержанием усвояемого Р2О5.
Другой путь эффективного использования фосфорных удобрений - внесение концентрированных удобрений в почву совместно с природными сорбентами, например с углями, в виде органо-минеральных комиостов. В настоящее время окисленные и сажистые угли, имеющие в своем составе до 80% растворимых гуминовых кислот, и таким образом, являющиеся перспективными реагентами для разложения фосфоритов, вынимаются вместе с вскрышной породой и направляются в отвалы. Это вызывает загрязнение окружающей среды продуктами вымываемыми из этих углей карьерными водами и атмосферными осадками.
Известен способ получения органоминерального удобрения (ОМУ), заключающийся в том, что окисленный бурый уголь с содержанием гуминовых кислот 50-80% мае. (от сухого вещества) в количестве 15-30% мае. и двух- или трехкомпонентные минеральные удобрения увлажняют до 45-53%, , смешивают, гранулируют и сушат.
Недостатком такого способа является то, что для получения органо-минерального удобрения используется одно или два уже
готовых удобрения.
Представляет интерес способ получения ОМУ из фосфорита и бурого угля. Процесс получения удобрения состоит из стадий измельчения исходного сырья до размеров 0-2 мм (0.1-0.3 мм) и последующего смешивания. Количество бурого угля, вводимого в состав удобрения, составляет 70-98% от его массы. Гуминовые кислоты, присутствующие среди прочих веществ в бурых углях, являются хелатообразующими агентами. При этом хелатообразование происходит между веществами бурого угля и кальцием сырых фосфатов, благодаря чему растворимость последних и, следовательно, усвояемость растениями увеличивается. Известны и другие технологии получения ОМУ, в том числе, с использованием совместного измельчения компонентов в обычных или энергонапряженных мельницах.
При получении органо-минеральных удобрений обычно достигаются следующие показатели:
• абсолютное содержание усвояемого Р2О5: 3 - 5%
• относительное содержание усвояемого Р2О5 (или степень мобилизации фосфора): 50 - 95%
Низкое абсолютное содержание усвояемого Р2О5 в ОМУ не приводит к низкой эффективности удобрения. Содержания Р2О5 на уровне ниже 8% являются результатом установления равновесия в органо -минеральных системах, близких по качественному составу к почвам. Поэтому содержание фосфора в ОМУ, не превышающее этой величины, является в известной мере залогом достижения высокого уровня использования фосфора растениями. Агротехнические испытания подтверждают высокую эффективность ОМУ, промежуточную между эффективностью простого и двойного суперфосфата, что косвенно подтвержда-
ет низкую степень использования фосфора концентрированных удобрений.
Приведенные результаты получены при использовании в качестве фосфатного компонента ОМУ природных фосфоритов, фосфатное вещество которых представлено гидроксилкарбонатапатитом, обладающим относительно высокой реакционной способностью. Принципиально возможно также получение ОМУ из апатитовых концентратов и фосфоритов, сложенных фторкар-бонатапатитом. Однако, так как эти минералы имеет значительно более прочную кристаллическую решетку по сравнению с гидроксилкарбонатапатитом, необходимо использование использование специальных приемов, обеспечивающих достаточный уровень мобилизации фосфора. Задача достаточно актуальна, т.к. большая часть добываемых фосфатов представлена именно упорными минералами.
В рамках исследований процессов мобилизации и иммобилизации почвенных фосфатов установлен ряд закономерностей, характеризующих равновесие между фосфорсодержащими комплексами в почвенном растворе и твердыми фосфатами. Наиболее полное изложение вопроса имеется в монографии [1]. Экспериментально установлено, что в высокогумусовых почвах гуминовые кислоты склонны к образованию сложных органо-минеральных лигандов, включающих в себя неорганические анионы - сульфат-, дигидрофосфат- и другие, а во внешней сфере - катионы кальция, аммония, железа, алюминия в зависимости от состава почв. Отмечается, что эти сложные лиганды являются причиной мобилизации и повышенной миграционной способности фосфора в условиях высокогумусовых, перенасыщенных фосфором почв. Закономерности мобилизации фосфора в присутствии сложных органо-минеральных лигандов могут быть использованы при разработке методов получения ОМУ из природных фосфатов.
Известен способ повышения химической активности природных фосфатов посредством механоактивации в энергонапряженных аппаратах. Промышленная реализация метода задерживается рядом нерешенных технических вопросов. Исследованиями установлено, что в присутствии воды и растворов механохимические реакции в ряде случаев протекают активнее и в менее жестких условиях [2]. В этой связи представляет интерес совместное использование эффектов взаимодействия природных фосфатов с сложными лигандами с одной стороны и механохимических реакций в присутствии растворов с другой для целей получения ОМУ из отходов угледобычи и апатитовых концентратов.
Для разработки технологии производства удобрения из окисленных углей и апатитовых концентратов проведены исследования по оптимизации состава активирующих добавок и режимов совместного измельчения компонентов. Была разработана формальная математическая модель процесса, позволившая сформировать обоснованный критерий оптимизации, далее обозначаемый цо. Критерий цо имеет физический смысл содержания усвояемого Р2О5 в образующемся комплексе. В экспериментах использованы окисленный уголь Ирша-Бородинского разреза, апатитовый концентрат одного из месторождений Восточной Сибири и растворимые добавки: соли -(ЫН4)2$04, К2Б04, ЫН4ЫОз, кислоты и основания - Нг804, >1Н40Н. Изучалось влияние на процесс типа измельчительного аппарата - шаровой и планетарной мельницы, наличия воды в системе, состава добавки и дозировки угля.
Полученные результаты подтверждают известные данные о повышенной эффективности мобилизации фосфора в условиях энергонапряженного аппарата при отсутствии или при низкой дозировке добавки. Однако при расходах угля, характер-
ных для ОМУ, преимущество активаторов теряется.
Экспериментальные данные показывают, что добавки воды значительно интенсифицируют процесс получения ОМУ в барабанной мельнице, практически не сказываясь при использовании планетарной мельницы. Введение воды и добавок растворимых соединений в шихту ОМУ либо не изменяет, либо даже несколько ухудшает эффективность процесса, проводимого в энергонапряженном аппарате. Те же меры в условиях барабанной мельницы приводят к резкому росту Цо, который в некоторых случаях (добавки сульфата калия и воды) превышает таковой показатель для энергонапряженного аппарата, что позволяет отказаться от применения в технологии ОМУ недостаточно освоенных промышленностью активаторов и реализовать технологию на стандартном измельчительном оборудовании.
Полученные зависимости эффективности процесса от наличия воды в смеси позволяют говорить о значительной роли чисто химического взаимодействия компонентов ОМУ через жидкую фазу системы и, следовательно, о возможности оптимизации процесса получения ОМУ подбором состаьа добавок водорастворимых солей. Варьирование добавок растворимых соединений в условиях сухого процесса получения ОМУ на параметре qo практически не сказывается.
Исследование влияния добавок растворимых соединений показало, что наблюдается сильная зависимость параметра яо от состава добавки. Введение в систему сульфатов калия и аммония резко увеличивает Яо- Нитрат аммония практически идеферек-тен в процессе получения ОМУ. Влияние серной кислоты и аммиака слабо выражено и неоднозначно.
Применение сильной минеральной кислоты в пределах исследованных дозировок не дает значимого эффекта, что косвен-
»о указывает на механизм мобилизации фосфора в ОМУ отличный от основанного на кислом гидролизе апатита с образованием дикальцийфосфата. Зависимости показателя Цо от содержания растворимого соединения в добавке носят экстремальный характер. По степени влияния на показатель Яо ионы добавки можно классифицировать следующим образом (в порядке возрастания):
• катионы: Н+, N4/, К+;
• анионы: ОН', (N03)*, йО^’.
Поскольку качественный состав получаемых ОМУ по основным компонентам близок к составу почвенных систем, то полученные закономерности могут быть интерпретированы с использованием данных о поведении различных ионов в условиях почв. Известно, что гуминовые кислоты почвенного гумуса в присутствии неорганических анионов склонны к образованию сложных органо-минеральных лигандов, играющих значительную роль в мобилизации минеральных и органических компонентов почв. Такие комплексы известны для сульфат-иона и неизвестны для нитрат-иона, что объясняет пониженную активность последнего в процессе получения
ОМУ. Во внешней сфере лиганда могут быть ассоциированы катионы, что объясняет зависимость активности добавки от характера катиона растворимой соли. В связи с этим рост качества ОМУ при внесении растворимых солей может быть объяснен образованием в реакционной смеси ОМУ сложных комплексных анионов, проявляющих большую активность в отношении мобилизации Р2О5 фосфата, чем индивидуальные гуминовые кислоты. В практическом отношении введение растворимых солей в ОМУ означает также расширение спектра питательных компонентов (азот, калий), содержащихся в удобрении.
С использованием изложенных закономерностей были разработаны рецептуры удобрений, использующие различные типы органических добавок, фосфатных продуктов и растворимых соединений. В таблице приведены показатели качества одного из удобрений оптимального состава, полученное из апатитового концентрата, содержащего 36% общего и 3.4% усвояемого Р2О5. Для сравнения приведены показатели для удобрений, полученных сухим и мокрым способом без добавок солей.
Состав добавки Общее содержание р2о5, % Содержание усвояемого р2о*, % Степень мобилизации, %
1 Окисленный уголь, сухой способ 6.1 2.0 33-0
Окисленный уголь, мокрый способ 6.1 3.9 63.0
Окисленный уголь + К2504 5.9 5.1 87.0
Таким образом, совместное использование эффектов взаимодействия природных фосфатов с сложными лигандами и механохимических реакций в присутствии растворов позволило достичь практически полной мобилизации фосфора апатита без использования энергонапряженных измельчителей. Применение добавок растворимых солей в шихту ОМУ при мокром измельчении повышает эффективность шаровой мельницы.
Использование разработанной технологии производства органо-минеральных удобрений с добавками растворимых соединений позволяет перерабатывать апатитовые концентраты безкислотными методами с получением комплексных удобрений на стандартном измельчительном оборудовании. Реализация этой технологии при эксплуатации фосфатных месторождений даст возможность наладить переработку фосфатных концентратов на месте и тем
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кудеярова А.Ю. Фосфатогенная трансформация почв. - М.; Наука, 1995. - 288с.
2. Е.Г.Аввакумов. Е.Т.Девяткина, Н.В.Косова. Мехаиохимическис реакции гидратированных оксидов - Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1993, -Чг 2, с.72-76.
©B.H.bpai ин, В.И.Брагина, М.В. Верхотуров
ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ В ВЕЛИКОБРИТАНИИ
Продолжение; начало на стр. 60
В старейших университетах, причем не только в Оксфорде и Кембридже, но и в Лондоне, Эдинбурге, Глазго, Дареме, других промышленных городах и региональных центрах обычно преподаются только те курсы, которые заканчиваются присуждением академических степеней. Обучение в бакалавриате, где студенты специализируются в определенной области по своему выбору, как правило, продолжается три года, хотя по ряду направлений, например по иностранным языкам, когда необходимо много практических занятий, обучение длится четыре года. Академические степени можно также получить в так называемых "новых" университетах, многие из которых ранее были политехникумами, а также в колледжах и институтах. Эти учебные заведения наряду с программами подготовки бакалавров предлагают широкий спектр программ профессионального обучения. Кроме этого, многие из них организуют также укороченные(двухгодичные) курсы обучения, по окончании которых можно получить диплом о профессиональной подготовке в области педагогики, предпринимательства, техники, маркетинга, бухгалтерского учета и т.п. Степень бакалавра гуманитарных, естественных, технических, педагогических и других наук часто бывает с отличием, что указывает на высокий уровень познаний в области специальных дисциплин. Степень бакалавра присуждается по результатам выпускных экзаменов и в зависимости от их результатов может быть простой, первого, второго низшего, второго высшего или третьего класса. Диапазон направлений обучения в бакалавриате очень широк: от искусства и эстетики до электротехники и электроники (компьютерных систем), от политики, международных отношений и психологии профессий до феминистических учений и зоологии. Перечисленное - лишь небольшая часть из многообразия программ бакалавриата, предлагаемых студентам. Все университеты и колледжи издают проспекты с подробным описанием направлений обучения; кроме этого, издаются специальные справочники, содержащие информацию о всех британских вузах и их образовательных услугах.
Саймон Инграм-Хилл, начальник отдела английского языка Британского Совета в России
Продолжение на стр. 112
По материалам ежегодника «Обучение за рубежом» под редакцией С.Г.Кулика, Издательство МГГУ, 1997
самым повысить общую рентабельность освоения месторождений за счет исключения затрат на транспортировку сырья на удаленные химические заводы, а также частично использовать отходы угледобычи. 11рименение разработанных удобрений пролонгированного действия в сельском хозяйстве обеспечивает повышение степени использования основного питательного компонента - фосфора.
