CC BY
8ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ
Д.Н. Махкамова1, О.М. Исакова2, Г.Ф. Ботирова3, З. Тураев*
Изучены условия получения цинксодержащего удобрения с использованием отходов производства фармацевтической промышленности. Опробованы различные способы введения добавки в процесс производства аммофоса. Наиболее целесообразным является получение цинксодержащего аммофоса путем дозирования добавки в экстракционную фосфорную кислоту.
Ключевые слова: теофиллин, термическая фосфорная кислота, экстракцион-наяфосфорнаякислота, микроудобрения, сульфаты, фосфаты цинка, аммофосная пульпа, эндоэффекты.
Потребность растений в химических элементах, необходимых для их нормальной деятельности, неодинаково, но каждый элемент из них играет в жизни растений особую роль. В наибольших количествах поглащаются культурами азот, фосфор и калий(Ы,Р,К), представляющие собой группу макроэлементов. Мезоэлементы - кальций(Са), магний(Mg) и сера(Б), занимают промежуточное положение по объемам потребления растениями. Несмотря на то , что культуры нуждаютсяв очень малом количестве таких элементов как натрий(Ыа), железо(Ре), хлор(С1), марганец(Мп), цинк^п), бор(В), молибден(Мо), медь(Си), кобальт(Со), бром(Бг), ванадий(У), никель(№), кремний^) и многих других,объединенных под названием микроэлементы, все они также имеют очень важное значение в жизнедеятельности растений.
Микроэлементы являются составной частью живой материи и необходимы для естественной жизнедеятельности растений, животных и человека. Рациональное использование их в сельском хозяйстве возможно только на основе содержания их в почвах, являющихся одними из основных источников химических элементов для всех существующих организмов [1,2].
Основным источником микроэлементов в почвах являются почвообразую-щие породы, меньшее значение имеют подстилающие породы и еще меньше - атмосферные осадки и космическая пыль. В последнее время в процессах миграции микроэлементов резко возросла роль хозяйственной деятельности человека. Наиболее богаты микроэлементами ультра основные и основные породы, а наиболее бедны - кислые [3-8].
Исследования, проведенные в различных почвенно-климатических зонах Узбекистана и южного Казахстана при различном содержании в почвах доступных соединений микроэлементов показали, что при недостатке в почве отдельных микроэлементов урожай хлопка-сырца не увеличивается даже в условиях применения высоких доз азотно-фосфорных удобрений и соблюдение других аг-роприемов [9,10].
Небольшая часть микроэлементов в почвенном растворе находится в подвижной форме, легко усвояемой растениями. Поэтому при восполнении их недостатка, следует учитывать форму соединений (степень доступности для растительного организма), в которой они будут находится в почве.
1Махкамова Дилноза Неъматжон кизы - докторант, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан.
2Исакова Ойгул Мадаминжоновна - докторант, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан.
3Ботирова Гулшода Фарцоджон кизы - студент, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан.
4Тураев Зокиржон - доктор технических наук, профессор, Наманганский инженерно-технологический институт, Узбекистан.
С целью разработки технологии получения цинксодержащего аммофоса изучено поведение основного компонента отходов производства (отход производства теофиллина, %: 40-42 7п, 2-2,5 формиат натрия, 1,2-1,5 теофиллин, 35-38 влага) фармацевтической промышленности - формиата цинка - в условиях получения аммофоса [11-13]. Установлено влияние степени нейтрализации фосфорной кислоты газообразным аммиаком. При введении формиата цинка в термическую фосфорную кислоту (21% Р2О5) протекает реакция с образованием ди-гидрофосфата цинка.
7п(ИСОО)2 + 2НзРО4 = 7п(И2ИРО4)2 + 2НСООН При нейтрализации полученного раствора газообразным аммиаком до рН= 3,5 образование осадка не наблюдалось. Химический анализ твердой фазы, образующейся при нейтрализации фосфорной кислоты, содержащей формиат цинка, показал следующее содержание компонентов:
рИ 7п, % ЫИз, % Р2О5,%
4,1 36,8 9,64 39,4
4,7 36,7 9,64 39,6
В мольном соотношении это выразилось 1:1:1, что указывает на образование моноамингидрофосфата цинка. По расчетам в данном соединении содержится, %: 7п 36,7; ЫИз 9,5; Р2О5 39,9.
Для идентификации соединения, образующегося при нейтрализации цинксодержащих фосфорнокислых растворов, были проведены исследования с применением физико-химических методов анализа. На кривой ДТА соединения цинка (II), образовавшегося при рН 4,5, фиксируется глубокий эндоэффект при 430°С (рис.1). Этот эффект связан с одновременным удалением аммиака и конституционной воды, а также с образованием пирофосфата цинка:
27п(ЫИ3)ИРО4 ^ ZmP2O7+2NHз +Н2О Экзоэффект при 510°С обусловлен кристаллизацией аморфного пирофос-фата цинка. Для выяснения природы эффектов образцы были выдержаны в изотермических условиях в течении 30 мин при различных температурах с последующим определением потери массы и химического состава. При температуре 350-380°С потеря массы 1,28%. Содержание азота составляет 7,6%. При 430-450°С сохраняется некоторое количество азота (1,2%), а при 500-520°С потеря массы составляли 14,9% (по расчету потеря массы 14,6%).
Таблица 1
Результаты химического анализа продуктов термообработки фосфата цинка,
образующегося при нейтрализации фосфорнокислых растворов
Температура, °С Потеря массы, % Zn, % N,% Р2О5, %
25-30 - 36,2 8,1 39,4
180-200 - 36,5 8,0 39,1
350-380 1,28 37,1 7,6 40,2
430-450 14,0 41,8 1,2 45,4
500-520 14,9 43,2 - 46,6
700-720 14,8 43,1 - 46,5
Как видно из табл.1, полученные данные полностью соответствуют результатам дериватограммы.
На ИК-спектре (рис.2.) моноамингидрофосфата цинка проявляются полосы при 1060, 620-580 см-1, относящихся к уР-0 и характерные для соединений, содержащих Р-ОН группу.
Особое внимание необходимо обратить на полосу поглощения валентного колебания Ы-Н связи. уЫН молекулы аммиака и уЫН аммиака комплексных соединений по форме и значению резко отличаются от vNH катиона аммония (ЫН4+). Эти колебания обычно проявляются в виде дублета в области 3200-3050 см-1. vNH иона аммония твердых образцов имеет широкую интенсивную полосу при 3400-2800 см-1.
В ИК-спектре соединения Zn(NHз)HPO4 содержится дублет при 3220 и 3060 см-1 со средней интенсивностью, соответствующий vasNH и vsNH. Эти факты убедительно свидетельствуют о том, что образующееся соединение имеет состав Zn(NHз)HPO4.
Рис. 2. ИК-спектры моноамингидрофосфата цинка, выделенного из аммофосной пульпы при рН 4,5 (1), и продуктов его нагрева при 200°С (2), 300°С (3), 500°С
(4), 750°С(5) и 900°С (6).
35 30 25 20 15 10 5 Рис.3. Рентгенграмма моноамингидрофосфата цинка, выделенного из аммофос-ной пульпы при рН 4,5 (1), и продуктов его нагрева при 200°С (2), 300°С (3), 500°С (4), 750°С(5) и 900°С (6).
Из полученных рентгенограмм (рис.3.) видно, что для соединения 7п(ЫНз)НР04 характерны дифракционные максимумы: 3,20; 4,38; 6,32А.
Рентгенофазовый анализ прокаленных продуктов свидетельствует о том, что моноамингидрофосфат цинка при температуре 500°С разлагается с образованием пирофосфата цинка. На рентгенограммах продуктов термообработки отмечены интенсивные максимумы, характерные пирофосфату цинка ^=2,54; 2,63; 3,55А).
Таким образом, данные физико-химических методов анализа подтвердили состав соединений марганца (II) и цинка (II), образующихся в аммофосной пульпе.
Для выяснения возможности применения отхода фармацевтической промышленности в производстве цинксодержащего аммофоса изучена растворимость его в экстракционной фосфорной кислоте из термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов дигидратным методом на ОАО "Аммофос-Максам". Её состав (мас. %): 21,00 Р2О5; 0,29 СаО; 0,68 MgO; 0,75 М2О3; 0,48 Рв2О3; 2,72 БОэ; 1,02 Р; плотность 1,20 г/см3 при 40-60°С. Установлено, что при таких температурах в жидкой фазе ЭФК содержится 2,0-2,8% цинка. Полученные результаты указывают принципиальную возможность использования отходов в качестве добавок к аммофосу в требуемой концентрации на начальной стадии получения удобрения.
Изучение плотности цинксодержащей ЭФК показало, что с увеличением концентрации вводимого отхода плотность возрастает. Так, при содержании в кислотее добавкии 1% плотность при 20°С составила 1287 кг/м3, а при концентрации 5% этот показатель возрос до 1310 кг/м3. С повышением температуры до 60°С плотность ЭФК снижается, при концентрации отхода 1% плотность снижается от 1287 кг/м3 до 1310 кг/м3.
Результаты исследования позволили составить регламент, разработать технологическую схему получения модифицированного аммофоса. Высокая растворимость отхода позволяет вводить его в исходную ЭФК.
Сущность процесса получения цинксодержащего аммофоса заключается во введении отхода производства теофиллина в ЭФК, нейтрализации полученной пульпы газообразным аммиаком, передаче её на стадии сушки и грануляции продукта.
Экстракционная фосфорная кислота в цехе экстракции подается в хранилище. Кислота самотеком поступает в сборник, куда из дозатора с помощью транспортера подается отход производства теофиллина из расчета 0,60,8% цинка в готовом продукте. После перемешивания в течение 5-10 мин., раствор поступает в циркуляционный контур САИ, где смесь нейтрализуется газообразным аммиаком, в результате чего образуется многокомпонентная система, включающая моноамингидрофосфат цинка. Пульпа далее проходит все стадии процесса производства аммофоса: упарку, сушку, грануляцию.
На укрупненной лабораторной установке проведены технологические испытания получения цинксодержащего аммофоса. Установлены основные технологические параметры процесса и выпущены опытные образцы цинксодержащего аммофоса с использованием отхода производства теофиллина.
Техническая характеристика цинксодержащего аммофоса приведена
ниже:
Массового доля азота, %
Массовая доля усвояемого оксида фосфора, %
Массовая доля отхода (в пересчете на цинк), %
Гранулометрический состав:
массовая доля гранул размером:
менее 1 мм, % не более
от 1 до 4 мм, % не менее
менее 5 мм, %
3
95 100
10±1
45-46 0,6-0,8
Статическая прочность гранул, МПа кгс/см2, не менее 3,0(30)
Рассыпчатость, %
100
Заключение. Полученные образцы переданы для выявления агрохимической эффективности и установлено, что применение цинксодержащего аммофоса обеспечивает повышение вильтоустойчивости хлопчатника, улучшение качества и увеличение урожайности хлопка-сырца на 2,1-2,7 ц/га. Технико-экономическая оценка разработанной технологии получения цинксодержащего аммофоса, указывает на целесообразность производства аммофоса с микроэлементами вследствие высокой эффективности.
Список литературы:
1. Малышева Е.В. Агрохимические свойства почвы в зависимости от содержания микроэлементов в почвенных грунтах ЦЧЗ // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2021. №5. С.46-53.
2. Чжоу Бо, Ма Сюецинь, Чэнь Шухуан, Тань Синься, Ван Синьюн. Изучение микроэлементов в почвах сельскохозяйственного использования Кыргызстана // Вестник Кыргызского Национального Аграрного Университета им. К.И. Скрябина № 3 (32) 2014 С. 122-126
3. Ильин В.Б. Содержание тяжелых металлов в почвообразующих породах юга Западной Сибири/ В.Б. Ильин, А.И. Сысо, Г.А. Конарбаева, Н.Л. Байдина, А.С. Че-ревко // Почвоведение. 2000. - №9. - С. 550-556.
4. Пузанов А.В. Кобальт в почвах и почвообразующих породах преобладающих ландшафтов Тувинской горной области/ А.В. Пузанов// География и природные ресурсы. 2006. №2. - С.66-73.
5. С.А. Воробьев Оценка состава почв по данным опробования донных отложений водотоков. // Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М. А. Гла-зовской). Доклады Всероссийской научной конференции. Москва, 4 - 6 апреля 2012 г., М.: Географический факультет МГУ, 2012. - С. 79-81
6. М.П. Завадская, А.С. Цибарт. Микроэлементы и полициклические ароматические углеводороды в почвах породных отвалов районов угледобычи. // Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М. А. Глазовской). Доклады Всероссийской научной конференции. Москва, 4 - 6 апреля 2012 г., М.: Географический факультет МГУ, 2012. - С. 124-126
7. Большой практикум: почвы: Практ. пособие по спецкурсу для студентов биологического факультета / авт.-сост. Макаренко Т.В., Воробьева Е.В.; Мин. образов. РБ, УО «ГГУ им. Ф.Скорины»; - Гомель, 2007.- 153 с.
8. Краснощекова Л.А. Атлас основных типов магматических пород: учебное пособие/Л. А. Краснощекова; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. - 128 с.
9. Жумамуратов А., Хатамов Ш., Раманова Т. и др. Распределение химических элементов в почвах хлопкосеющих зон// Земледелие. 2003. -Вып. 1.- С. 13.
10. Тураев Р., Тураев А.,Курбанов Э.К. Основной и повторный послезерновой сев хлопчатника и его водно - питательный режим в пустынной зоне Узбекистана// Международный сельскохозяйственный журнал. - 2000. - № 6 - С. 5460.
11. Isakova Oygul Madaminzhonovna, Turayev Zokirjon, Shamshidinov Israil Turguno-vich, Usmanov Ilxam Ikramovich. Study of Activities Components of Industrial Products and Performed Catalysts under Conditions of Obtaining Ammofos. // Annals of the Romanian Society for Cell Biology. - 2021[ISSN: 1583-6258]. - Vol. 25, Issue 1. Pp. 5089 - 5098.
12. Тураев З.,Шамшидинов И.Т., Усманов И. И., Мамадалиев Ш. М. Исследование взаимодействия сульфатов меди, цинка и кобальта с монокальцийфосфатом при 30 и 80°С.// Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. - 2020. -№ 1(67). - С. 21 - 26.
13. Тураев З., Шамшидинов И. Т.,Усманов И. И., Исакова О. М., Арипова К.О. Изучение нитратно-фосфатных растворов, содержащие микроэлементы.// Life Sciences and Agriculture. Электронный научно-практический журнал. - № 2. - 2020. - C. 9-13.
© Д.Н. Махкамова, О.М. Исакова, Г.Ф. Ботирова, З. Тураев, 2022.
RESEARCH ON THE POSSIBILITY OF OBTAINING ZINC-CONTAINING FERTILIZERS
D.N. Makhkamova, I.O. Madaminjonovna, G.F. Botirova, Z. Turayev
Abstract. The conditions for obtaining zinc-containing fertilizer using waste products from the pharmaceutical industry have been studied. Various methods of introducing the additive into the ammophos production process have been tested. The most appropriate is to obtain zinc-containing ammophos by dosing the additive into the extraction phosphoric acid.
Key words: theophylline, thermal phosphoric acid, extraction phosphoric acid, micro-fertilizers, sulfates, zinc phosphates, ammophos pulp, endoeffects.
© D.N. Makhkamova, I.O. Madaminjonovna, G.F. Botirova, Z. Turayev, 2022.
