CC BY
11ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ, ОБОГАЩЕННЫХ ПИТАТЕЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ НА ОСНОВЕ НИЗКОСОРТНЫХ
ФОСФОРИТОВ Мамедова Г.М. 1, Вазирова Л.З.2, Джамалова Р.Х.3, Алыев Х.И.4
Мамедова Гюлнура Мустафа - кандидат технических наук, доцент;
2 Вазирова Лейла Закир - кандидат химических наук;
3Джамалова Рена Хафиз- диссертант;
4Алыев Хазрат Имран -магистр, кафедра "Химии и технологии неорганических веществ ", Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: в работе рассмотрен процесс приготовления фосфорно-гумусовых удобрений на основе низкосортных фосфоритов, активированных серной кислотой в соотношении 30-70% для разложения СаСОз в фосфорите с последующим добавлением активного ила из городских сточных вод. расследовано. Ключевые слова: Фосфорит, сточных вод, серной кислота, удобрения, гумус.
Введение. Следует отметить, что в настоящее время основными проблемами сельскохозяйственного производства во многих странах мира, в том числе и в Азербайджанский Республике, являются недостаток особенно фосфорных удобрений, снижение содержания гумуса в почвах и засоление почв; эти проблемы могут быть решены в некоторой степени путем организации крупномасштабного производства и внесения органических удобрений [1].
Гумус является важнейшим составным элементом почвы, определяющим ее свойства и плодородие. Значение гумуса в почве огромно. Гумус улучшает химические, физические и биологические свойства почвы, способствуя формированию прочной структуры, обеспечивающей растения азотом и другими веществами в открытой форме во время минерализации. Следует отметить, что навоз животноводческих ферм является основным источником органического вещества для воспроизводства гумуса в сельском хозяйстве. Основная ценность навоза как удобрения заключается в содержании большего количества азота и углерода, что позволяет увеличить прирост урожая за период внесения навоза. Материал на основе углерода пополняет или увеличивает содержание гумуса в почве, тем самым повышая плодородие почвы в будущем. В этом случае после внесения навоз работает в почве несколько лет, т. е. как удобрение с пролонгированным действием [2].
В литературе много информации о преимуществах органических удобрений перед минеральными. Так, в работах [3] сообщается, что наибольшая эффективность органических и минеральных удобрений достигается при их совместном применении, то есть при создании органических удобрений. В хлопководстве высокоэффективным приемом является совместное внесение органических и минеральных удобрений. Его преимущество обусловлено временной биологической фиксацией питательных веществ минеральных удобрений микроорганизмами с последующим их высвобождением в доступной для растений форме. Этот процесс уменьшает перемещение азота в глубокие горизонты почвы и удаление поверхностного слоя, что приводит к улучшению содержания азота и фосфорное питание растений. Опыты, проведенные в Азербайджанском НИИ хлопководства, показали, что урожай хлопчатника (в среднем за пять лет) составил: от минеральных удобрений - 50,2 ц/га, навоза - 38,8, а при совместном внесении - 53,5 ц/га [11].
В работе отмечается, что только органические удобрения при совместном применении с минеральными могут обеспечить бездефицитное равновесие или увеличение гумуса в типичных зонах севооборота. Эти слова подтверждает опыт Гродненской области (Белоруссия), где применение органических удобрений на дерново-подзолистой почве увеличило за 60 лет запасы гумуса в слое 0-150 см на 21-24% по сравнению с контролем и на 49% с целиной [4]. В опытах Фокина А.Д. коэффициент использования растениями фосфора из разлагающихся растительных остатков был более чем в 4 раза выше, чем минеральных удобрений [5]. При высоком содержании гумуса в почве за счет более благоприятных агрофизических свойств и улучшения условий развития растений отдача от минеральных удобрений увеличивается в 1,5-2 раза. В полевых опытах Белорусского НИИ почвоведения и агрохимии изменение количества гумуса в дерново-подзолистой почве с 1,5 до 2,5-3 % привело к увеличению эффективности использования 1 кг №К-жира в 3 раза [6].
Сырьем для органических и органических удобрений являются подстилочный навоз, без подстилочный навоз, птичий помет, торф, бурый. Как уже отмечалось, в настоящее время во многих странах мира наблюдается снижение ресурсов фосфатного сырья. В 2018 году произведено 153,8 тыс. тонн фосфорных удобрений (в пересчете на 100% Р2О5). Напротив, потребность сельского хозяйства составляет 691,7 тыс. т Р2О5. Эти цифры свидетельствуют о том, что обеспеченность сельского хозяйства фосфорными удобрениями недостаточна. В настоящее время на Кызылкумском фосфоритном заводе при обогащении высокоуглеродистых фосфоритов Центральных Кызылкумов образуются отходы в виде минерализованной массы с содержанием Р2О5 13-15% и шламовых фосфоритов с содержанием Р2О5 8-12%. Общий объем накопленных отходов фосфоритов уже достиг 15 млн тонн. При недостатке фосфорных удобрений эти отходы фосфоритов могут служить большим резервом для увеличения производства фосфорных удобрений.
Обычные методы обработки фосфатов, такие как азотная и серная кислоты, для них неприемлемы. Альтернативой традиционным кислотным способам производства фосфорных удобрений могут быть альтернативные способы, в которых вместо сильных минеральных кислот используют органический бурый уголь, отходы животноводства, птицеводства и осадки сточных вод.уголь, сидераты, солома, сапропель, бытовые и промышленные отходы, осадки сточных вод [7].
На основании изложенного нами проведен ряд исследований по получению органических удобрений на основе некондиционных фосфоритов, навоза КРС и птицы компостирующим и ускоренным способами. Показано, что даже из таких отработанных фосфоритов, как минерализованная масса и шламовый фосфорит, можно получать высокоэффективные азотно-фосфорно-гуминовые удобрения [8].
В нашей предыдущей работе [9] исследовались процессы получения органических удобрений на основе осадков сточных вод и шламов фосфоритов. Совместная переработка осадков сточных вод и иловых фосфоритов позволила использовать микроорганизмы активного ила для перевода не перевариваемых форм фосфора некондиционных фосфоритов в усвояемую для растений форму, поскольку микроорганизмы, содержащиеся в осадках сточных вод, могут использовать многие минеральные вещества, в том числе фосфат, для их рост и развитие, кроме этого, осадки сточных вод содержат значительное количество карбоновых кислот, способных связывать ионы кальция, содержащиеся в частично разложившихся шахтных фосфоритах кислых кислот. Под действием органических кислот, образующихся при разложении осадков сточных вод, фосфор, входящий в состав некондиционных фосфоритов, переходит из труднодоступной формы в легкоусвояемую для растений и тем самым проявляет свои удобрительные свойства. А также активированный фосфорит с минеральными кислотами связывает (МИ^гСОз, свободный МЫН3 и другие органические летучие органические вещества в нелетучие формы, распространяя неприятный запах в окружающую среду.
Материалы и методы. На данном этапе работы для изучения процессов получения органических удобрений использовался осаднок Сумгаит (% мас.): Влажность - 65,45; зола - 9,68; органическое вещество -24,79; гуминовые кислоты - 3,11; фульвокислоты - 7,43; водорастворимые органические вещества - 2,16; Р2О5 - 1,34; ^О - 0,46; СаО - 4,12 [10].
К таблице 1 приведены результаты масс-спектрометрического анализа (ИСП-МС) золы осадков сточных вод. Из таблицы следует, сто осадок сточных вод содержит некоторые микроэлементы, необходимые сдалитиро. В качестве фосфатного сырья использовали минерализованную массу (ММ). Перед использованием его измельчали до размера частиц 0,25 мм. Состав ММ приведен в таблице 2. Из таблицы 2 видно, что ММ характеризуется низким содержанием фосфора (8,74% Р2О5), высоким содержанием карбонатов (19,76% СО2) и высоким значением кальциевого модуля (СаО : Р^5 = 5,16).
Таблица 1. Результаты масс-спектрометрического анализа золы осадков сточных вод города Сумгаит.
Наименование и содержание элементов, г/т
Состав золы осадка сточных вод
Li Si Б № Мё А1 Р К Ре Мп гп Си N1 Аё Нё Са Т1
о ю о о о '—1 о 3200 41100 32000 75000 62290 31900 11292 ООП СО 1020 1П со 3.03 0 т 0 т оо о 2060
Таблица 2. Химический состав минерализованной массы.
Содержание компонентов, вес. %
Р2О5 СаО А12О3 Ре2Оз МёО Р СО2 8Оэ 1.Г.
14.33 42.12 1.08 1.39 1.47 1.69 18.59 1.12 13.28
Химический анализ шламов сточных вод г. Сумгаит, шламов фосфоритов и их продуктов проводили следующими методами. Влажность определяли по ГОСТ 26712-85, зольность по ГОСТ 26714-85 и органическое вещество по ГОСТ 27980-80. Количество водорастворимой фракции органических веществ, извлекаемых из продуктов с водой, определяли фильтрованием и выпариванием на водяной бане, сушкой твердого остатка до постоянной массы, а затем сжиганием его для определения зольности и вычитания ее. Гуминовые кислоты выделяли обработкой продуктов 0,1 н. раствором щелочи с последующим подкислением раствора минеральной кислотой. Твердая фаза после выделения из нее щелочерастворимых органических веществ содержит остатогночев ор. Тщательно промывали дистиллированной водой, сушили до постоянного веса и определяли содержание всщор. Разница между количествами щелочерастворимых органических веществ и гуминовых кислот даёт нам садже. Все формы Р2О5 определяли гравиметрическим методом путем осаждения фосфат-иона смесью магнезии в аммоний фосфате магния с последующим прокаливанием осадка при 1000-1050°С по ГОСТ 20851.2-75. Усвояемые формы Р2О5 определяли по растворимости как в 2% растворе лимонной кислоты,
0,2 М Трилона Б. Определение СаО проводили комплексонометрически: титрованием 0,05 н раствором трилона Б в протствиски.
Для разложения ММ используют серную кислоту с концентрацией 92%. Скорость подачи серной кислоты варьировалась в пределах 30-70% от стехиометрии на разложено исходного. Эксперименты проводились следующим образом; серную кислоту медленно вливали в стеклянный реактор, в котором находился образец фосфорита. Продолжительность взаимодействия компонентов составила 30 минут, после чего к пульпе добавили осадок сточных вод и продолжали перемешивание в течение 60 минут. Сушку проводили при 80°С до содержания влаги в готовом продукте 10-15%. Обработку продуктов разложения серной кислоты осадком сточных вод проводили в диапазоне массовых соотношений осадка сточных вод к ММ от 100:10 до 100:40.
Результаты и обсуждение. Видно, что чем выше норма серной кислоты и больше взято осадка сточных вод, тем меньше Р2О5общ в продукте, но больше относительное содержание усвояемой формы Р2О5, водорастворимой формы CaO, органические вещества и гуминовые вещества. Как видно из таблицы 3 и 4 при соотношении ОСВ: ММ = 100:10 и норме серной кислоты 30% от стехиометрии получается органоминеральное удобрение, содержащее Р2О5общ. - %5,31; Р2О5асц.по лимонной кислоте - 1,88 %, Р2О5асц. : Р2О5общ. - %35,66; Р2О5вода. : Р2О5общ. - %3,92; СаОобщ. - 14,38 %; СаОвода. - 1,41 %, СаОвод.: СаОобщ. - 9,92 %, органическое вещество - 42,88 %; гуминовые кислоты - 5,69 %, фульвокислоты - 14,06 %, водорастворимое органическое вещество - %4,2, SOзобщ - 3,43 %, - %1,12, азот - %2,24. При том же соотношении ОСВ к минерализованной массе, но с нормой кислоты 70% удобрение, содержащее Р2О5общ. - 5,06 %; Р2О5 по лимонной кислоте - 3,94 %; Р2О5об.: Р2О5общ. - %77,96; Р2О5вода: Р2О5общ. - %32,10; СаОобщ. - 13,66 %; СаОвода. -5,90 %, СаОвод.: СаОобщ - 43,53 %, органическое вещество - 40,85 %; гуминовые кислоты - 5,46 %, фульвокислоты - 13,36 %, водорастворимое органическое вещество - 3,85 %, SOзобщ -7,03 %,
По требованию сельского хозяйства фосфорное удобрение должно иметь высокое содержание общих и усвояемых форм Р2О5, а относительное содержание водорастворимых форм Р2О5 должно быть не менее 50%. Исходя из этого требования, оптимальной нормой серной кислоты для разложения ММ является 50% стехиометрии, а оптимальным соотношением ОСВ:ММ можно считать 100:30, при котором относительное содержание Р2О5ас. составляет 52,72%.
В данном органическом удобрении с использованием ММ имеет состав (масс. %): Р2О5общ. - 6,79 %; Р2О5пдконц - %3,56; Р2О5асс: Р2О5общ - %52,74; Р2О5вода: Р2О5общ. - %18,16; CaOобщий - %19,93; СаОвода - 6,40 %, СаОвода: СаОобщ. - 32,26 %, органическое вещество - 27,23 %; гуминовые кислоты - 3,67 %, фульвокислоты -8,93 %, водорастворимое органическое вещество - 2,58 %, SOзобщ. - %10,54, SOзвода. - %3,52, азот - %1,43. Следует отметить, что указанный способ перевода Р2О5 в приемлемую форму является перспективной технологией по сравнению с фосфорной обработкой низкосортных фосфоритов фосфорной кислотой. Вывод
Таким образом, проведенные исследования убедительно показывают, что на основе осадков сточных вод после обезвоживания или без него, с использованием небольшого количества серной кислоты или других минеральных кислот, используемых при производстве минеральных удобрений, можно интенсивно перерабатывать осадки сточных вод и их фосфоритов в органоминеральные удобрения.
Список литературы
1. JukovA.I. Reproduction of humus in intensive farming. Agricultural chemistry.(1991) № 3, p. 121-133.
2. Tranua P. Practical handbook on compost preparation and improving soil fertility. Moscow, Exmo, (2014), p. 3841.
3. MamchenkovI.P. Compost, preparation and application. Leningrad: Selhozizdat, (1962) pp: 64-66
4. M.C. Manna, A. SubraRao, Asha Sahu and UBSingh. Compost Handbook: research- production-application. New Delhi, (2012), p. 132.
5. Dogadina M.A. Environmental assessment of the impact of non-traditional fertilizers on the properties of dark gray forest soils, Theoretical and Applied Ecology, (2017) № 1, pp. 69-76.
6. НабиевМ.Н., Ганиханова Ф. Ф., Беглов В.М. Изучение процесса азотнокислотного разложения фосфоритов различного гранулометрического состава месторождения Аксай. Узб. хим. ж., 1990. № 5, с. 56-58.
7. MahmoudM.A., EmadE., Atef H.A. Improving the quality of superphosphate fertilizer resulting from the use of low-quality phosphate rock. World Journal of Advanced Engineering Technology and Sciences, 2021, 03(02), 038-049.
8. Касымова М.А. Исследование химии соединения железа при азотнокислотной переработке фосфатов. Автореф. канд. дисс., Ташкент 1991. с. 77.
9. Watti A., Alnjjar M., Hammal A. Improving the specifications of Syrian raw phosphate by thermal treatment. Arabian Journal of Chemistry. Volume 9, Supplement 1, September 2016, P. 637-642.
10. Нестерова М.С., Дубовая В.К., Набиев М.Н. Состав продуктов разложения фосфорита Каратау смесю азотной и серной кислот. В сб. «Минеральные и органо-минеральные удобрения, структуро-образователи почв и гребициды», Ташкент, «Фан» , 1998, с. 112.
11. Гулямов Б. Азотно-фосфорные жидкие и концентрированные твердые удобрения на основе азотнокислотной переработки фосфоритов Каратау с удалением фосфогипса. Автореф. канд. дисс., Ташкент, 2004, с. 44-47.
12. Dissanayake C.B. and Chandrajith R. Phosphate mineral fertilizers, trace metals and human health. J. Natn. Sci. Foundation Sri Lanka 2009 37 (3), pp. 153-165.
13. Касымова М.А., Гулямов Б., Камалов К.М., Павлова А.И. Получения концентрированного гранулированного удобрения. Узб. хим. ж., № 4, 1993, с. 16
14. Vinogradov D.V., Vasileva V.M., MakarovaM.P., Kochurov B.I., Lupova Ye.I. Agroecological action of sewage sludge and its mixtures with zeolite on agrocenoses of oilseeds. Theoretical and Applied Ecology (2019) № 3, pp. 127-133.
15. Fokin A.D., Chernikova I.L., Chernikov V. Ye. The use of phosphorus from plant residues and mineral fertilizers in some parts of the crop rotation on sod-podilithic soils, News of the Timiryazev Agricultural Academy (1980), № 3, p. 69.
16. A.A. Asrorov, N.A. Doniyarov, U.Sh. Temirov, N.X. Usanbaev, IA. Tagaev, K.Sh. Xusenov. Organomineral fertilizers based on precipitation of sewage and substandard phosphorites of Central Kyzylkum, Composite materials scientific and technical and production journal Tashkent, (2019) № 3, pp. 43-47
