CC BY
48
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.113 Будаева А.Д.1, Антропова И.Г.2, Алексеева Е.Н.3, Хомоксонова Д.П.4
1ORCID: 0000-0002-4675-6888, 2ORCID: 0000-0003-1588-2766, кандидат технических наук, 3ORCID: 0000-0003-2035-9814, 4ORCID: 0000-0002-9343-1947, 1,2,3,4ФГБУН Байкальский институт природопользования СО РАН (Улан-Удэ), 2 ФГБОУ ВО Бурятский государственный университет ПОЛУЧЕНИЕ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ И МИНЕРАЛЬНОГО
СЫРЬЯ
Аннотация
Изучены физико-химические основы получения органоминеральных удобрений совместной механоактивацией окисленного бурого угля и природных агроруд (сынныритов). Установлены зависимости содержания и доли лимоннорастворимого калия от продолжительности механоактивации окисленного бурого угля и сынныритов, а также от содержания органической добавки в смеси. Полученные смеси угля и сынныритов могут быть испытаны в качестве органоминеральных удобрений. Данный способ позволяет вовлечь отходы угледобывающей промышленности в переработку с получением ценных продуктов.
Ключевые слова: окисленный бурый уголь, сынныриты, механохимическая активация.
Budaeva A.D.1, Antropova I.G.2, Alekseeva E.N.3, Khomoksonova D.P.4
1ORCID: 0000-0002-4675-6888, 2ORCID: 0000-0003-1588-2766, PhD in Engineering, 3ORCID: 0000-0003-2035-9814, 4ORCID: 0000-0002-9343-1947, 1,2,3,4FPFIS Baikal Institute of Nature Management SB RAS (Ulan-Ude), 2FSBEI of HE Buryat State University (Ulan-Ude) OBTAINING ORGANOMINERAL FERTILIZERS FROM COAL MINING WASTES AND MINERAL RAW
MATERIALS
Abstract
The physical and chemical basis for obtaining organomineral fertilizers by mechanical activation of oxidated brown coal and natural agro-ores (syntynites) are studied. Dependences of the content and fraction of citric-soluble potassium on the duration of mechanical activation of oxidated brown coal and syntynites, as well as on the content of the organic additive in the mixture, are established. The resulting mixtures of coal and syntynite can be tested as organomineral fertilizers. This method allows to involve the waste of the coal mining industry in processing with obtaining valuable products.
Keywords: oxidated brown coal, syntynite, mechanical chemical activation.
Для восстановления и повышения плодородия почвы и увеличения в ней запасов гумуса используют органические и органоминеральные удобрения на основе торфа, углей, лигнина и других веществ гумусовой природы. Вносимое органическое вещество регулирует расходование элементов питания и предотвращает потери питательных веществ от вымывания, образования газообразных продуктов и труднорастворимых минеральных соединений, повышает эффективность минеральных удобрений [1, С. 165], [2, С. 15]. Доступным источником органического материала является бурый уголь.
Окисленные угли месторождений Бурятии составляют значительную часть отходов угледобывающей отрасли республики, в то же время представляют собой качественное агрохимическое сырье для получения органоминеральных удобрений. Практическая ценность таких углей заключается в высоком содержании органического вещества, основная масса которого представляет собой гуминовые вещества (ГВ) (80 % органической массы угля), необходимые для стабилизации гумусного состояния почв. ГВ представлены преимущественно гуминовыми кислотами (ГК) —высокомолекулярными органическими соединениями с высоким содержанием функциональных групп (карбоксильных, гидроксильных, карбонильных), которые обусловливают их ионообменные свойства и физиологическую активность [3, С. 23]. Мелиоративные свойства окисленного бурого угля (ОБУ) Гусиноозерского месторождения были изучены в работе [4, С. 58]. Было выявлено, что при использовании окисленного угля в качестве мелиоранта улучшается структура почвы, снижается разрушительное действие воды на почву при орошении, что немаловажно для легких каштановых почв. При изучении химического состава зол угля и его производных (гуматов, гуминовых кислот и остаточного угля) было установлено, что некоторые микроэлементы (Mn, Cr, Ni, Co, V, Mo, W, Cu, Sn, Bi) имеют сродство к органическому веществу и тесно с ним связаны. Другие элементы (Pb, Zn, Ga, Zr, Be, Ba, Li, Y, La) имеют сродство и к органической, и к неорганической матрице. Также было показано, что по содержанию тяжелых металлов (Pb, Cu, Ni, Co, Mo, Cr, Zn, Mn, Cd) окисленный бурый уголь (в пересчете на общую массу угля) не превышает токсикологические показатели органических удобрений [5, С. 112].
Сынныриты — породы, предельно насыщенные калием, по содержанию полезного компонента К2О (17-21%) более богаты в сравнении с традиционными полиминеральными калиевыми рудами (10-15% К2О), используемыми промышленностью. Многолетние агрохимические опыты показали, что тонкомолотые сынныриты являются бесхлорными, калийными удобрениями пролонгированного действия. Калий в сыннырите находится в водонерастворимой форме, что предохраняет его от вымывания из пахотного слоя. В сыннырите содержится 60-65% калиевого полевого шпата и 30-35% кальсилита. При этом К2О распределен примерно поровну между указанными минералами. Растениями сначала усваивается К2О из кальсилита, а затем из калиевого полевого шпата. За счет этого обеспечивается длительный срок действия удобрения. Сыннырит имеет щелочную реакцию, обладает нейтрализующей способностью и при систематическом применении улучшает физико-химические свойства почвы [6, С. 274].
Целью работы является установление зависимости содержания и доли лимоннорастворимого калия от продолжительности совместной механоактивации окисленного бурого угля и сынныритов, а также от содержания органической добавки в смеси. Одним из экологически чистых методов переработки природного угольного и
калийного сырья является механическая активация окисленного бурого угля с сынныритами в энергонагруженных измельчительных аппаратах, при которой повышается эффективность процесса по их переработке, отсутствуют выбросы в атмосферу и сточные воды [7, С. 8].
Материал и методы
Для исследования были отобраны пробы окисленного угля Гусиноозерского месторождения. Данные технического (зольности Ad) и элементного состава угля и гуминовых кислот в пересчете на сухую и сухую беззольную массу (daf) приведены в табл. 1 [8, С. 45], [9, С. 71].
Таблица 1 - Технический и элементный состав окисленного бурого угля и гуминовых кислот Гусиноозерского _месторождения (%)_
Образец Технический анализ (масс.%) Элементный анализ (масс.%)
Ad Wa Cdaf Hdaf Ndaf Sdaf O*
ОБУ 22,0 9,0 67,1 3,1 1,3 0,5 28,0
ГК 3,0 - 50,5 3,5 1,9 1,0 43,1
Примечание: содержание кислорода вычислено по разности, Wa - влажность аналитическая
Химический состав сыннырита определен с помощью силикатного анализа при сплавлении пробы со смесью тетрабората натрия и безводного карбоната натрия (табл. 2). Определение основных породообразующих элементов осуществлено с помощью фотометрических и атомно-абсорбционного методов. Для определения калия и натрия пробы сыннырита подвергали кислотному разложению в микроволновой системе Mars 6 (CEM Corporation, США).
Таблица 2 - Химический состав сыннырита Калюмного участка
Содержание, %
Äl2Os SiO2 K2O Na2O MgO CaO TiO2 Fe2Os
23,5 54,7 19,2 1,1 0,3 0,5 0,1 3,2
Результаты
Механоактивация смесей угля с сынныритом осуществлялась в планетарно-центробежной мельнице АГО-2 (ПЦМ) при следующих соотношениях: 50:50, 35:65, 25:75. Продолжительность активации составила 5, 10, 15 мин. Отношение массы навески к массе мелющих тел 15/60=1/4.
Определен гранулометрический состав сыннырита, угля и их смесей в зависимости от продолжительности механоактивации в ПЦМ (табл. 3). При активации сыннырита и его смесей в течение 15 мин наблюдается максимальное содержание фракции с размером частиц менее 0,063 мм.
Таблица 3 - Гранулометрический состав угля, сыннырита и их смесей после активации
Измельчаемое сырье Фракция (мм), %
-2+0,2 -0,2+0,1 -0,1+0,063 -0,063
сыннырит 74 15 6 5
5 мин - 13 30 57
10 мин - - 17 83
15 мин - - 5 95
уголь: сыннырит
5 мин - 11 32 56
10 мин - - 20 80
15 мин - - 3 97
При использовании сынныритов в качестве бесхлорного калийного удобрения, полезным компонентом является калий лимонно-растворимый (калий, растворимый в 2%-ном растворе лимонной кислоты), содержащийся в кальсилите [10, С. 511]. Содержания лимонно-растворимого калия в полученных смесях в зависимости от длительности механоактивации и количества угля приведены в табл. 4. Концентрация калия в растворе лимонной кислоты и в кислотных растворах, полученных при микроволновом разложении проб сыннырита и предварительно озоленных угольных смесей, определена методом атомной абсорбции в пламени ацетилен-воздух на атомно-абсорбционном спектрофотометре Solaar M6 (Thermo Electron, США).
Таблица 4 - Содержание и доля лимонно-растворимого К2О в смесях уголь-сыннырит
уголь:сыннырит t^, мин К2О (общ), % К2О (ЛР), % Доля К2О (ЛР), %
0:100 10 21,5 9,6 44,6
15 21,5 10,1 47,0
25:75 5 16,1 7,3 45,3
10 16,1 7,4 46,0
15 16,1 7,8 48,4
35:65 5 14,0 6,4 45,7
10 14,0 6,8 48,6
15 14,0 6,9 49,3
50:50 5 10,7 5,4 50,5
10 10,7 5,5 51,4
15 10,7 5,7 53,3
Примечание: tMA - продолжительность механоактивации.
По результатам таблицы видно, что доля лимонно-растворимого К2О возрастает на ~3% при увеличении продолжительности механоактивации от 5 до 15 мин. При повышении содержания угля в смеси в сравнении с сынныритом без добавки угля доля лимонно-растворимого К2О увеличивается в пределах 1,4-6,8%.
Таким образом, результаты исследования совместной механоактивации сыннырита с окисленным бурым углем свидетельствуют о возможности агротехнических испытаний смесей в качестве органоминеральных удобрений вследствие повышения доли лимоннорастворимого калия.
Выводы
1. Проведена механоактивация смесей окисленного бурого угля и сынныритов при соотношениях уголь:сыннырит 50:50, 35:65, 25:75 и продолжительности активации в планетарно-центробежной мельнице 5, 10 и 15 мин.
2. Установлено, что при увеличении продолжительности механоактивации смесей от 5 до 15 мин доля лимоннорастворимого К2О возрастает на ~3%; при повышении содержания угля в смеси в сравнении с сынныритом без добавки угля доля лимонно-растворимого К2О увеличивается в пределах 1,4-6,8%.
Список литературы / References
1. Шульгин А.А. Комплексное исследование гумино-минеральных удобрений, получаемых на основе переработки бурых углей / А.А. Шульгин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. -№7. - С. 165-172.
2. Мельников Л.Ф. Органоминеральные удобрения. Теория и практика их получения и применения / Л.Ф. Мельников. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - 305 с.
3. Гуминовые вещества в биосфере / Отв. ред. Д.С. Орлов. - М.: Наука, 1993. - 237 с.
4. Мангатаев А.Ц. Использование окисленных бурых углей на каштановых почвах Забайкалья / А.Ц. Мангатаев, А.И. Куликов, Ц.Д. Мангатаев, М.А. Куликов //Агро XXI. - 2008. - №7-9. - С. 43-45.
5. Будаева А.Д. Состав неорганической части окисленного бурого угля и его производных / А.Д. Будаева, И.Г. Антропова // Научное обозрение. - 2016. - №5. - С. 109-114.
6. Меркушева М.Г. Агрохимическое минеральное сырье: Р, К, S и микроэлементы / М.Г. Меркушева, Л.Л. Убугунов, Н.М. Кожевникова, А.В. Лбов. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2009. - 592 с.
7. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов / Е.Г. Аввакумов. - Новосибирск: Наука, Сиб. Отд-ние, 1986. - 303 с.
8. Тайц Е.М. Методы анализа и испытания углей / Е.М. Тайц. - М.: Недра, 1983. - 301 с.
9. Золтоев Е.В. Получение удобрений из окисленных бурых углей и фосфатного сырья Забайкалья / Е.В. Золтоев, Батуев Б.Ц., А.Д. Будаева // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - №12 (3). - С. 69-74.
10. Минеев В.Г. Практикум по агрохимии: учеб. пособие / В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, О.А., Амельянчик и др.; под ред. академика РАСХН В.Г. Минеева. - 2-е изд. - М: Изд-во МГУ, 2001. - 689 с.
Список литературы на английском языке / References
1. Shulgin A.A. Kompleksnoye issledovaniye gumino-mineralnykh udobreniy, poluchayemykh na osnove pererabotki burykh ugley [Comprehensive study of humic-mineral fertilizers obtained on the basis of brown coal processing] / A.A. Shulgin // Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten [Mining information-analytical bulletin]. - 2007. - №7. - P. 165172. [In Russian]
2. Melnikov L.F. Organomineralnyye udobreniya. Teoriya i praktika ikh polucheniya i primeneniya [Organomineral fertilizers. Theory and practice of their production and application] / L.F. Melnikov. - SPb: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2007. -305 p. [In Russian]
3. Guminovyye veshchestva v biosphere [Humic substances in the biosphere] / edited by D.S. Orlov. - M.: Nauka, 1993. -237 p. [In Russian]
4. Mangataev A.Ts. Ispolzovaniye okislennykh burykh ugley na kashtanovykh pochvakh Zabaykalya [Use of oxidized brown coals on chestnut soils of Transbaikalia] / A.Ts. Mangataev, A.I. Kulikov, Ts.D. Mangataev, M.A. Kulikov // Agro XXI. - 2008. - № 7-9. - P. 43-45. [In Russian]
5. Budaeva A.D. Sostav neorganicheskoy chasti okislennogo burgoo uglya i yego proizvodnykh [Composition of the inorganic part of oxidized brown coal and its derivatives / A.D. Budaeva, I.G. Antropova // Nauchnoye obozreniye [Scientific Review]. - 2016. - №5. - P. 109-114. [In Russian]
6. Merkusheva M.G. Agrokhimicheskoye mineralnoye syrye: P, K, S i mikroelementy [Agrochemical mineral raw materials: P, K, S and microelements] / M.G. Merkusheva, L.L. Ubugunov, N.M. Kozhevnikova and others. - Ulan-Ude: Izd-vo BNTS SO RAN, 2009. - 592 p. [In Russian]
7. Avvakumov Ye.G. Mekhanicheskiye metody aktivatsii khimicheskikh protsessov [Mechanical methods of chemical processes activation] / Ye.G. Avvakumov. - Novosibirsk: Nauka, Sib. Otd-niye, 1986. - 303 p. [In Russian]
8. Taits Ye.M. Metody analiza i ispytaniya ugley [Methods for analysis and testing of coals] / Ye.M. Taits. - M.: Nedra, 1983. - 301 p. [In Russian]
9. Zoltoyev Ye.V. Polucheniye udobreniy iz okislennykh burykh ugley i fosfatnogo syrya Zabaykalya [Fertilizers obtaining from oxidized brown coals and phosphate raw materials of Transbaikalia] / E.V. Zoltoyev, Batuev B.T., A.D. Budaeva // Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten [Mining information-analytical bulletin]. - 2009. - №12 (3). - P. 69-74. [In Russian]
10. Mineev V.G. Praktikum po agrokhimii: ucheb. posobiye [Workshop on agrochemistry: tutorial] / V.G. Mineev, V.G. Sychev, O.A. Amelyanchik and others; edited by V.G. Mineev. - 2nd edition. - M: Izd-vo MGU, 2001. - 689 p. [In Russian]
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.66.096 Вавин В.С.1, Попов А.В.2
:ORCID: 0000-0001-9996-2880, кандидат сельскохозяйственных наук, 2ORCID: 0000-0003-1922-0743, научный сотрудник, ФГБНУ «Каменно-Степное опытное лесничество», Воронежская область, Таловский район СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ПОРОСЛЕВЫМ ВОЗОБНОВЛЕНИЕМ НА ТРЕЛЕВОЧНЫХ ВОЛОКАХ В
ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЯХ
Аннотация
Изучена эффективность химических способов борьбы с порослевым возобновлением на трелевочных волоках защитных лесных насаждениях. Впервые в условиях Каменной Степи изучены варианты борьбы с порослью различных пород диаметром до 1 см. Установлено, что применение гербицида «Торнадо» наиболее эффективно при нанесении препарата на поверхность пеньков, сразу после рубки поросли. В результате чего в течение вегетационного периода новая поросль не появляется. Результаты проведенных опытов позволяют рекомендовать препарат как один из наиболее эффективных и экологически безопасных способов борьбы с нежелательной порослью.
Ключевые слова: защитные насаждения, порослевое возобновление, гербициды, химический способ обработки.
Vavin V.S.1, Popov А.^2
1ORCID: 0000-0001-9996-2880, PhD in Agriculture,
2ORCID: 0000-0003-1922-0743, researcher, FSBSI Kamennaya Steppe experimental forest district, Voronezh region, Talovsky district STRUGGLING WITH COPPICE REGENERATION ON SNIGGING TRACK IN PROTECTIVE FOREST PLANTS
Abstract
The effectiveness of chemical methods for control of coppice regeneration on snigging track in protective forest plants is studied in the paper. For the first time under the conditions of the Kamennaya Steppe, the options of struggling the snigging track of various species of up to 1 cm in diameter are studied. It is found that the use of Tornado herbicide is most effective when applying the drug to the surface of the stump, immediately after cutting coppice growth. As a result, a new coppice growth does not appear during the growing season. The results of the conducted experiments make it possible to recommend the preparation as one of the most effective and environmentally safe methods of combating undesirable growths.
Keywords: protective plantations, coppice renewal, herbicides, chemical treatment.
В условиях Центрально-Черноземной зоны России защитное лесоразведение является составляющим компонентом системы ведения сельского хозяйства [7, С. 35]. На 11,5 миллиона гектаров пашни создано 127 тысяч гектаров защитных лесных насаждений, которые со старением древостоев создают проблемы по сохранению и поддержанию их в здоровом состоянии. На примере старовозрастных Докучаевских лесных полос, созданных в период «Особой экспедиции...» 1892 - 1898 гг., состоящих в основном из дуба, клена остролистного, ясеня обыкновенного, липы, происходит распад древостоев. Это заключается в массовом усыхании ясеня, зараженном ложным опенком, перестойной липы, усыханием дуба. Все защитные насаждения требуют незамедлительных санитарных рубок с сохранением подроста и самосева.
Перед проведением различных лесосечных работ в защитных лесных насаждениях одной из наиболее важной подготовительной работой является разбивка и прокладка волоков для трелевки древесины и очистки лесосек от порубочных остатков. После проведения рубок трелевочные волоки служат противопожарными разрывами и местом для проезда машин и механизмов в случае возгорания насаждения. Как правило, на волоках после рубки древесно -кустарниковой растительности остаются пни, имеющие мощную корневую систему, на которых образуется пневая поросль. Это молодые побеги, появляющиеся из спящих почек на пне или корнях деревьев и кустарников. Опыт Каменной Степи (Воронежская область) [2,С. 197] показал, что после рубки появляется обильная поросль, которая в свою очередь требует ежегодную вырубку и тем самым больших затрат на ее осуществление. Известен способ предотвращения порослевого возобновления древесно-кустарниковой растительности, который включает операции по корчевке пней с последующей утилизацией [5, С. 46]. Сотрудниками Каменно-Степного опытного лесничества была изучена эффективность химического способа борьбы с порослью клена ясенелистного на опушках лесных полос в
