CC BY
17Chemical Journal of Kazakhstan
ISSN 1813-1107, elSSN 2710-1185 https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.35
Volume 3, Number 75 (2021), 5 - 18
ЭОЖ 631.872+547.992
;¥РАМЫНДА ГУМАТЫ БАР ЖАЦА КОМПОЗИЦИЯЛЫ; 0Н1МДЕРД1 АЛУ
0.Ж. Жустбеков1*, Г.О. Нургалиева1, З.К. Баяхметова1, А.К,. Шакирова1
'«Э.Б. Бект^ров атындагы химия гылымдары институты» АК, Алматы, Казахстан
E-mail: [email protected]
Тушндеме: «Натрий гуматы-фосфор жэне азот кышкылдарынын коспасы» жэне «фосфорит-кышкылдардын коспасы-натрий гуматы» жYЙeлeрiндeгi езара эрекет-тесу Yдeрiсiнe эр тYрлi факторлардыц эсeрi зерттелген. Бастапкы компонeнттeрдiн аракатынасынын, eнгiзiлгeн натрий гуматынын мелшeрiнiн, кышкылды реагент-тeрдiн мелшeрiнiн, температура мен уакыттын зeрттeлeтiн жYЙeлeрдeгi эрекеттесу Yдeрiсiнe эсeрi зeрттeлiп, YPДiстiн онтайлы шарттары аныкталды. Химиялык жэне физика-химиялык талдау эдiстeрi аркылы зерттелген гeтeрогeндi жуйелерде эрекеттесу нэтижeсiндe аммоний гуматы, натрийдщ кышкылды фосфаттары, сондай-ак натрий мен аммоний нитраттарыныц тYзiлeтiндiгi аныкталды. ЖYргiзiлгeн зерттеу-лер нeгiзiндe натрий гуматын eнгiзу фосфат шишзатынын ыдырауыныц жэне P2O5 ретроградациясын тeжeйтiндiгi аныкталды, ягни натрий гуматынын эсeрiнeн бастапкы компоненттердщ эрeкeттeсуi нэтижeсiндe тузшетш нашар eритiн кальций фосфаты тез еритш дигидрофосфатка айналады. Кдоамында гуматы бар компози-циялык енiмдeрдiн жана тYрлeрiн алудын нeгiзгi технологиялык сызбасы эзiрлeндi. Кдоамында гуматы бар ешмнщ жана тYрлeрiн алудын нeгiзгi технологиялык сызбасы жасалды, б^л енiмнiн еш тYрiн алуга мумшндш бeрeдi: тынайткыштар мен композициялар. Натрий гуматы кышкылды реагентпен эрекеттескенде дайын енiм гуматты композиция, ал егер жYЙeгe фосфорит косылса гумат-фосфатты тынайт-кыш болады. Алынган енiмдeрдeгi P2O5, азот жэне гуминдi косылыстардын шы-гымы жогары.
ТYЙiндi сездер: натрий гуматы, фосфорит, фосфоркышкылы, азот кышкылы, гу-матты композиция, гумат-фосфатты тынайткыш.
Citation: Dzhusipbekov U.Zh., Nurgalieva G.O., Bayakhmetova Z.K., Shakirova A.K. Obtaining humate-containing new composite products. Chem. J. Kaz., 2021, 3(75), 5-18 (In Kaz.). DOI: https://doi.org/10.51580/2021-1/2710-1185.35
1. Kipicne
K^ipri кезде халык саныныц ecyÍHe, епстшке жарамды жерлердщ кыскаруына жэне топырактыц туздануына, ауа райыныц e3repyi мен эко-логиялык жагдайдыц нашарлануына байланысты халыкты азык-тYлiк-пен камтамасыз ету езекп мэселелердщ 6ipÍHe айналды. Алайда соцгы кездерi Республикамызда ауыл шаруашалык саласыныц к¥лдырауы байкалуда. Ал ешмдшп мен сапасы жогары ауыл шаруашылык eнiмде-piH химиялык ^¥Ралдарды жэне жаца технологияларды колдану аркылы гана алуга болады.
Эдетте ауыл шаруашылыгында тек кана минералды (аммофос, суперфосфат, селитра жэне т.б.) жэне органикалык (кец, к¥стыц сацрыгы жэне т.б.) тыцайткыштар колданады. Оларды жеке-жеке колдану тиiмдi емес, ейткеш eсiмдiктеpдщ eсiп-дамyы Yшiн корект элементтеpдi кешендi тYp-де пайдалану кажет. Сондай-ак, минералды тыцайткыштардыц пайдалы эсер коэффициент тeмен (N - 30-45%, Р2О5 - 10-15%), мэселен азотты тыцайткыштар сумен шайылып кететiн болса, фосфор тыцайткыштары топыракта eсiмдiк сщре алмайтын тYpге ауысады. Сонымен бipге, топырак ^оры деградацияга ^шырап, ондагы гумустыц мeлшеpi азайды, ягни топырактыц к¥нарлыгы тeмендеп кеттi. Ал гумустыц мeлшеpiнiц 1.0%-га кемyi, ауыл шаруашылык дакылдарыныц eнiмдiлiгiн 5.0-6.0% тeменде-тедi. Жалпы жыл сайын 2.5-2.8 млн. т корекп заттар жогалады. Осы жэне eзге де факторлар епспк жэне суармалы жерлердщ ^лемшщ азаюына, ауыл шаруашылык дакылдарыныц eнiмдiлiгiнiц тeмендеyiне алып келдi. Сонымен бipге, колданылып жYpген тыцайткыштардыц ассоpтиментi, тшм-дiлiгi тeмен жэне топырактыц ^нарлыгына эсер етпейдi. Сондыктан мол жэне сапалы eнiм алу Yшiн к¥рамында гуматы бар органо-минералды ты-цайткыштарды колдану керек, сондай-ак б^л тыцайткыштардыц к¥рамын-да гyминдi косылыстар болгандыктан eсiмдiктеpдiц тез eсiп жетiлyiне, алынатын eнiмдеpдiц сапасына эсер етедi жэне экологиялык таза eнiм болып табылады.
Патенттiк эдебиеттер талдауы органо-минералды тыцайткыштарды алудыц эpтYpлi тэсiлдеpi бар екенiн кepсеттi. Гуминщ тыцайткыштар eсiмдiктеpдiц белсендi eсyiне жэне дамуына ыкпал етедi. Олар eсiмдiк-тердщ тамыр жYЙесiнiц дамуын жаксартады, топырактыц к¥нарлылы-гын, ауа-райыныц (жауын-шашын, жел) колайсыз жагдайларыныц эсеpiнен болатын эрозиялык YPДiстеpге тeзiмдiлiгiн арттырады [1]. Тамыр жYЙесi-нщ дамуы eсiмдiктiц ылгалды жэне оттепнжугуына, сонымен катар топыракта сщуше байланысты. Гyминдi тыцайткышты пайдалану нэтиже-сiнде тамыр жYЙесiнде аминкышкылдары, кант, дэрумендер жэне органикалык кышкылдар синтезi белсендipiледi, сондай-ак тамырлар мен топырак арасындагы зат алмасу жогарылайды. Тамырдан бeлiнген органика-лык кышкылдар топыракка белсендi эсеpiн тигiзедi жэне ондагы микро-элементтер мен коpектi заттарды арттырады [2].
Мысалы, органо-минералды тыцайткыштарды шымтезек немесе то-тыккан коцыр кeмiрдi минералды т^здармен араластыру жолымен алган. Минералды т^здар ретiнде карбоаммофос, диаммофос, мочевина фосфаты, аммоний немесе калий полифосфаты жэне калий метафосфаты колда-нылган. Тыцайткыш алудыц тагы бiр тэсiлiнде [3] коцыр кeмiр немесе лигниндi бейорганикалык тыцайткыштармен к¥ргак араластырады, одан кейiн алынган коспага сiлтiлi немесе кышкылды реагенттер косады. Тыцайткышты коспа ретiнде суперфосфат, кальций фосфаттары, CYЙек уны, карбамид, аммоний сульфаты немесе нитраты, калий хлоридi пайдала-нылды. Мундагы коректi заттар жиынтыгы 48% к¥райды. Орта Азия айма-гындагы ауыл шаруашылык енеркэшбшщ шешiлмей отырган кYрделi мэселелершщ бiрi топырактагы гумус мeлшерiшц аздыгы жэне топырактьщ сортацдыгы. Осы мэселелердi шешудщ бiр жолы - коцыр кeмiрден алынган органо-минералды тыцайткыштарды колдану болып есептеледi. Бiрак, кез-келген кeмiрдi тыцайткыш алу Yшiн пайдалануга болмайды. Оган тек табиги жагдайда тотыккан, жел каккан кeмiрдi гана колдануга болады. М^ндай кeмiрде 40%-дан 84%-га дейiн гуминдi кышкылдар, 0.7-2.5% жалпы азот жэне 1-4% кYкiрт бар. Одан баска темiр, магний, кальций, фосфор жэне микроэлементтер: марганец, кобальт, мыс, молибден, никель (0.01-ден 0.1% дешн) бар. Осы багытта жасаган жумыстарыныц негiзiнде [4-6], коцыр кeмiрдi азот кышкылымен тотыктыру аркылы кeмiргуминдi жэне органо-минералды тыцайткыштар алудыц iрi тоннажды eнеркэсiбi к¥рылды. Мысалы, «Гумофос» органо-минералды тыцайткышын алу урд^ бойынша 1 тонна к¥ргак кeмiрдi 50-100 л аммиакты сумен жэне 50-100 кг суперфос-фатпен араластырады [4]. Бул тыцайткыштар топырактагы гумус мeлшерiн жогарлатады, сортац топырактыц сапасын жаксартады. Гуминдi кeмiр мен лигниннен баска, мочевина жэне кос суперфосфаттан дайындалган органоминералды кешендi тыцайткыштар сынактан eткiзiлдi. Осы тыцайткыштарды пайдалану нэтижесiнде фосфордыц топыракта калу YPДiсi бэсецдеп, ондагы жылжымалы фосфат тYрлерiнiц мeлшерi артады, ягни пайдаланылатын фосфор тыцайткыштарыныц мeлшерiн 25-40% дейiн азайтуга болады [5]. Ал [7] жумыс авторлары зерттеулерiнде гуминдi косылыстардыц eсiмдiктердiц тiршiлiк эрекетiне эсер етуi ионодисперсп кYЙде болганда байкалады деген. Сондыктан курамында гумат бар органо-минералды тыцайткыштардыц баска тыцайткыштардан айырмашылыгы оцай еритш гумат туздарыныц жылжымалы болатындыгында. Гуминдi косылыстардыц еру дэрежесiнiц жогарылауынан тыцайткыштардыц тшм-дiлiгi артады.
Сонымен, к¥рамында гуматы бар органо-минералды тыцайткыштар эсе-рiнен эртYрлi ауыл шаруашылык eнiмдерiнiц тYсiмi мен сапасы (акуыз, кант, май жэне тагы да баска) жаксарады, сондай-ак коршаган ортаныц алуан тYрлi уландыргыш заттарына eсiмдiктердiц шыдамдылыгы артады, Kоректi компоненттер алмасуы реттеледi. Минералды тыцайткыштарга кара-
ганда гумицщ органо-минералды тыцайт;ыштарды ;олдану ец лайы;ты, экономикалы; т^ргысынан тиiмдi болып табылады.
2. Нэтижелер жэне оларды талдау
ЖYргiзiлген зерттеу нэтижелерi Yдерiстщ температурасы жогарылаган сайын фосфордыц (1-сурет) жэне азоттыц, гуминдi ;осылыстардыц мвлшершщ (2-сурет) артатындыгын кврсеттi. Мысалы, 1-суреттен кврiнiп т^ргандай, 20 оС температурада К;С = 1:3 ;атынасында натрий гуматы фосфор жэне азот ;ыш;ылдарыныц ;оспасымен 60 мин эрекеттескеннен кейiн алынган вшмнщ ;^рамындагы жалпы Р2О5 мвлшерi 33,65% болса, Р2О5 сщiрiмдiлiк туршщ мвлшерi - 32,66% жэне Р2О5 суда ертштж тYрiнiц мвлшерi - 29,89%, осы жагдайда 40 °С температурада сэйкесшше - 36.39%, 33.34% жэне 30.53%, ал 60 °С температурада сэйкесшше - 38.51%, 36.83% жэне 32.89% ;^райды. Ал азоттыц мвлшерi 36.39%-дан 33.34%-га дейiн, гуминдi ;осылыстардыц шыгымы 36.39%-дан 33.34%-га дейiн взгеретшдт аны;талды (2-сурет). Б^л температура вскен сайын ертндшщ тущыр-лыгыныц азайып, реагенттер диффузиясыныц жылдамдыгыныц арта-тындыгына байланысты. 1-шi жэне 2-суреттерде бершген нэтижелер 40 жэне 60 °С температурадагы кврсетюштердщ мэндершщ жуы; екендiгiн кврсеттi, сонды;тан YPдiстi 40 °С жYргiзуге болады.
10 20 30 40 50 60 т.иин 10 20 30 40 50 60 т.иин
1-сурет -
Эртурл1 температурада натрий гуматыныц фосфор жэне азот ;ышк;ылдары ;оспасымен эрекеттескен кезде алынган вшмнщ к^рамындагы Р205 мвлшершщ уа;ытк;а байланысты взгеру1 = 1:3); 1 - 20 оС, 2 - 40 оС, 3 - 60 оС, а - жалпы Р2О5; б - сщ1р1мд1 Р2О5; в - суда еритш Р2О5.
10 20 30 40 50 60 I, тин 10 20 30 40 50 60 I, тин
2-сурет - ЭpтYpлi тeмпepaтypaдa уакытка байланысты гуминд1 кocылыcтap Hen aзoт мeлшepiнiц eзгepyi (К;С = 1:3); 1 - 2Q °С, 2 - 4Q °С, 3 - 6Q °С, а - гyминдi kocmtchc ^ramepi; б - aзoт мeлшepi.
Тэжipибe нэтижeлepi (1-кecтe) К;С кaтынacы мeн Yдepicтiц жYpy уакыты apткaн caйын фocфopдыц бapлык тYpiнiц жэнe aзoттьщ мeлшepi жoFapылaйтындыFын Kepcen! Мыcaлы, К;С = 1:2 кaтынacындa apeKe^ тecy YДepici 10 минуттан кeйiн алыютан eнiмнщ к¥PaмындaFы жалпы фocфop мeн aзoт мeлшepi 31.83% жэнe 3.15% к¥Paйды, ал 60 мин тешн cэйкeciншe - 35.25% жэнe 3.83% бoлaды. Ал ocы уакыт apaлыFындa К;С кaтынacы 1:4 дeйiн ecкeндe жалпы фocфop мeлшepi 35.б5%-дан 38.Q4%^ жэнe aзoт мeлшepi 3.95-тeн 4.51% дeйiн apтaды. Б^л бacтaпкы томго-нeнттepдiц эpeкeттecy жылдaмдыFыньщ ecyiнe жэж cycпeюияньщ ^йы-луына бaйлaныcты бoлaды.
Оcы жoFapыдa aтaлFaн жYЙeгe уакыттыц (1Q-60 мин) эcepiн зepттeгeн кeздe тeмпepaтypa мeн К;С эpтYpлi мэндepiндe гyминдi
KOcылыcтap мeлшepiнiц ece^^^n айкындалды. Мэceлeн, жYЙeдeгi тeмпepaтypa 40 °С, ал К;С =1:4 бoлFaндa (1-кecтe) 10 мин эpeкeттecyдeн тешн гyминдi кocылыcтapдыц мeлшepi 27.45% бoлca, ocы жaFдaйдa 60 мин coq 31.05% дeйiн apтaды. АлынFaн нэтижeлep (1-кecтe) нaтpий гуматыныц кышкылдap кocпacымeн эpeкeттecy YДepici бacтaпкы 40 мин жoFapы жылдамдыкшн жYpeтiндiгiн кepceттi, уакытты oдaн api apттыpy гyминдi K0cылыcтapдыц, фocфopдыц жэнe aзoтrыц мeлшepiнe acep eтпeйдi.
Сoнымeн, «нaтpий гуматы - кышкылдap Kocra^» жYЙeciндeгi ape-Kerrecy 40 мин уакыт apaлыFындa 40 °С тeмпepaтypaдa К:С = 1:4 катына-cындa бacтaпкы кoмпoнeнтrepдiц apeKeirecy жылдамды^ыныц apтyымeн жaнe peaгeнтrepдiц диффузия жaFдaйыныц жaкcapyымeн cипarтaлaды.
«Фocфopит - кышкылдap кocпacы - нaтpий гуматы» кYPдeлi гeтepo-гeндi жYЙeciндeгi apeKeirecy YДepiciнe кышкылдap кocпacы мeн нaтpий гуматыныц мeлшepi, темпepaтypaныц acepi зepттeлдi. АлынFaн тaжipибeлiк нaтижeлep 2-кecтeдe ^pce^re^
1-кесте - Натрий гуматы фосфор жэне азот ;ыш;ылдары ;оспасымен эрекеттескен кезде алынган вшмдерге уа;ыт пен ;атынасыныц эсер1 (40 оС)
Уа;ыт, Р2О5 мвлшер^ мас.% Ксщ., сал. % ■^жалп., НА",
мин жалпы ищр. суда ер. сщ1р. суда ер. мас.% мас.%
= 1:2
10 31.83 29.07 25.83 91.32 81.15 3.15 27.45
20 33.06 30.14 26.85 91.17 81.21 3.37 28.69
30 34.18 31.18 28.00 91.23 81.91 3.59 29.84
40 34.97 31.89 29.00 91.19 82.93 3.78 30.77
50 35.29 32.05 29.33 90.81 83.11 3.82 31.04
60 35.25 32.05 29.37 90.92 83.31 3.83 31.05
= 1:3
10 33.70 30.55 27.95 90.65 82.94 3.74 26.16
20 34.62 31.51 28.83 91.02 83.28 3.97 27.46
30 35.47 32.46 29.68 91.51 83.67 4.16 28.58
40 36.17 33.18 30.32 91.73 83.83 4.31 29.44
50 36.35 33.30 30.53 91.61 83.98 4.35 29.81
60 36.39 33.34 30.53 91.62 83.89 4.36 29.88
= 1:4
10 35.65 33.14 29.64 92.95 83.14 3.95 24.41
20 36.50 33.99 30.57 93.12 83.75 4.12 25.77
30 37.27 34.89 31.28 93.61 83.92 4.30 27.03
40 37.82 35.64 31.94 94.23 84.45 4.46 27.98
50 38.01 35.85 32.09 94.32 84.42 4.51 28.37
60 38.04 35.88 32.12 94.32 84.44 4.51 28.43
2-кесте - «Фосфорит -;ыш;ылдар ;оспасы - натрий гуматы» жуйесшдеп эрекеттескен кезде алынган вшмнщ кврсеткштерше натрий гуматы мвлшершщ эсер1 (Т = 40 оС)
^ыш; мвлш., Натрий гумат. Р2О5 мвлшер^ мас.% Ксщiр., мас. % НАйа, ^орекл заттар
мас.% мвлш., г. жалп. сщ!р. суда ер. ищр. суда ер. мас.% мас. % жиынт. мас.%
100 32.64 29.64 23.59 90.81 72.27 1.45 22.15 56.24
120 32.49 29.57 23.50 91.01 72.42 1.58 24.45 58.52
80 130 31.17 28.60 22.81 91.75 73.17 1.67 26.05 58.89
140 28.93 26.62 21.22 92.01 73.35 1.88 27.18 57.99
150 27.73 25.56 20.54 92.17 74.07 2.11 28.14 57.98
100 36.09 33.26 27.22 92.16 75.42 1.41 17.73 55.23
120 35.27 32.58 27.01 92.37 76.58 1.49 20.50 57.26
90 130 34.29 31.86 26.33 92.91 76.79 1.60 21.80 57.69
140 33.07 30.82 25.66 93.19 77.59 1.74 22.93 57.74
150 32.40 30.31 25.28 93.55 78.02 1.99 23.89 58.28
100 38.06 35.14 30.02 92.32 78.87 1.33 13.91 53.30
120 36.63 34.01 28.91 92.85 78.92 1.40 16.42 54.45
110 130 35.18 33.04 27.81 93.92 79.05 1.51 17.64 54.33
140 34.27 32.32 27.11 94.31 79.11 1.69 18.94 54.90
150 33.38 31.50 26.51 94.37 79.42 1.82 20.00 55.20
2-кестеден байкайтынымыз, кышкылдыц стехиометрия бойынша мвлшерi 80%-дан 110%-га артканда фосфордыц барлык тYрлершщ мвл-шерi бiраз жогарлайды. Мэселен, натрий гуматыньщ мвлшерi 100 г бол-ганда жалпы Р2О5-тщ мвлшерi 32.64%-дан 38.06%-га, суда еритiн Р2О5 -23.59%-дан 30.02%-га, ал сщiрiмдi Р2О5 - 29.64%-дан 35.14%-га артады. Б^л коспага азот кышкылын енгiзген кезде фосфориттщ ыдырау коэффициен-тшщ артуына жэне коспадагы фосфор кышкылыныц мвлшершщ жогары болуына байланысты. Осы аталган жагдайларда азоттыц мвлшерi 1.45%-дан 1.33%-га дешн, ал гуминдi косылыстардыц мвлшерi 22.15%-дан 13.91%-га дейiн кемидi. Эйткенi, кышкылдыц мвлшерiн арттыру кальций гуматыныц тYзiлу YДерiсiне кедергi келтiредi. Сондыктан кышкылдар коспасыныц стехиометриялык мвлшерiн 90%-дан асыру тиiмсiз болып есептеледi.
Алынган нэтижелер (2-кесте) натрий гуматыныц мвлшерiн 100 грамнан 150 грамга жогарлатканда, кышкылдар коспасыныц стехиометриялык мелшерi 110% болганда жалпы Р2О5-тiц мвлшерi 38.06%-дан 33.38%-га, суда еритiн Р2О5- 30.02%-дан 26.51%-га, ал сiцiрiмдi Р2О5- 35.14%-дан 31.50%-га кемидi. Алайда, кальций гуматыныц тYзiлуi Р2О5-тiц ретрогра-дация YPДiсiне кедерп келтiретiндiктен, оныц сiцiрiмдiлiк коэффициент-терi жогарлайды. Натрий гуматыныц мвлшерiн арттырган кезде азоттыц да мвлшерi жогарылайды, мысалы, жогарыда аталган жагдайларда 1,45%-дан 2.11%-га дейiн артады. Б^л гуматтыц к¥рамындагы азоттыц YДерiске катысатындыгын кврсетед^ Сонымен бiрге, тэж1рибе нэтижелерi натрий гуматыныц мвлшерш 130 грамнан артык жогарлату, алынатын внiмнiц сапасына айтарлыктай эсер етпейтiндiгiн кврсеттi.
«Натрий гуматы - кышкылдар коспасы» жYЙесiндегi эрекеттесу кезiнде алынган Yлгiлердiц ИК^-спектрлерш (3-сурет, 4 жэне 5-кисыктар) таза т^здар спектрлерiмен (3-сурет, 1, 2 жэне 3-кисыктар) салыстыру, олардыц спектр-лершде айырмашылыктар бар екенiн кврсеттi. Б^л натрий гуматыныц фосфор жэне азот кышкылдары коспасымен эрекеттесу кезiнде аммоний гуматыныц, натрий дигидрофосфатыныц жэне аммоний нитратыныц тYзiлетiнiн кврсетедi [8-10]. ИК^-спектр талдауы бойынша (3-сурет, 4 жэне 5-кисыктар) алынган вшмнщ к¥рамынан аммоний гуматын сипаттайтын жугылу жолактары табылды. Б^л 1630 жэне 1384 см-1 аймагындагы карбоксилат иондарына сэйкес жолактар, 2427 см-1 - карбоксил тобындагы ОН-тыц валенттiк ауыткулары жэне сутектiк байланыс тYзетiн ОН-топ-тарыныц 3435-4320 см-1 аймагындагы Yлкен жэне кец жолактары. Сонымен катар, Yлгiден 1134-1128 см-1 жэне 957-947 см_1аймагында жугылу жолактары бар NaH2PO4 пен 838-836 см-1, сондай-ак 3150 см-1 аймагында элшз жолактармен сипатталатын NH4NO3 табылды.
Каратау фосфоритi мен натрий гуматын кышкылдар коспасымен ыдырату кезiнде алынган вшмдердщ ИК-спектрлерi (4-сурет) к¥рамында кальций гуматы (жугылу жолактары - 3580-3560, 2980-2900, 1620-1600, 1390-1300, 800 жэне 730 см-1 аймагында) жэне кальций дигидрофосфаты
3-сурет - Yлriлердщ ИК-спектрг 1 - натрий дигидрофосфаты, 2 - аммоний нитраты, 3 - натрий гуматы, 4 - К:С = 1:4; Т = 60 оС алынган внiм, 5 - К:С = 1:4; Т = 40 оС алынган вшм.
4-сурет - Каратау фосфоритi мен натрий гуматын фосфор жэне азот кышк;ылдары ;оспасымен ыдырату кезiнде алынган вшмнщ ИК-спектрлерi: 1 - Каратау фосфорип, 2 - натрий гуматы, 3 - СаНРО4, 4 - Са(Н2РО4)2, 5 - Са(ЫО3)2 , алынган вшм: 6 - 100 г натрий гуматын ;ос;анда, 7 - 150 г натрий гуматын ;ос;анда.
(жутылу жолактары - 1130, 1090, 910, 490 жэне 400 см-1 аймагында) бар екендшн кврсеттi, ал НРО42- - (1620 жэне 1300 см-1) жэне N03 - иондарына (1620 жэне 1400 см-1) сэйкес келетш жутылу жолактары кальций гуматына тэн жолактармен кабаттасуына байланысты, осы кврсетiлген аймактардагы жутылу жолактары кецейедi [8-10]. Сонымен бiрге, жYЙедегi натрий гуматыныц мвлшерш арттырганда кальций гуматыныц курамындагы СН2-, СН3 - жэне (СН2)4 - топтарына жэне Н2Р04- - тобына сэйкес жутылу жолактары 10-20 см-1 твмен жишктеп аймакка жылжиды.
Гуминдi косылыстар жогарымолекулалы, квпфункционалды косы-лыстарга жатады, курамында оттегi, азот жэне ^юрт бар функционалды топтары бар [11, 12]. Гуминдi косылыстардыц функционалды топтарыныц эртYPлiлiгiне жэне химиялык курамыныц кYPделiлiгiне байланысты жYЙедегi эрекеттесу YДерiсiнiц химизмiн сипаттау вте киын. Yдерiске аро-матикалык ядролар мен алифаттык тiзбектерде эр тYрлi функционалды топ-тардыц болуы жэне осы функционалды топтардыц гуминдi косылыстардыц курылымындагы орны, гуминдi косылыстардыц макромолекулалык курамыныц курылымдык ерекшелiктерi Yлкен эсер етедь Сонымен бiрге фосфорит квпкомпоненттiлiгiмен жэне курамыныц кYPделiлiгiмен сипат-талады. Алайда, химиялык жэне физикалык-химиялык зерттеулердiц нэти-желерiне CYЙене отырып натрий гуматы кышкылдар коспасымен жэне кышкылды ортада фосфоритпен эрекеттесу нэтижесiнде аммоний жэне кальций гуматтары, натрийдiц кышкылды фосфаттары, сондай-ак натрий мен аммоний нитраттарыныц тYзiлетiндiгi аныкталды. Ягни, «натрий гуматы- кышкылдар коспасы» жэне «фосфорит - кышкылдар коспасы -натрий гуматы» жYЙесiндегi эрекеттесу YДерiсiнiц ыктималды химизмш келесi тецдеулермен сипаттауга болады (1 жэне 2-шi тендеулер):
ГумNa+H3PO4+HNO3+2NH3^■ГумNH4+NaH2PO4+NH4NO3 (1)
Са5F(Р04)з+НзР04+2НN0з+2ГумNа ^
^ Са(N0з)2+Гум2Са+2Са(Н2Р04)2+2NaF (2)
Сонымен, фосфат-кышкылды койыртпага натрий гуматын косу фос-фордыц сiцiрiмдi тYрiнiц ретроградация YPДiсiн тежейдi, ягни суда нашар еритiн (СаНР04) жэне ерiмейтiн (Са3(Р04)2) фосфаттар тYзiлмейдi. Ал реакция нэтижешнде тYзiлген кальций гуматы органикалык компонент болып табылады жэне ол корекп заттардыц жиынтыгын квбейтедi, вшмнщ физика-химиялык касиетiн де жаксартады.
ЖYргiзiлген зерттеулер негiзiнде курамында гуматы бар жаца внiмдердi алудыц принципиалды технологиялык Yлгiсi усынылды (5-сурет). Бул Yлгi араластыру, бейтараптау жэне кептiру сатыларынан турады.
5-суретте кврсетiлген Yлгi бойынша технологиялык жагдай мен пара-метрлердi взгерте отырып, екi тYрлi вшм, ягни гуматты композиция мен гумат-фосфатты тыцайткыш алуга болады. Бул усынылган технологиялык
5-сурет - К¥рамында гуматы бар жаца композициям; внiмдердi алудыц принципиалды технологияльщ Yлгiсi.
Yлriшц ерекшелiгi, эдеттегi тыцайт;ыштарды алу технологиясындагы бей-тараптау жэне арты; кальций иондарын эртYрлi эдютермен бвлiп алу сия;ты сатыларды ;ыс;артуга мYмкiндiк бередi. Кыш;ылды реагенттщ стехио-метриядан твмен мвлшерiн (5-10%) ;олдана отырып, сщiрiмдi жэне суда еритш фосфаттардыц мвлшерi жогары, ;орекп заттардыц ;атынасын реттеуге болатын, физика-химиялы; жэне тыцайт;ышты; ;асиеттерi жа;сы внiмдер алынды.
Ескерте кететiн жай, б^л ^сынылып отырган ;^рамында гуматы бар жаца внiмдердi алудыц технологиясы икемдi, эрi ;алды;сыз технология. Эйткенi, сапасы эртYрлi минералды жэне квмiрсутектi шикiзат пен ;ымбат, эрi тапшы емес реагенттердi ;олдануга, бастап;ы компоненттердiц ;аты-насын реттеуге мYмкiндiк бередi, ;¥рамы эртYрлi жэне ;асиеттерш бол-жауга, реттеуге болатын вшмдер алынады. К¥рамында гуматы бар жаца композициялы; внiмдердi алудыц технологиясын жYзеге асыру Yшiн арнайы жагдай (жогары температура, ;ысым, ;ымбат, эрi зиянды заттар, т.б.) мен ;ымбат ;ондыргылар ;ажет емес. Б¥л технологияны минералды тыцайт;ыштарды (;ос суперфосфат, аммофос) шыгаратын вндiрiстер мен кез-келген бас;а химиялы; внеркэсiптерде жYзеге асыруга болады.
3. Корытынды
Сонымен, жYргiзiлген зерттеулер негiзiнде «натрий гуматы - ;ыш;ыл» жэне «фосфорит - ;ыш;ыл - натрий гуматы» жYЙесiндегi эрекеттесу YДе-рiсiнiц зацдылы;тары мен ерекшелштер^ YДерiстi жYргiзудiц оцтайлы жагдайлары аны;талды. Yдерiске бастап;ы заттардыц ;атынасыныц, натрий гуматыныц мвлшерi, температура мен уа;ыттыц эсер ететiндiгi ай;ын-далды. «Натрий гуматы - ;ыш;ыл» гетерогендi жYЙесiндегi эрекеттесу
кезiнде суда жаксы еритiн аммоний гуматы, натрий дигидрофосфаты, сондай-ак натрий жэне аммоний нитраттарыныц тYзiлетiндiгi айкындал-ды. ЖYЙеге натрий гуматын косу Р205-тiц ретроградация YДерiсiн тежей-тiндiгi жэне бос кышкылдыкты бейтараптайтындыгы аныкталды. Тэжiрибе нэтижелерi фосфорит пен натрий гуматы фосфор жэне азот кышкылдары-ныц коспасымен эрекеттескен кезде кальций гуматы мен дигидрофосфаты, аздаган мвлшерде кальцийдiц гидрофосфаты мен нитраты тYзiлетiндiгiн кврсеттi. ЖYргiзiлген зерттеулер негiзiнде курамында гуматы бар жаца композициялык внiмдердi алудыц технологиясы усынылды.
4. Тэжiрибелiк бвл1м
Тэжiрибе барысында натрий гуматыныц фосфор жэне азот кышкыл-дарыныц коспасымен эрекеттесу YДерiсiне эртYрлi факторлардыц эсерлерi жэне Каратау фосфоритi мен натрий гуматыныц коспасын минералды кыш-кылдармен эртYрлi жагдайда ыдырату YДерiсi жэне «фосфорит - кышкылдар коспасы - натрий гуматы» жYЙесiндегi эрекеттесу YДерiсiнiц зацдылык-тары зерттелдi. Кышкылдык реагенттер ретiнде концентрациясы Р205 бойынша 20% болатын фосфор кышкылы, 30% азот кышкылы алынды (фосфор кышкылыныц бiр бвлiгi азот кышкылыныц 20 мас. бвлiгiне ауыс-тырылган).
Гуминдi косылыстардыц фосфор жэне азот кышкылдары коспасымен эрекеттесу YPДiсiне бастапкы компоненттер катынасыныц (КС = 1:2^4), Yдерiстiц жYргiзiлу уакыты (10-60 мин) мен температураныц (20-60 оС) эсерi зерттелдi. Койыртпаныц калган кышкылдыгы 5% аммиактыц сулы ер^ш-дiсiмен рН 3.5-4.0 дешн бейтарапталды. Одан кешн алынган койыртпа 7580 оС температурада салмагы бiркалыпты болганга дейiн кептiрiлдi. Алынган гуматты композицияныц (ГК) курамындагы Р205-тiц барлык тYрлерi, жалпы азоттыц жэне гуминдi косылыстардыц мелшерлерi аныкталды [13, 14].
Кышкылдардыц коспасыныц Каратау фосфоритiмен эрекеттесуi термостатты ыдыста 20-60 оС температурада 30 мин жYргiзiлдi. Алынган кышкылдардыц коспасыныц мелшерi стехиометрия бойынша 80, 90 жэне 110% взгерилд^ Содан кешн фосфат-кышкылды койыртпага натрий гуматы косылып, тагы да 30 мин араластырылды, осы койыртпа 75-80 оС температурада туракты салмакка дейiн кешгршдь Алынган дайын внiмнiц курамындагы Р205 жалпы, суда ерiгiштiк жэне сiцiрiмдiлiк тYрлерiнiц, сондай-ак жалпы азот пен гуминдi косылыстардыц мвлшерi аныкталды [8,9].
^аржыландыру: Зерттеу жумысы Казахстан Республикасы бшм жэне гылым Министрлш гылым Комитет багдарламалык нысаналы каржыланыру ЖТН BR10965255 «Табиги шишзат пен внд1р1спк калдыктарга нег1зделген инновация-лык квпфункционалды материалдар» бойынша орындалды.
Авторлар туралы аппарат:
ЖYсiпбеков 9Mip3a« Ж^мэсшулы - КР ¥ГА корр.-мYшесi, т.г.д., профессор; e-mail: [email protected]; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2354-9878
Н^ргалиева ^лзипа Орынтайкызы - х.г.д.; e-mail: [email protected]; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2659-3361
Баяхметова Замира Кецесбеккызы - х.г.к., жетекш гылыми кызметкер; e-mail: [email protected]; ORCID ID: https://orcid.org/ 0000-0001-7261-2215
Шакирова Айнур Кызырбеккызы - х.г.к., жетекшi гылыми кызметкер; e-mail: [email protected]; ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-1371-470
Эдебиеттер Ti3iMi
1. Денисюк Е.А., Кузнецова И.А., Митрофанов Р.А. Технологии получения гуминовых веществ. ВестникНГИЭИ, 2014, 2(33), 66-79.
2. Мотовилова Л.В. Гуматы - экологически чистые стимуляторы роста и развития растений. М.: Колос, 2001. 105 с.
3. Ниязбердиева М.Б., Одаева С.К. Улучшение свойств минеральных удобрений. Тезисы докл. 14 Всес. научно-техн. конф. по технологии неорган. веществ и минеральныхудобр. Львов, 2002, 194 с.
4. Усанбаев Н., Якубов Р.Я., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Органо-минеральные удобрения на основе бурых углей. Хим. пром-ть, 2005, 9, 421-432.
5. Умаров Т.Ж., Закиров Б.С. Активация природных фосфатов с помощью нитрогу-минового препарата. Узбекский Хим. Журн., 2003, 1, 76-78.
6. Пат. 2219147 Россия. Способ получения комплексного органоминерального удобрения / Ковалев К.Е., Папаянаки В.В.; опубл. 20.12.2003, Бюл. № 11. 2 с: ил.
7. Синяевский И.В., Уфимцева Л.В. Влияние систематического внесение минеральных удобрений на обогащенность гуминовых кислот азотом. Вестник Челябинск. агроинж. ун-та, 2002, 5, 117-118.
8. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. М.: Высшая школа, 1971, 264 с.
9. Лизогуб А.П. Спектральный анализ в органической химии. Киев: Техника, 1964, 232 с.
10. Печковский В.В., Мельникова Р.Я. и др. Атлас ИК-спектроскопии фосфатов, орто-фосфатов. М.: Наука, 1981, 248 с.
11. Anuradha V., Nair S., Kumar N. Humic acids from the sediments of three ecologically different estuarine systemsa comparison. Int. J. of Environmental sciences. 2011, 2(1), 174-184.
12. Ли С.П., Прохоренко В.А., Серикова Л.В. Получение и характеристика гуминовых препаратов детоксицирующего назначения. Universum: химия и биология, 2016, 4(22), 25-29.
13. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.Х. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. М.: Наука, 1963, 360 с.
14. ГОСТ 9517-76 (СТ СЭВ 4787-84). Угли бурые и каменные. Методы определения выхода гуминовых кислот. Введ. 1977-01-07. М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1987, 5 с.
Резюме
ПОЛУЧЕНИЕ ГУМАТСОДЕРЖАЩИХ НОВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ
У.Ж. Джусипбеков1 *, Г.О. Нургалиева1, З.К. Баяхметова1, А.К. Шакирова1
1 АО «Институт химических наук им. А.Б. Бектурова», Алматы, Казахстан *E-mail: [email protected]
Исследовано влияние различных факторов на процесс взаимодействия в системах «гумат натрия-смесь фосфорной и азотной кислот» и «фосфорит-смесь кис-лот-гумат натрия». Изучено влияние соотношений исходных компонентов, количества вводимого гумата натрия, нормы кислотного реагента, температуры и продолжительности реакции на процесс взаимодействия в исследуемых системах и определены оптимальные условия процесса. Методами химического и физико-химического анализа выявлено, что в результате взаимодействия в исследуемых гетерогенных системах образуются гумат аммония, кислые фосфаты натрия, а также нитраты натрия и аммония. На основании проведенных исследований установлено, что введение гумата натрия препятствует торможению процесса разложения фосфатного сырья и ретроградации Р2О5, т.е. образовавшийся в результате взаимодействия исходных компонентов труднорастворимый гидрофосфат кальция под влиянием гумата натрия переходит в хорошо растворимый дигидрофосфат. Разработана принципиальная технологическая схема получения новых видов гуматсодержащих композиционных продуктов. Разработана принципиальная технологическая схема получения новых видов гуматсодержащих продуктов, которая позволяет получать два вида продуктов: удобрений и композиции. При взаимодействии гумата натрия с кислотным реагентом готовым продуктом является гуматная композиция, а в случае добавления в систему фосфорита - гуматно-фосфатное удобрение. Полученные продукты имеют высокое содержание Р2О5, азота и гуминовых веществ.
Ключевые слова: гуматы натрия, фосфорит, фосфорная кислота, азотная кислота, гуматная композиция, гуматно-фосфатное удобрение
Abstract
OBTAINING OF HUMATE-CONTAINING NEW COMPOSITE PRODUCTS
U.Zh. Dzhusipbekov1*, G.O. Nurgalieva1, Z.K. Bayakhmetova1, A.K. Shakirova1 JSC «A.B. Bekturov Institute of Chemical Sciences», Almaty, Kazakhstan
*E-mail: [email protected]
The influence of various factors on the process of interaction in the systems "sodium humate-mixture of phosphoric and nitric acids" and "phosphorite-mixture of acids-sodium humate" has been investigated. The influence of the ratios of the initial components, the amount of sodium humate introduced, the rate of the acid reagent, the temperature and duration of the reaction on the interaction process in the systems under study was studied, and the optimal process conditions were determined. The methods of chemical and physicochemical analysis revealed that as a result of interaction in the studied heterogeneous systems, ammonium humate, sodium acid phosphates, as well as sodium and
ammonium nitrates are formed. Based on the studies carried out, it was found that the introduction of sodium humate prevents the inhibition of the decomposition of phosphate raw materials and the retrogradation of P2O5, i.e. the sparingly soluble calcium hydrogen phosphate formed as a result of the interaction of the initial components under the influence of sodium humate transforms into a readily soluble dihydrogen phosphate. A basic technological scheme for obtaining new types of humate-containing composite products has been developed. A basic technological scheme for obtaining new types of humate-containing products has been developed, which allows obtaining two types of products: fertilizers and compositions. When sodium humate interacts with an acidic reagent, the finished product is a humate composition, and if phosphorite is added to the system, a humate-phosphate fertilizer. The resulting products have a high content of P2O5, nitrogen and humic substances.
Keywords: sodium humates, phosphorite, phosphoric acid, nitric acid, humate composition, humate-phosphate fertilizer.
References
1. Denisyuk E.A., Kuznetsova I.A., Mitrofanov R.A. Technologies for obtaining humic substances. Vestnik NGIEI, 2014, 2(33), 66-79. (In Russ.).
2. Motovilova L.V. Humates - environmentally friendly stimulants of plant growth and development. M.: Kolos, 2001,105 p. (In Russ.).
3. Niyazberdieva M.B., Odaeva S.K. Improving the properties of mineral fertilizers. Abstracts. 14 All. scientific and technical conference on the technology of inorganic. substances and mineral fertilizers. Lvov, 2002, 194 p. (In Russ.).
4. Usanbaev N., Yakubov R.Ya., Namazov Sh.S., Beglov B.M. Organo-mineral fertilizers based on brown coal. Chem. prom-th, 2005, 9, 421-432. (In Russ.).
5. Umarov T.Zh., Zakirov B.S. Activation of natural phosphates using a nitrogumic preparation. Uzbek chem. J., 2003, 1, 76-78. (In Russ.).
6. Pat. 2219147 Russia. Method of obtaining complex organomineral fertilizer / Kovalev K.E., Papayanaki V.V.; publ. 20.12.2003, Bul. No. 11. 2 p: ill. (In Russ.).
7. Sinyaevsky I.V., Ufimtseva L.V. Influence of systematic application of mineral fertilizers on the enrichment of humic acids with nitrogen. Vestnik Chelyabinsk. agroengineering. un-tha, Chelyabinsk, 2002, 5, 117-118. (In Russ.).
8. Kazitsyna L.A., Kupletskaya N.B. Application of UV-, IR- and NMR-spectroscopy in organic chemistry. M.: Higher school, 1971, 264 p. (In Russ.).
9. Lizogub A.P. Spectral analysis in organic chemistry. Kiev: Technique, 1964, 232 p. (In Russ.).
10. Pechkovsky V.V., Melnikova R.Ya. and other. Atlas of IR spectroscopy of phosphates, orthophosphates. M.: Nauka, 1981, 248 p. (In Russ.).
11. Anuradha V., Nair S., Kumar N. Humic acids from the sediments of three ecologically different estuarine systemsa comparison. Int. J. of Environmental sciences, 2011, 2(1), 174-184.
12. Li S.P., Prokhorenko V.A., Serikova L.V. Obtaining and characterization of humic preparations for detoxifying purposes. Universum: chemistry and biology, 2016, 4(22), 25-29. (In Russ.).
13. Kelman F.N., Brutskus E.B., Osherovich R.Kh. Methods of analysis for controlling the production of sulfuric acid and phosphorus fertilizers. M.: Nauka, 1963, 360 p. (In Russ.).
14. GOST 9517 - 76 (ST SEV 4787-84). Brown and stone coals. Methods for determining the yield of humic acids. Enter. 1977-01-07. M.: Gosstandart USSR: Publishing house of standards, 1987, 5 p. (In Russ.).
