CC BY
51
УДК 631.6 001: 10.24411/1029-2551-2020-10020
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ ИЗ ОТХОДОВ ФОСФОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
З.Р. Гурбанова, к.т.н.
Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности,
e-mail: zumrud.qurbanova@bk.ru
В статье представлена технология получения комплексных удобрений (NPS) из отходов фосфорного производства. Полученный новый вид комплексного удобрения (NPS) состава (%): P2O 5общ. - 19,61-23,85; Р20зусв. - 19,25-23,70; Р20звод. - 15,55-21,85; N - 5,20-5,90; S - 11,45-13,68; H2O - 1,32-3,39 прошел испытание на посевах озимой пшеницы и хлопчатника на орошаемых лу-гово-сероземных почвах Кура-Аразской низменности на площади 1 га (каждый вариант в 4-х по-вторностях). Установлены оптимальные дозы внесения NPS (кг/га) под озимую пшеницу (NPS150) и хлопчатник (NPS200), которые обеспечили прибавку урожая по отношению к контролю (суперфосфат) соответственно на 8,60% и 32,97%, также увеличили содержание в почве P2O5 до 0,318%, N - до 0,17% и S - до 0,095% (соответственно против 0,225%; 0,11% и 0,085% в контрольном варианте).
Организация химического промышленного производства комплексных удобрений позволит ликвидировать отходы, содействовать охрану экологии на территории, расширить ассортимент удобрений, сократить затраты на производство фосфорных удобрений и повысить плодородие орошаемых лугово-сероземных почв.
Ключевые слова, химическое производство, отходы, комплексные удобрения, орошаемые лу-гово-сероземные почвы, урожайность.
TECHNOLOGY OF COMPLEX FERTILIZER PRODUCTION BASED ON WASTES OF THE PHOSPHOROUS INDUSTRY AND IT'S INFLUENCE ON YIELD OF AGRICULTURAL CROPS
Ph.D. Z.R. Gurbanova
Azerbaijan State Oil and Industry University, e-mail: zumrud.qurbanova@bk.ru
Technology ofproducing complex fertilizer (NPS) from phosphorus industry wastes is presented in the article. The received new kind of complex fertilizers (NPS) composition PiOstotai - 19,61-23,85; P20sassim - 19,25-23,70; P205wat - 15,55-21,85; N - 5,20-5,90; S - 11,45-13,68; H2O - 1,32-3,39 passed the test on crops of winter wheat and cotton in irrigated meadow-serozem soils of the Kur-Araz valley on the area of the hectare (each variant in 4 repetitions). The optimal dose of NPS (kg/ha) application under winter wheat (NPS150) and cotton (NPS200) which are provided a yield increase in relation to control, respectively, on 8,60% and 32,97%, also increased content of P2O5total to 0,318%, N - to 0,17% and S - to 0,095% (accordingly against - 0,225%; 0,11%; 0,085% in control) in soil.
Organization of chemical industrial production of complex fertilizers allows liquidating wastes, to promote the ecology guarding in the territory, to expand assortment of fertilizers, to reduce production expenses on production ofphosphorus fertilizers and to increase fertility of irrigated meadow-serozem soils.
Keywords. wastes, complex fertilizer, chemical production, meadow-serozem, soils, productivity.
Разработка метода переработки отходов промышленности диктуется требованиями защиты окружающей среды, а также настоятельной необходимостью более полного использования вторичных сырьевых и энергетических ресурсов. При переработке отходов очень важен экономический аспект этой проблемы [1, 2].
В Азербайджане на заводах минеральных удобрений и строительных материалов, накапливается
много отходов от производства экстракционной фосфорной кислоты, удобрений и алюминиевых оксидов. Такими отходами являются фосфориты, шлам, сточные воды (содержащие ценные компоненты), которые до настоящего времени не используются.
Шлам, который образуется на подстанции нейтрализации сточных вод при работе по одностадийной схеме нейтрализации, содержит около 12%
фосфора (при пересчете Р2О5 на сухое вещество), а при двухстадийной схеме - его содержание в шламе значительно повышается [3].
В фосфорите количество Р2О5 составляет около 1,4-1,6%. В настоящее время в отвалах находится около 15 млн. т фосфорита, что составляет приблизительно 250 тыс. т Р2О5 и 9-11% потребности фосфорных удобрений к 2030 г.
Современное сельское хозяйство немыслимо без применения минеральных удобрений [4, 5] и во всем мире потребление минеральных удобрений постоянно растет [6, 7]. Обеспечение продовольственной безопасности страны в настоящее время без применения минеральных удобрений и других средств химизации невозможно [8-11]. В связи с этим, использование отходов производства фосфорной промышленности и фосфорита становится все более актуальной [12].
Поскольку в отвалах заводов Азербайджанской Республики находится большое количество фосфорита, интересно было изучить возможность получения удобрений с серой, которая в некоторых регионах республики, например, в Кура-Аразской низменности и Гянджа-Газахской зоне является питательным элементом. Так, по данным Мовсумо-ва З.Р. [13], в районах Кура-Аразской низменности урожайность озимой пшеницы при внесении в почву NPS повышается приблизительно в 2, а хлопчатника - на 1,5 раза и т.д.
В Азербайджанской республике к почвам с недостатком NPS относятся большая часть серо-коричневых, сероземных и лугово-сероземных почв, общая площадь которых составляет 2,1 млн.
га или около 50% всех сельскохозяйственных угодий страны.
Недостаток NPS в почвах во многих случаях, особенно при интенсивном применении минеральных удобрений, выступает как фактор, ограничивающий рост урожая культуры и улучшения его качества. Учитывая объем накопления промышленных отходов необходимо выявить формирующийся рынок отходов и возможные объемы их вовлечение в хозяйственный оборот и качество сырья [14-16]. Проблема использования отходов производства фосфорной промышленности и фосфорита становятся все более актуальными [1, 2, 7]. С целью использования отходов производства Азербайджанской Республики, содержащегося P2O5, предлагается перерабатывать их с комплексным удобрением.
Цель работы - разработка технологии получения комплексных удобрений на основе отходов фосфорной промышленности и их испытание на посевах озимой пшеницы и хлопчатника.
Методика проведения исследований. В работе использовались современные, экспериментально-аналитические, термодинамические, вычислительные и статически-математические методы обработки экспериментальных данных.
Химический анализ исходных материалов и состава комплексного удобрения выполняли с соблюдением нормативных требований ГОСТ.
В качестве сырья использовали упаренную апатитовую экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК) производства Сумгаитского химического завода с содержанием 48,9% Р2О5, газообразный
1. Основные диагностические показатели почв объекта исследования
Показатели почвы Орошаемые лугово-сероземные
Глубина залегания грунтовых вод, м 3,0-4,0
Структура: АТ Пылевато-комковатая
ЛТ Комковато-глыбистая
Глубина выраженности,см:
Гипс 140-160
Карбонатность 70-80
Засоленность 130-170
Мощность гумусового горизонта, см 40-50
Гумус, % 1,7-2,1
Сгк:Сфк 1,1-1,3
Гранулометрический состав: Тяжелосуглинистый
Илистая фракция (< 0,001 мм), % 33,0-34,0
Физическая глина (< 0,01 мм), % 52,0-56,84
Водопрочные агрегаты (> 0,25 мм), % 44,0-45,0
Плотный остаток, % 0,34-0,46
Плотность почвы, г/см3 1,30-1,40
Объемный вес, г/см3 1,08-1,30
Порозность межагрегатов, % 51,0-52,0
Водопроницаемость, мм/мин. 1,0-1,2
Удельный вес, г/см3 2,50-2,70
рНн20 8,8-8,9
Биологическая активность слабая
аммиак (из баллона); фосфорита (отход производства дигидратной экстракционной фосфорной кислоты), содержащий в % Р2О5общ. - 1,1; Р2О5вод. - 0,8; СаО - 20,5; Б - 0,28; ШОобщ. - 41,1; Б - 12. Образцы гранулированных удобрений получали путем ам-монизации ЭФК до молярного отношения КЩ : Н3РО4 = 0,6-0,7.
Пульку смешивали с фосфористом и ретуром, гранулировали в лабораторном грануляторе (полом барабане диаметром 360 мм, длиной 120 мм, скорость вращения 50 об/мин с доаммонизацией готового продукта до молярного отношения около единицы. Гранулированный продукт высушивали, анализировали на содержание всех форм Р2О5, К, Б и Н2О согласно стандарту (извлечение общих фосфатов). Гранулометрический состав и механическую прочность гранул определяли по стандарту сульфата - по методике Мусаева Я.А. [17].
Экспериментальные исследования по испытанию полученного комплексного удобрения проведены на орошаемых лугово-сероземных почвах (по WRB - 1гга§л Иеую Са^ок) на территории села Шахрияр Сабирабадского района Кура-Аразской низменности. Здесь этот тип почвы составляет основу земельного фонда на посевах озимой пшеницы и хлопчатника. Территория характеризуется слаборасчлененным рельефом, представляя собой слабоволнистую равнину.
Орошаемые лугово-сероземные почвы расположены на высоте 48.80 м над у.м. на деллювиально-аллювиальных и лессовидных суглинках. Почвы тяжелосуглинистые, часто карбонатные (глубина выраженности карбонатности - 70-80 см) или с признаками типа хлоридно-сульфатного засоления, исходное содержание гумуса в слое 0-25 см почвы составляет 1,7-2,1%, мощность гумусового горизонта - 40-50 см (табл. 1). Валовое содержание азота в пахотном слое составляет - 0,16%, фосфора -0,19%, калия - 1,72%.
Климат сухой субтропический. Испаряемость высокая (947-1210 мм); ИС (по Будыко) - 1,0-11,0; КУ (по Иванову) - 0,25-0,09 [18, 19].
Полевые и лабораторные работы выполняли по общепринятым методикам [3, 20, 21].
Схема опыта:
а) для озимой пшеницы:
I. Контроль (суперфосфат, 90 кг/га):
II. ^80
III. ^100
IV. ^120
V. ^150
б). для хлопчатника:
I. Контроль (суперфосфат, 100 кг/га);
II. ^100
III. ^150
IV. ^200
Площадь одной делянки 50 м2 (учетная - 40 м2), повторность 4-кратная. Урожайность определяли по делянкам. Урожайные данные подверглись статистической обработке по Б.А. Доспехову [22].
Результаты и их обсуждение. В отвалах заводов республики накопилось большое количество фосфорита и учитывая создавшееся положение, изучалась возможность получения комплексного удобрения на основе фосфорита, шлама станции нейтрализации фосфорной кислоты и аммиака.
В начальной стадии опытов в качестве сырья использовали (8 проб) упаренную апатитовую экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК) производства Сумгаитского суперфосфатного завода с содержанием Р2О5 - 48,9%, газообразного аммиака (из баллона); фосфорита (отход производства дигидратной экстракционной фосфорной кислоты), содержащий в % Р2О5общ. - 1,1; Р2О5вод. - 0,8; СаО - 20,5; Б - 0,28; ШОобщ. - 41,1; Б - 12. Образцы гранулированных удобрений получали путем аммонизации ЭФК до молярного отношения КШ:ШРО4 = 0,6-0,7. Пульку смешивали с фосфористом и ретуром, в лабораторном грануляторе гранулировали (полом барабане диаметром 360 мм, длиной 120 мм, со скоростью вращения 50 об/мин. с доаммонизацией готового продукта до молярного отношения около единицы. Гранулированный продукт высушивали и согласно стандарта анализировали на содержание всех форм Р2О5, К, Б и Н2О. Гранулометрический состав и механическую прочность гранул определяли по стандарту сульфата по методике Мусаева Я.А. [17], одновременно изучали влияние изменения количест-
2. Качественная характеристика комплексного удобрения
№ пробы Р205общ., % Р205усв., % Р205вод., % N % 8, % Г, % Н2О, % ]\Нз:НзР04 г гранул. продукта, моль Гранулометрический состав, %
> 4 мм 1-4 мм < 1 мм
1 23,85 23,70 21,85 5,27 11,45 0,56 2,84 0,98 17,5 50,3 32,2
2 22,28 22,12 17,40 5,73 12,52 0,57 3,39 0,97 20,3 61,8 18,9
3 23,50 23,14 18,96 5,90 12,60 0,52 1,89 1,00 51,2 37,3 11,5
4 23,34 23,09 19,11 5,82 12,52 0,57 2,70 1,00 38,3 53,1 8,6
5 22,60 22,38 19,41 5,40 12,48 0,55 2,65 1,00 43,0 54,0 3,0
6 20,02 19,95 15,63 5,20 13,44 0,47 2,26 1,00 37,7 5,90 3,3
7 19,61 19,25 15,55 5,20 13,44 0,45 2,17 1,00 35,2 63,2 1,6
8 20,30 20,19 15,90 5,50 13,68 0,48 1,32 1,00 38,4 58,6 3,0
4. Влияние комплексного удобрений на урожай хлопчатника и свойства орошаемой лугово-сероземной почвы
3. Влияние _ комплексного удобрения на урожай озимой пшеницы и свойства почвы
Наименование вариантов Длина стебля, см Урожай, ц/га Прибавка урожая по отношению к контролю Количество питательных элементов в почве, %
ц/га % P2O5 N S
Контроль 81,5 24,40 - - 0,228 0,09 0,086
№880 106,4 24,70 0,30 1,23 0,255 0,12 0,090
ИРБих) 111,7 25,49 1,49 6,10 0,292 0,13 0,091
№8120 113,2 25,95 1,95 7,99 0,301 0,15 0,092
№8150 116,1 26,10 2,10 8,60 0,315 0,16 0,096
8х = 0,54%, НСР05 = 0,60 ц/га.
Наименование Урожай, ц/га Прибавка урожая Количество питательных элементов
вариантов по отношению к контролю в почве, %
ц/га % P2O5 N S
Контроль 18,5 - - 0,225 0,11 0,085
№8100 21,8 3,3 18,50 0,252 0,13 0,089
№8150 22,3 3,8 20,54 0,305 0,16 0,092
№8200 24,6 6,1 32,97 0,318 0,17 0,095
8х = 0,60%, НСР05 = 0,94 ц/га.
ва используемого фосфорита на качественный состав, получаемого комплексного удобрения (табл. 2).
Выявлено, что на гранулообразование немаловажное влияние оказывает молярное отношение NHз:HзP04 в пульке, количество вводимого фосфо-гипса и ретура. Молярное соотношение NHз:HзP04 гранулированного продукта составило 0,97-1,00. При этом полученное гранулированное комплексное удобрение (NPS) содержало 5,20-5,90% N 19,61-23,70% Р205общ.; 11,45-13,68% S (табл. 2).
Изучение влияния данного комплексного удобрения в разных дозах на рост и урожайность озимой пшеницы и хлопчатника и свойства орошаемой лугово-сероземной почвы подтвердило его высокую эффективность и показали, что они не уступают действию традиционных фосфорных удобрений (контроль). Эксперимент показал, что прибавка урожайности озимой пшеницы при использовании комплексного удобрения NРS составила от 0,30 до 2,10 ц/га, то есть от 1,23 до 8,60% (при Sx = 0,54% и HCPo5 = 0,60 ц/га) по сравнению с контролем, а хлопчатника соответственно - от 3,3 до 6,1 ц/га, то есть - от 18,50 до 32,97% (при Sx = 0,60% и НСР05 = 0,94 ц/га) (табл. 3, 4).
Более эффективной дозой внесения комплексного удобрения из отходов фосфорного производства для озимой пшеницы оказалась NРSl5o (урожайность составила 26,10 ц/га), а для хлопчатника -NРSl5o (24,6 ц/га).
Комплексное удобрение из отходов фосфорного производства NРS оказывает положительное влияние на элементы питания (P205, N S) орошаемых лугово-сероземных почв (табл. 3, 4).
Установлено, что наилучшие показатели по улучшению содержания в почве азота, фосфора и серы отмечены при дозах внесения комплексного
удобрения NРSl5o под озимой пшеницей и NРS2oo -под хлопчатник (табл. 3, 4).
Причем содержание данных элементов питания в почве на вариантах, внесенных NРSl5o (озимая пшеница) и NРS2oo (хлопчатник) было выше, чем на контроле (соответственно Р205 - на 0,087 и 0,093%; N - на 0,07 и 0,06%; S - на 0,01 и 0,01%).
Меньшее содержание элементов питания (Р205, N S) в почве на контрольном варианте, как под озимой пшеницей, так и под хлопчатником, вероятно, обусловлено повышенным их выносом растениями.
Результаты опыта, судя по таблицам 3 и 4, вполне определенно указывают на высокую эффективность применения комплексных удобрений под озимую пшеницу и хлопчатник, причем особенно хорошо отражается на развитие растений.
Выводы
1. Полученное комплексное удобрение (NPS) на основе фосфорита, шлама станции нейтрализации фосфорной кислоты и аммиака имеет состав: P205общ. - 19,61-23,85%; P205усв. - 19,25-23,70%; P205вод. - 15,55-21,85%; N - 5,20-5,90%; S - 11,4513,68%; Н0 - 1,32-3,39%.
2. Установлены оптимальные дозы внесения комплексного удобрения на орошаемых лугово-сероземных почвах под озимую пшеницу (NPSl5o) и хлопчатник (NPS2oo).
3. Внесение NPSl5o под озимую пшеницу способствовало прибавку урожая по отношению к контролю на 2,10 ц/га, повышению содержания в орошаемой лугово-сероземной почве P205общ. (на 0,087%), N (на 0,07%) и S (на 0,10%).
4. Доза внесения NPS2oo под хлопчатник повысила урожайность по отношению к контролю на 32,97% и в почве увеличила содержание P205общ. до 0,318%, N - до 0,17%, S - до 0,095%.
Литература
1. Трубников Ю.Н., Крючков А.А. Характеристика фосфоритов и эффективность фосфоритной муки в условиях Приенисейской Сибири // Агрохимия, 2018, № 6. - С. 44-52.
2. Васбиева М.Т., Косолапова А.И., Фомин Д.С. Утилизация отходов добывающей угольной промышленности в сельском хозяйстве // Агрохимический вестник, 2016, № 6. - С. 31-35.
3. Мустахимов Б.К., Кумарбеков Д.Б., Салипэнан М.Н., Муратбеккызы М.М. Разработка технологии получения сложных удобрений из отходов фосфорного производства / Труды Международных Сатпаевских чтений «Роль и место молодых ученых в реализации стратегии Казахстан, 2050». Конференция посвященных 80-летию Каз. НТУ имени Сатпаева К.И., 2014, II т. - С. 484-489.
4. Кудеяров В.Н., Башкин В.Н., Кудеярова А.Ю., Бочкарев А.Н. Экологические проблемы применения удобрений. - М.: Наука, 1984. - 216 с.
5. Титова В.И., Варламова Л.Д., Дабахова Е.В., Бахарев А.В. Изучение фосфорных удобрений и фосфатного состояния почв // Агрохимический вестник, 2011, № 2. - С. 3-6.
6. Ахмедагаев А.М., Азнауров Р.М., Мамедгусейнов Ф.К., Велиханов А.Г. Изменение фосфатного режима почв и применение удобрений в равнинной зоне Дагестана // Агрохимический вестник, 2013, № 2. - С. 7-8.
7. Минеев В.Г. Агрохимия. - М.: Изд-во «Колос», 2004, 2-е издание. - 720 с.
8. Кудеяров В.Н. Баланс азота, фосфора и калия в земледелии России // Агрохимия, 2018, № 10. - С. 3-11.
9. Лукманов А.А. Оценка вклада факторов в почвенный фонд фосфора в лесостепных черноземах Республики Татарстан // Агрохимический вестник, 2019, № 5. - С. 3-7.
10. Никитин В.В., Тютюнов С.И., Соловиченко В.Д., Навольнева Е.В. Изменение фосфатного режима в черноземе юго-западной части лесостепи // Агрохимический вестник, 2017, № 4. - С. 47-49.
11. Груздева Н.А., Еремин Д.И. Фосфорный режим пахотных серых лесных почв Северного Зауралья // Агрохимический вестник, 2017, № 5. - С. 12-15.
12. Гурбанов З.Р. Проблема производства минеральных удобрений в Азербайджанской Республике // Почвоведение и Агрохимия, 2013, т. 21, № 3. - С. 321-323.
13. Мовсумов З.Р. Состояние плодородия почв, применение удобрений и урожайность растений в Азербайджане // Почвоведение и Агрохимия, 2011, т. 20, № 1. - С. 444-448.
14. Алдашов Б.А., Лисица В.И. - Утилизация отходов фосфоритов Каратау - путь к конкурентной экономике и оздоровлению экологии. - Алматы: «Гылым», 2007. - 260 с.
15. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Промышленная переработка фосфогипса. - С.-Петербург: Стройиздат, 2007. - 104 с.
16. Бейсекова Т.И., Тургумбаева Х.Х., Лапшина И.З., Шанбаев М.Ж., Абдулалиева Ж.У. Утилизация техногенных отходов фосфорной промышленности с целью получения строительных композитов ЭНЖ // Современные проблемы науки и образования, 2015, № 2, ч. 2. - С. 8-18.
17. Мусаев Я.А. Экологическая оценка и технология утилизации фосфогипса. - Тараз: Таразский Государственный Университет, 2009. - 123 с.
18. Бабаев М.П., Джафарова Ч.М., Гасанов В.Г. Современная классификация почв Азербайджана. - Баку: «Элм», 2006. - 360 с.
19. Бабаев М.П., Рамазанова Ф.М., Наджафова С.И., Гурбанов Э.А. Почвы Азербайджанской Республики (Орошаемые почвы Кура-Араксинской низменности и их производительная способность). 2-е издание, переработанное и дополненное. - М.: «LAMBERT», 2019. - 274 с.
20. Юдин Ф.А. Методика агрохимических исследований. - М.: Колос, 1971. - 272 с.
21. Методика полевых и вегетационных опытов с удобрениями и гербицидами. - М.: Наука, 1967. - 180 с.
22. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ АВТОРОВ
Уважаемые авторы! Обращаем Ваше внимание, что на сайте https://agrochemv.ru/ru/ru1es обновлена информация об оформлении рукописей статей, направляемых для рассмотрения в редакцию нашего журнала. Дополнительно размещен образец сопроводительного письма, которое должно быть приложено к каждой рукописи.
Особое внимание обращаем на Вашу заинтересованность в правильном указании кодов УДК с включением в их состав региона (страна, область) проведения исследования, т.к. это помогает найти Ваши публикации для цитирования. Также необходимо максимально правильно указывать английское написание фамилий и инициалов ВСЕХ соавторов и мест их работы, что также потенциально увеличит Ваше цитирование.
Дополнительно напоминаем, что ответственность авторов лежит на качественной подготовке аннотаций и подборе ключевых слов, а также их переводу на английский язык.
