CC BY
51
УДК 636.618 Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А Кондратенко ЗОЛА УНОСА В КАЧЕСТВЕ ПОЧВЕННОГО СУБСТРАТА
В периодической литературе неоднократно поднимаются экологические проблемы горного производства, в частности, связанные с рекультивацией нарушенных земель [1,2]. В Кузбассе в общей сложности площадь нарушенных земель достигает 90-100 тыс.га, ре-
культивировано всего 23-25%. Эта рекультивация сводится к укреплению склонов отвалов, в первую очередь, насаждением облепихи. Через 2-3 десятилетия при успешном росте деревьев и кустарников эти площади превратятся и, возможно, превращаются в пастбища типа горных природных пастбищ, которые нам доводилось наблюдать в Каркаралинском оазисе Центрального Казахстана и в Карачаево-Черкессии. Именно о пастбищном характере рекультивации говорится в [3].
Возврат земель после лесной рекультивации в сенокосные и пахотные угодья может произойти лишь через многие годы, когда выветриванием горных пород на глубину 0,5-
0,7м и накоплением в поверхностном слое аэрозолей возможно образование сельхозугодий.
Изучению свойств и режимов отвалов посвящена работа [4], где упор делается на внесение в так называемые техноземы органических добавок в виде чернозема, навоза и сидерата. Это обстоятельство несколько усложняет технологию рекультивации, но представляет определенный интерес.
Подсчитано[5,6], что в Кузбассе на каждый 1 млн.т. добытого угля приходится 25-30 га нарушенного природного ландшафта. Получается довольно грустная картина: в 2007 году добыто 180 млн.т. угля, значит в среднем нарушено 5 тыс. га земель. В ближайшие годы будет добыто 200 млн.т., нарушения составят 6 тыс.га; естественно,
что необходимо усилить темпы рекультивации, разработать
проекты наиболее эффективных технологий подготовки почвенного субстрата.
Мы обратили внимание на опыт сицилийских крестьян, проживающих у подножья вулкана Этна. Известный вулканолог Г. Тазиев писал: «У подножья Этны, особенно в его южном секторе, расположились настоящие деревни, по несколько сот дворов каждая. Они были рассеяны на богатейших склонах, плодородие которых не иссякает благодаря вулканическому пеплу, наносимому на
поля ветром из почти непрерывно действующих кратеров
[7]».
Вулканический пепел представляет рыхлый материал из пыли и песка с размерами частиц менее 2мм и возникает в результате природного измельчения магмы в виде сфер стекла, а также кристаллических материалов. В табл. 1 приведены составы вулканических пеп-лов. Обращает на себя внимание количество щелочных и щелочноземельных оксидов: сумма
щелочных оксидов колеблется в пределах 1,36-8,90%, а щелочноземельных- 1,40—12,36%.
Рис. 1 Зарастание золоотвала Кемеровской ГРЭС.
Рис. 2 Сурепка дуговидная в стадии цветения (золоотвал Кемеровской ГРЭС).
и*
00
Таблица 1. Химический состав и некоторые свойства пород (лавы), мелкозема, почв и фракций <0,001мм, % на прокаленную
навеску, по [8].
№ ра^ЙЗа Объект Глубина образца, см ЗЮ > 1—* О Ге 0 СаО М^О К О На О ЗЮ pH Емкость
ИО Водный СоЛЙЕСЙ [ЮГЮЩ6НКХ катионоЕ, мг-
59 ЛеснаяпшЕа на Еужани-чй сюом гко:е и тгпте ■ Чайбашннь 30—Ш 64,23 17,77 538 130 037 4,32 4,58 530 63 5,32 эке/100 г 2,0
Фракция <0.0 01 мм из той :+ь псщы 30—40 48,50 30,90 14,40 007 0,53 0,64 0,72 205 — — —
358 ЛаиЕ’жан! Кашаошлнь ■ 0-5 55,30 16,94 806 638 5^8 3,98 3,64 436 — — 207
Удаленцщ. Мелкозем 5-6 63,1 18,69 808 3,17 2^9 2,36 1,96 4,49 6,36 5,36 36,5
Фракция <О0О1мм 5-6 52.60 27,74 12,76 0]60 3,30 1,48 0,18 2,49 — — 590
Штаа на элшЕин-депюЕин 0—26 67,20 19,19 5,71 ио 106 1,42 1,48 4,93 5,02 407 23,1
57-К-55 шеыгппмй. Нашаошань.; 26—42 70,05 16,53 407 1,18 1Л51 1,54 1,51 606 5,3 430 16,7
Удаленцы 42—60 69,95 17,14 4,36 230 100 1,90 1,56 5^5 5,18 404 100
Фракция <О0О1ммиз 0—26 56,15 24,89 11,36 003 Ц54 1,81 0,49 2^6 — — 53^
■гси :+ь гючеы 36-42 58,04 24,83 10,32 0^2 101 1,73 0,21 3,10 — — —
ЛаиЕ’жан! Еишань' 42—60 15-20 60,17 553 22,78 17,85 9,92 8,40 104 407 1Л53 405 1,76 3,49 0,47 3,41 3,50 403 — — —
385 Удалении
То не, щ^онобразец 15-20 52,84 18,94 7,50 5,77 5,74 3,96 3,88 3,77 — — —
Лесная тотаана эпюеин 0—15 63,40 17,99 6 л 4^5 1,99 2,00 1,43 4^0 6,85 633 —
1ИЕЫЕужана 30-40 63,18 20,20 8,40 4д65 Ц57 2,96 2,91 4,19 6,45 6,12 —
Фракция <0 001 мм, еы- 0—15 50,40 28,87 11,1В 106 331 1,31 0,23 2,38 — — —
д генная из той жй пючеы 30-40 5аоз 33,78 10,41 0^0 308 173 0,75 2,10 — — 560
1^гое ая пюче а, сформиро 0-15 64,07 18,26 704 3,41 1,79 2,14 1,37 4^7 5,80 4,70 36,67
549 ванная до изе ер нения 60—70 65,33 18,84 8,16 238 102 1,29 1,37 4^0 5,70 4^8 30,73
вужана..; Удаленны 125-135 65,31 18,38 7^8 1,76 1,96 1,63 1,40 4,76 5,67 4,30 30,53
Фракция <О0О1мм 0-15 59,79 26,16 11,84 134 1Л51 2,20 0,34 2,75 — — 69,5
^ГаЕаНГГОЧЕЫ 60—70 53,70 26,75 12,00 003 1,96 1,87 0,64 2^4 — — 583
Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А Кондратенко
Рис. 3 Донник, выращенный на золе
При этом в некоторых случаях определения pH показали при высоком содержании щелочей низкие значения, вероятно, это связано с неточностью измерений. Однако, несмотря на высокое содержание калия, натрия, кальция и магния наряду с песчаным характером пепла, отличительные особенности обусловливает его высокое плодородие.
Очень близко по физическим свойствам и химическому составу к вулканическому пеплу подходит зола уноса. При сжигании углей на электростанциях основное количество золы, 8095%, уходит виде летучей золы, отсюда и название. Этой золы на золоотвалах Кузбасса накопилось в количестве десятков миллионов тонн и она не имеет квалифицированного применения. Академику С. Вольфковичу приписывают ставшее крылатым выражение: «Чем выше высота дымовой трубы, тем ниже уровень наших знаний о дыме». Это утверждение напрямую относится к золе- продукту сжигания угля. Однако, данный продукт весьма сложен и малейшие теоретические и практические шаги по проблеме золы уже представляют интерес для дальнейших работ в этой области.
Ознакомившись с практикой успешного выращивания сельскохозяйственных культур на землях, обогащенных вулканическим пеплом, мы предлагаем использовать золу уноса для создания почвенного субстрата при рекультивации нарушенных земель. Наблюдения на золоот-вале Кемеровской ГРЭС показали зарастание отвала сорными травами (рис.1 и 2).
Эти наблюдения подтвердились дальнейшими деляноч-ными опытами в сезон 2006г. (рис.3).
Для произрастания как бурьяна, так и культур на золе способствует климат Кемеровской области- частые дожди и относительно невысокие температуры в весенне-осенний
периоды и грозы в жарком июле.
Как физическое тело, зола уноса внешне представляет пыль, которая при истирании в агатовой ступке издает своеобразный скрежет, что обусловлено ее состоянием в виде замкнутых остекленных сфер (рис.4).
В табл. 2 представлен химический состав золы углей Кузбасса, весьма сходный с составом пепла.
Отсутствие данных по щелочным элементам объясняется тем, что численное выражение их относили к разности от суммы оксидов от 100%; это ведет к грубым ошибкам, т.е. в разность вовлекаются абсолютные ошибки всех определений. Определенная нами на пламенном фо-
тометре сумма щелочных оксидов составила 3,02%, это входит в пределы суммы щелочных для вулканического пепла. Щелочные и щелочноземельные оксиды определяют характер создаваемого золой почвенного раствора. Определение щелочности золы для различных проб показало pH в пределе 9,7011,65; в агрономической практике считается рН>8,5 для большинства растений неблагоприятной [10]. В случае рекультивации горных отвалов излишняя щелочность в условиях Кузнецкой котловины с частыми дождями не представляет угрозу, т.к. растворимые соли щелочных и щелочноземельных элементов в течение нескольких лет вымоются в нижележащие
60
Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А Кондратенко
Таблица 2. Химический состав (в %) золы углей Кузнецкого бассейна, по [9]
Район Число проб Золь- юсть, % 8іО2 АІ2О3 Ре2Оэ СаО МяО ЯОэ Р2О5 ТіО2 Сумма
Угли кольчугинской серии
Ленинский 523 9.5 49.8 21.2 9.3 7.8 2.9 4.6 0.5 0.4 96.5
Беловский 438 9.4 47.7 20.0 10.4 9.8 3.4 5.0 0.3 - 96.6
Байдаевский 50 9.8 49.9 23.8 11.0 4.8 2.2 3.6 0.4 0.9 96.6
Ерунаковский (ленинская и ускатская подсвиты) 41 8.8 51.2 19.7 12.2 6.9 2.3 3.4 0.2 0.9 96.8
Осиновский (ильинская свита) 55 8.4 51.0 20.5 8.6 7.0 1.8 3.2 - 0.8 92.9
Томьусинский (ильинская свита Распадского м-ния) 88 9,1 52,3 22,7 7,8 5,5 1,6 0,9 90,8
Терсинский 294 10,4 56,3 23,9 8,5 3,8 1,6 1,8 - - 95,9
Итого 1498
Угли балахонской серии
Анжерский 90 9,0 59,1 18,0 8,2 6,7 2,5 2,4 0,2 0,8 97,9
Кемеровский 231 12,4 62,3 18,9 6,6 4,5 1,9 2,6 0,1 0,9 97,8
Прокопьевско-Киселевский 273 9,5 55,5 26,0 7,5 3,9 1,6 1,8 0,6 0,9 97,8
Бунгуро-Чумышский (усятская подсвита) 13 10,0 47,7 26,8 5,7 9,4 3,8 3,6 0,2 1,0 98,2
Араличевский (усятская и кемеровская подсвита) 12 14,4 50,1 24,7 6,8 6,5 2,4 4,2 0,2 1,01 95,9
Кондомский 78 9,1 57,2 26,2 5,3 3,9 1,6 1,5 0,8 1,0 97,5
Томь-Усинский 109 12,5 56,2 25,6 7,2 4,9 1,5 2,9 0,2 - 98,5
Итого 806
слои, т.е. в подстилающие горные породы, легко дренируемые водой. С другой стороны, вулканический пепел при наличии высокой суммы щелочных оксидов является плодородной средой только потому, что щелочные соединения уходят в виде растворов. Однако, щелочные элементы, в особенности калий, в почве необходимы для создания осмотического давления, обусловливающего сокодвижение в растениях.
Несмотря на полученные нами положительные результаты, предстоят исследования взаимодействия ингредиентов золы между собой, с вводимым бурым углем как источником гуминов, определением микроэлементов и пр. Несомненно, что по сравнению с вулканическим пеплом по содержанию микроэлементов зола более бо-
гатый материал благодаря своему образованию из минеральных компонентов углей [11,12]. Предстоит на основе полученных данных изучение вещественного состава золы, ибо во взаимодействии с растениями вступают не только оксиды, определяемые химическим анализом, а в основном соединения, образовавшиеся в результате высокотемпературных окислительно-востановитель-ных топочных процессов. В этом отношении справедливо замечание К. Маркса: «Два земельных участка с одинаковым химическим составом почвы и в этом смысле одинакового естественного плодородия могут быть различны по своему действительному эффективному плодородию в зависимости от того, находятся ли эти вещества в форме, в которой они лучше
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
или хуже усваиваются, более или менее непосредственно пригодны для питания растений»^].
Выводы
1. Добыча углей в Кузбассе ведет к постоянному увеличению количества нарушенных земель, рекультивация которых проводится в незначительном объеме.
2. Предлагается создание почвенного субстрата на основе золы уноса.
3. Наблюдения на золоот-валах и деляночные опыты показали, что определенные виды растений успешно развиваются на золе.
4. Дальнейшие работы связанны с технологией создания зольного субстрата и изучением вещественного состава золы.
1. Зенъков ИВ. Эколого-экономические аспекты...// Уголь. №4 .2007.С. 60-63.
2. Щадов В.М. Экологические проблемы угольной отрасли...// Уголь. №6 .2007.С. 31-36.
3. Батурина В.Б. Рекультивация нарушенных почв как один из путей увеличения естественных кормовых угодий./ Сб. мат-в междунар. н-практ. конференции «Повышение устойчивости и эффективности агропромышленного производства в Сибири: наука, техника, практика» Кемерово: Экспо-Сибирь, 2004. С.122-125.
4. Андроханов В.А., Овсянникова С.В., Курачев В.М. Техноземы, свойства, режимы, функционирование. Новосибирск: Наука, 2000. 200С.
5. Потапов В.П. и др. Геоэкология угледобывающих районов Кузбасса. Новосибирск: Наука, 2005. 660С.
6. Счастливцев Е.Л. Баклыков С.П. // ТЭК и ресурсы Кузбасса. №1. 2008. С.36-40.
7. Тазиев Г. На вулканах. М.: Мир, 1987. 263с.
8. Горбунов НИ Минералогия и физическая химия почв. М.: Наука, 1978. 293с.
9. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.7. М.: Недра, 1969. 912с.
10. Почвоведение / Ред. И.С. Кауричева. М.: Колос, 1982. 496с.
11. Нифантов Б. Ф., Потапов В.П., Митина Н.В. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. 104с.
12. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 538с.
13. Маркс К. Капитал. Т.3.-М.: Политиздат, 1953. С.664.
□ Авторы статьи:
Исхаков Хамза Ахметович - докт.техн.наук., проф., ведущий научный сотрудник ИУУ СО РАН
УДК 622. 7.01 Х.А. Исхаков, Е.Л. Счастливцев, Ю.А. Кондратенко ОБЕСПЫЛИВАНИЯ УГЛЕЙ
Счастливцев Евгений Леонидович - докт.техн.наук., зав. лаб. геоэкологических и водных проблем ИУУ СО РАН
Кондратенко Юлия Александровна - ведущий инженер ИУУ СО РАН
Технология обогащения углей, как и любая технология, постоянно меняется и усовершенствуется согласно изменениям свойств и качеств углей, а также требованиям экологии. Два узла обогатительной технологии особенно тяжелые в техническом плане- флотация и сушка мелких классов, в т.ч. флотоконцентрата. В этом отношении заслуживает внимания опыт Германии. Так, в одном из рекламных материалов, представленных на выставках Экспо-Сибирь, сказано: «Машины, установки и технологии Хумбольдт Ведаг являются результатом непрерывно (подчеркнуто нами) ведущихся научно-исследовательских и проектно-конс-
трукционных работ на базе более чем векового практического опыта». К сожалению, как в России, так и в странах СНГ, такими утверждениями фактически мы не можем воспользоваться, особенно имея в виду разруху 90-х годов и распад СССР; поэтому неизбежно заимствование запад-
ного опыта. Научно-техническая работа по обогащению углей не должна останавливаться даже на час по следующим причинам:
-постоянное изменение сырьевой угольной базы;
13
25
у = 8,0 + 0,5х + А,5 >:"
6
13
I 0,5 0,25 0,10 0,05 О
3 I 0,5 0,25 0,10 0,05
классы,мм
Рис. 1. Зольность различных классов крупностей углей пластов Прокопьевско-Киселевского района.
