УДК378(075.8):661
UDC378(075.8):661
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
STUDY THE POSSIBILITY OF USING WASTE FOR PRODUCTION OF MINERAL FERTILIZERS
, ,
ZhantasovM. K., NalibayevM. I., AhmetovD.,Batirbek H.
Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан
M. O. AuezovSouthKazakhstan State University, Shymkent, Kazakhstan
*****@***ru
*****@***ru
Түйін:Мақалада топырақтың құнарлылығын және өсімдіктердің барлық нәрлі элементтерді сіңіруін жоғарылату үшін органикалық минералды тыңайтқыштарды қолданудың қажеттілігі туралы мәліметтер келтірілген. Қоршаған ортаға және тірі ағзалардың денсаулығына кері әсерін тигізетін, шикізатты тауарлық өнімге айналдыру өндірістік циклінен пайда болатын қатты, сұйық және тау тектес қалдықтардың түзілуі көрсетілген.
Фосфор, май және қант өндірісінің қалдықтарының түзілуі, органикалық заттардың табиғи қопарылуы мен олардың экономиканың түрлі салаларында қолданылуы туралы қысқаша мәліметтер көрсетілген. Қалдықтардың, фосфорит ұсағының, аглоөндіріс шаңының, май комбинатынан шығатын госсиполды шайырдың, мұнайбитумды жыныстың табиғи қопарылуының және қант қызылшасын өңдегенде пайда болатын сірненің химиялық құрамы мен физика – химиялық қасиеттері ұсынылған. Фосфорит шаңы, госиполды шайыр, мұнайбитумды жыныстар мен сірненің химиялық құрамы негізінде, оларды бірлестіре отырып, Қазақстан Республикасының оңтүстігі ауыл шаруашылық жерлері топырақтарының құнарлылығын жақсартуға және өндірістік аймақтардағы экологиялық жағдайды түзетуге мүмкіндік беретін, күрделі-аралас оргономинералды тыңайтқыш алу ұсынылып отыр.
Алынған тыңайтқыштар құрамында жалпы 16-19 % Р2О5 сіңірілетіні 10,2-12,7 %, 10,5-12,4 % цитратты ерігіш және 3,4 -5,7 % суда ерігіш фосфор пентоксиді, 1,5-2,0 % аралығында ауыл шаруашылығы өсімдіктерінің метаболизмі мен оттегі алмасуына қажетті элементтер калий және азот гумит қышқылдары, темір, марганец, бор, молибден және т. б.
Abstract:This article provides information about the need to use organic fertilizers to improve soil fertility and plant digestibility of all nutrients. The formation of solid, liquid and gornoobraznyh waste in the production cycle of processing of raw materials to marketable products which have a significant impact on the environment and the health of the living organism. Following data about the waste generated during the processing of raw phosphoric sub-sector, in oil and fat and sugar production, natural eruption of organic substances and their application in various industries. Presents the chemical composition and physico-chemical properties of the waste, phosphate and details agloproizvodstva dust, oil and fat gossypol resin plant, a natural volcanic rock neftebituminoz and molasses resulting from the processing of sugar beets. Based on the chemical composition of phosphate dust gossypol resin neftebituminoz rocks and molasses offered their combined use in the preparation of complex-mixed organic fertilizers that improve soil fertility of agricultural land and the environment of industrial regions south of the Republic of Kazakhstan. These fertilizers contain in its composition 16-19% P2O5 total: 10,2-12,7% digestible, 10,5-12,4% citrate-soluble and water-soluble 3,4-5,7% of phosphorus pentoxide, 1, 5 to 2.0% nitrogen and potassium humic acid, iron, manganese, boron, molybdenum and other elements vital to metabolism and oxygen exchange plant crops.
Ключевые слова: отходы, фосфоритная пыль, госсиполовая смола, нефтебитуминозная порода, патока, почва, экология.
Keywords: waste, phosphate rock dust gossypol resin oil bituminous minerals, molasses, soil ecology
Интенсивная химизация сельского хозяйства, помимо очевидной пользы, часто приводит к ухудшению агротехнических свойств почвы, снижению ее микробиологической активности, содержания гумуса, а также нарушению баланса питательных свойств. Это обстоятельство, наряду с заражением почв отходами производств, требует разработки новых рецептур и методов получения эффективных и максимально безопасных видов удобрений.
Для повышения плодородия и усвояемости растениями всех видов питательных веществ в почву необходимо вносить минеральные удобрения в комплексе с органическими. Систематическое применение органических удобрений обогащает почву и влияет на снижение ее кислотности, активизирует деятельность микрофлоры, улучшает водно-физические свойства почвенного покрова.
В ходе создания товарной продукции на предприятиях образуется определенное количество отходов газообразных выбросов, сбросов сточных вод и твердых некондиционных материалов, которые содержат токсичные и высокотоксичные материалы, оказывающих значительное влияние на экологическую нагрузку окружающей нас среды.
Неблагополучная экологическая нагрузка, оказывая отрицательное воздействие на здоровье живого организма, приводит к формированию аномальных зон с высокими концентрациями загрязняющих веществ [1].
Поэтому, снижение уровня воздействия техногенных соединений на природную среду и всего живого организма является приоритетной задачей не только экологической, но и промышленной безопасности, требующей принятия эффективного решения в политике природопользования.
Одним из решений утилизации техногенных, в то же время играющих роль вторичных материалов, являются отходы производств, которые позволяют получать целевые продукты для аграрного сектора экономики в виде комплексных минеральных удобрений.
При производстве горнодобывающих работ на предприятиях ТОО «Казфосфат», Еврохим и вообще в мире, образуется до 50-60% некондиционного сырья, которая не пригодна по своим физико-химическим свойствам и гранулометрическому составу для получения желтого фосфора, а по химическому составу - для синтеза минеральных удобрений[2-5].
Получение фосфорной кислоты из кусковых фосфоритов путем экстракции Р2О5 из тонкоизмельченного фосфатного сырья предъявляет свои требования по химическому составу.
Все указанные отходы, являющиеся издержками производства, наносят вред окружающей среде и требуют разработки по технологии их переработки или утилизации.
При производстве экстракционной фосфорной кислоты в продукте, подвергаемому выщелачиванию, содержание Р2О5 должно быть не менее 24,5%, при минимальном количестве и примесей металлов в виде оксидов и полуторных оксидов. На следующих технологических стадиях из полученной экстракционной фосфорной кислоты получают суперфосфат, двойной суперфосфат и другие жидкие комплексные удобрения.
В процессе экстракции, кроме содержания примесей металлов и Р2О5, основного компонента выщелачивания, определенное значение оказывает содержание СО2, приводящее к пенообразованию в экстракторах и снижению производительности основного оборудования.
Следует отметить, что при производстве фосфора электротермическим путем применяются кусковые фосфориты класса 10-70 мм, а мелочь класса менее 10 мм утилизируется путем ее окускования в виде окатышей, брикетов, окомкованного в барабанных вращающихся печах материала или же агломерата, получаемого в агломерационных машинах типа АКМ[3].
При получении фосфоритного агломерата, в процессе нагрева и спекания фосфоритной мелочи класса 0-10 мм, в смеси с мелочью металлургического кокса, образуется значительное количество мелкодисперсного состава, прошедших термическую обработку при 700 оС и более.
Этот материал, уловленный в циклонах и электрофильтрах, а также при контрольном грохочении агломерата в аглопроизводстве, по своему химическому составу содержит минимальное количество СО2, на 1-2 % выше Р2О5, в сравнении с исходным сырьем, и пониженное значение фтора.
Процесс термической обработки способствует раскрытию зерен фосфатного вещества и повышению ее усвояемости растениями при использовании в качестве удобрений или же исходного продукта для получения экстракционной кислоты, снижая пенообразование в экстракторах.
Поэтому, применение пыли циклона, электрофильтров и третичного возврата аглопроизводства, как исходного материала для получения минеральных удобрений, значительно улучшает экологическую обстановку фосфорного предприятия и промышленного региона в целом.
Создаваемая предприятиями экологическая нагрузка, в виде газопылевых выбросов, сбросов производственных стоков и твердых отходов, оказывает значительное влияние на здоровье населения, за счетувеличения рассеяние в окружающей среде токсичных веществ. Это приводит к формированию зон, имеющих аномально высокие концентрации загрязняющих веществ.
Для решения данной задачи необходимо исследовать природную суть этих отходов, с применением надежных методов исследований и оценки изучаемых систем, а также разработать комплекс мероприятий и современных технологий их переработки. К таким отходам можно отнести госсиполовую смолу, патоку и образующуюся при добыче нефти нефтебитуминозную породу.
Одним из основных отходов при переработке хлопковых семян на масложировом комбинате (МЖК) является госсиполовая смола[6].
Вопрос утилизации госсиполовой смолы до настоящего времени решался путем применения в литейном производстве (литейные крепители), дорожном строительстве в виде поверхностно-активных добавок, флотационном производстве в качестве флотореагентов, лакокрасочной промышленности как термостойкие лаки, кожевенной промышленности в процессе жирования кожи, нефтяной промышленности - растворы, применяемые при бурении, а также получения битумных эмульсий, в производстве шин для автотранспорта и др.
По своим физико-химическим характеристикам госсиполовая смолаявляется однородной вязкотекучей массой от темно-коричневого до черного цвета. В госсиполовой смоле содержится от 52 до 64 % сырых жирных кислот и их производных, остальная часть-продукты конденсации и полимеризации госсипола и его превращений, образующиеся при извлечении масла, главным образом, в процессе дистилляции жирных кислот из соапстоков.
Госсиполовая смола (Шымкентскогомасложирокомбината) в своем составе содержит 98,29% органических веществ, 1,71% неорганических веществ, 100% эфирорастворимых веществ. Кислотное число госсиполовой смолы составляет 68,5 мг КОН, иодное число - 97; эфирное число - 135мг КОН; гидроксильное число - 91%. Содержание в исследуемых жирных кислот высвобождаемых при омылении составляет 64% и 38% нежирных веществ.
Кроме того, в кальциевых солях госсиполовой смолы содержатся 0,2165% фосфора (в пересчете на Р2О5); 8,78% кальция и 12% азотсодержащих соединений/ 6/.
Госсиполовую смолу, применяемую в качестве связующего формовочной смеси для оболочковых форм, получают путем последовательного введения в кубовой остаток, после перегонки жирных кислот содержащихся в хлопковом масле, ненасыщенных жирных кислот (малеиновая, фумаровая, итаконовая) или их ангидритов и многоатомных спиртов.
С целью повышения устойчивости при бурении нефтяных и газовых скважин госсиполовую смолу вводят в композицию в качестве поверхностно-активного вещества закачки призабойной зоны.
В работе авторов описана технология получения на основе хлопкового соапстока производства АО «Шымкентмай» жидких моющих средств. По технологии соапсток обрабатывают щелочью, концентрированным раствором поваренной соли и после 2-3 часового отстаивания обрабатывают серной кислотой. После процесса дистилляции жирных кислот осуществляется варка жидкого мыла, а в этом случае после дистилляции жирных кислот накапливается в виде кубового остатка дистилляции образуется отход производства - госсиполовая смола.
Следует также отметить, что госсиполовая смола применяется в получении водорастворимых полимеров на основе ортоаминофенола.
Принятая на 2004-2015 годы концепция экологической безопасности Республики Казахстан, предусматривает систему управления и утилизации промышленных отходов, для решения проблем, связанных с отходами. Госсиполовая смола относится к промышленным токсичным отходам, так как в ней содержатся токсичные соединения, включающие госсипол и его производные. На маслоперерабатывающих предприятиях госсиполовая смола, как отход производства, хранится в накопителях. В результате этого окружающая среда – почвы, подземные и поверхностные воды подвергаются значительным загрязнениям.
Возможным путем применения госсиполовой смолы является использование её в качестве поверхностно-активных веществ при получении сложно-смешанных минеральных удобрений.
Нефтебитуминозная порода является продуктом извержения и встречается в районаместорождениянефтей. Нефтибитуминознаяпорода является продуктом получаемом в ходе добычи нефте или же путем природного извержения. По своему химическому свойству она относятся к органическом веществам, чем неорганическим, так как в ее составе содержится более 70-80 % органические веществ, а остальное ввиденеоргонических соединений - оксиды железа, диоксид кремния, оксиды калия и магния, и т. д..
В состав нефтебитуминозных пород входят такие жизненно необходимое для растении элементы как (%): калия 2,1-3,0: натрия 1,2-2,5: серы 0,3-0,5: магния 0,3-0,4: кальция 0,4-0,5: алюминия 4,52-4,8: титана 0,22-0,25, а также углеводороды. Находящиеся в нефтебитуминозныхпородох углеводороды могут служить продуктами гуматов, а оксиды металлов микроэлементами сложно-смешанных минеральных удобрений.
Кроме госсиполовой смолы и нефтебитуминозных пород таким же отходом производства является патока, промпродукт образующийся в процессе синтеза сахара из сахарной свеклы.
Патока – это быстрый углевод, продукт ферментативного или неполного кислотного гидролиза картофельного или кукурузного крахмала и представляющий собой несколько молекул глюкозы.
Патока получается путем расщепления растительного крахмала с помощью ферментов, делящих длинную цепь глюкозы на фрагменты, состоящие из декстринов. Это хорошо растворимый в воде порошок кремового или чисто белого цвета со сладковатым вкусом. Технически патока не является сахаром, что дает возможность производителям включать вещество в состав своих продуктов и ставить метку о том, что они «не содержат сахара». Однако, гликемический индекс патоки очень высокий, достигающий, в зависимости от способа ее производства отметки 136, что говорит об отсутствии преимуществ данного продукта перед другими углеводами. Мальтодекстрин, входящий в состав патоки обладает аналогичными свойствами - высокой калорийностью, быстрой всасываемостью, повышением секреции инсулина. Патока применяется в пищевой промышленности, в производстве широкого спектра продуктов, считаясь абсолютно безопасным для здоровья человека компонентом. Способность патоки задерживать кристаллизацию и повышать растворимость сахарозы обусловливает ее широкое использование. Добавление патоки в продукт увеличивает вязкость массы, обладает эмульгированием и сгущением и также выступает как разрыхлитель и формообразователь.
Патока снижает водопоглотительные свойства продукта, повышает ее энергетическую ценность, улучшает растворимость и формирует однородность структуры продукта.
В химический состав патоки входят: декстрин до 70%, мальтоза от 19 до 85%, глюкоза до 50%, жиры до 0,3 г, углеводов до 78,3 г. Кроме того, патока содержит такие важные для растений вещества как калий, фосфор (48 мг), натрий (80 мг), кальций (25 мг), магний (13 мг) и железо (1,2 мг)[7].
Приведенные выше свойства и химический состав госсиполовой смолы, нефтебитуминозных пород и патоки дает возможность улучшения свойств сложно-смешанных минеральных удобрений.
Предварительные исследования по производству туковой смеси из вышеприведенных отходов показали, что полученное органоминеральное удобрение содержало в своем составе 16-19% Р2О5 общего: 10,2-12,7% усвояемого,10,5-12,4% цитратно-растворимого и 3,4-5,7% водорастворимого пентоксида фосфора, 1,5-2,0 калия, азота и гуматов, а также жизненно важные для растений железо, марганец, бор, молибден и др. в незначительных количествах.
Это свидетельствует о том, что на основании выше результатов исследований можно констатировать, что использование техногенных отходов, фосфорного, масложирового и сахарного производств, таких как, пыль циклонов и электрофильтров аглопроизводства, госсиполовую смолу и патоку позволяет получать сложно-смешанные органоминеральные удобрения и микроудобрения жизненно необходимых для растений, при одновременном улучшении экологической обстановки промышленных регионов Республики Казахстан.
Список литературы
1 Переработка фосфоритов Каратау. Под ред. , , Л., Химия, 1975. 272 с.
2 , ,, Технологическое оснащение производства желтого фосфора. Учебник. Алматы. Эверо, 2014. - 444 с.
3 , , Современные технологии переработки минерального сырья. Учебник. / Под ред. д. т.н., проф. , изд. Әлем, Шымкент,2015. – 378 с.
4BazhirovT. S.,ZhantasovK. T.; DosmeshkinO. B.andetc. Energy - andresource-savingprocessingoflow-gradephosphorites. Theoretical foundations of chemical engineering. Т. 49.–No.3 - P.277-279.
5ZhantasovK. T., MyrhalykovZ. U., MoldabekovS. M., ZhantasovM. K., OmarovB. T., NalibaevM. I., KadyrbaevaA. A., YeskendirovaM. M., BazhirovaK. N., TurakulovB. B., DormeshkinO. B., Minakovsky A. F. and SuleymenovB. U. Agronomical Field Testing of New Kinds of Multicomponent Mineral Fertilizers. EurasianChemico-TechnologicalJournal. No 17. – 2015. – P. 79-86.
6, , Поверхностно-активныевеществанаосновегоссиполовойсмолыиихиспользование. Шымкент: изд. Алем. - 2013. - 188 с
7http://www. /patoka. php
References
1PererabotkafosforitovKaratau Pod red. Pozina M. E., Kopyilevap B. A., Belova V. N., Ershova V. A, L., Himiya, 1975. 272 s
2 Zhantasov K. T., Aybalaeva K. D., Frangulidi L. H., Barlyibaev M. R., Berzhanov D. S., Yurchenko B. N., Zhantasov M. K. Tehnologicheskoeosnaschenieproizvodstvazheltogofosfora. Uchebnik. Almatyi. Evero, 2014. - 444 s.
3 K. T. Zhantasov, M. Z. Iskandirov, K. D. Aybalaeva, T. A. Alteev, D. M. Novik, D. M. ZhantasovaSovremennyietehnologiipererabotkimineralnogosyirya. Uchebnik. / Pod red. d. t.n., prof. Zhantasova K. T., izd.
4Bazhirov T. S., Zhantasov K. T.; Dosmeshkin O. B. and etc. Energy - and resource-saving processing of low-grade phosphorites. Theoretical foundations of chemical engineering. Т. 49. – No. 3 - P. 277-279.
5 Zhantasov K. T., Myrhalykov Z. U., Moldabekov S. M., Zhantasov M. K., Omarov B. T., Nalibaev M. I., Kadyrbaeva A. A., Yeskendirova M. M., Bazhirova K. N., Turakulov B. B., Dormeshkin O. B., Minakovsky A. F. and Suleymenov B. U. Agronomical Field Testing of New Kinds of Multicomponent Mineral Fertilizers. EurasianChemico-TechnologicalJournal. No 17. – 2015. – P. 79-86.
Nadirov K. S., Sakibaeva S. A., BimbetovaG. Zh. Poverhnostno-aktivnyieveschestvanaosnovegossipolovoysmolyi i ihispolzovanie. Shyimkent: izd. Alem. - 2013. - 188 s
7 http://www. /patoka. php
