Химия и химические технологии/5.Фундаментальные проблемы создания

новых материалов и технологий

д.с.н., профессор Алдашов Б. А.; внс Синяева В. Т.

ТОО «Научно-исследовательский институт инновации и реинжиниринга»

Настоящая публикация осуществлена в ходе реализации подпроекта (ЖАМ-2009-231) финансируемого через АО «БТА БАНК» в рамках СКП, поддерживаемого Всемирным Банком и Правительством Республики Казахстан.

Заявление авторов могут не отражать официальной позиции Всемирного банка и Правительства Республики Казахстан.

Влияние разработанного инновационного способа получения нового сложного высокоэффективного удобрения – мелиоранта аммофосогипса калийного, на урожайность и качество основного сельскохозяйственного продукта

Сущность разработанного способа получения высокоэффективного удобрения в том, что открыт способ утилизации отходов химической промышленности, применение их не как отходов, а в качестве дешевого качественного сырья для производства высокоэффективных комплексных минеральных удобрений возможно с заданными величинами полезных веществ, по требованию сельхозпроизводителей.

Приведены результаты научно-исследовательской работы по апробированию разработанного способа на лабораторной мини- установке, а так же дана рекомендация по внедрению способа в производство.

Успешное и положительное решение утилизации фосфогипса позволит в рамках выдвинутой концепции выйти на 100 %- ное использование фосфатного сырья и вовлечь в переработку любые фосфориты, включая забалансовые и бедные руды, и тем самым, в корне пересмотреть существующую политику производства и применения удобрений на основе фосфатного материала и других продуктов.

Одновременно с этим, проект, химической переработки и технологии удобрений на основе фосфогипса, является логическим продолжением по проблеме эффективности использования природных сырьевых ресурсов, отходов химических производств эффективности получаемых на их основе целевых продуктов.

Переход отрасли сельского хозяйства на рыночную основу, приватизация государственной собственности, привела к возникновению в Казахстане новых сельхозформирований, около 90 % которых были представлены мелкими товаропроизводителями.

Однако дороговизна удобрений не позволяют сельхозхозяйственникам приобретать их и вносить в землю, что привело к значительному снижению урожайности зерновых, хлопчатника, садовых культур, клубневых и кормовых трав, несомненно, сказалось на развитии животноводчества страны. Снижение кормовой базы повлекло за собой снижение выхода мясомолочной продукции.

От применения в прошлом минеральных удобрений без мелиоранта, привело к закислению посевных земель, в некоторых случаях часть земель были выведены из оборота.

Применение, предлагаемое по нашей технологии удобрения успешно можно применять для солонцовых земель, для улучшения мелиорации, а также для реанимации вышедших из строя земель. Коэффициент использования азота и фосфора растениями при внесении аммофосогипса калийного выше, чем при внесении аммофоса, так как скорость вымывания их из почвенного слоя осадками в 2-3 раза ниже, а также благодаря положительному влиянию серы на усвоение растениями азота, фосфора, калия и других полезных веществ и микроэлементов.

Данный проект является самостоятельным разделом, содержащим фундаментальные и прикладные исследования, реализация которых определит новую политику производства и применение удобрений. Это расширит многолетние изыскания в этой области и позволит сформулировать кредо: нет плохого сырья, нет отходов – есть несовершенная технология.

В мировой практике химической и электротермической переработки фосфатного сырья из низкосортного магнийсодержащего фосфорита Каратау образуются отходы котрельной пыли. Впервые в мире после предлагаемой технологии можно получить новое высокоэффективное сложное удобрение – мелиорант аммофосогипс калийный, содержащий все основные питательные для растений элементы – азот, фосфор, калий и все вспомогательные элементы – кальций, серу, магний, а также микроэлементы – железо, цинк, марганец медь, и примесь углерода.

Цель проведённых испытаний - разработать инновационный способ получения нового сложного высокоэффективного удобрения «МЕЛИОРАНТ АММОФОСОГИПС КАЛИЙНЫЙ» с утилизацией 50% фосфогипса и 30% котрельной пыли в технологию производства трехкомпонентных удобрений.

При реализации этого проекта были выполнены следующие задачи:

По предлагаемой технологии получения удобрения резко сокращаются затраты на:

- Увеличение работы оборудования;

- экономия людских и финансовых ресурсов;

- экономия энергоносителей;

- экономия заработной платы;

- Утилизация отходов химической промышленности;

- использование забалансовых руд;

- удельный расход фосфатного сырья;

- транспортировку на перерабатывающие заводы;

- на содержание отвалов;

- транспортировку фосфогипса в отвалы;

- значительное снижение экологической нагрузки;

- устранение угрозы загрязнения подземных и наземных водных бассейнов;

- загрязнение воздушного бассейна.

Под воздействием ветра образуются пылевые загрязнения атмосферного воздуха с выделением особо опасных токсических веществ. Поэтому пыль фосфогипса, содержащая соединения фтора, фосфора, вызывает заболевания глаз, дыхательных путей, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, поражения почек и желудка, заболевания кожи, печени и других болезней.

Предлагаемая нами технология по утилизации фосфогипса и котрельной пыли устраняет все имеющие вредные воздействия на природу и показывает преимущества перед существующим способом получения минеральных удобрений:

- уменьшение экологической нагрузки на окружающую среду;

- улучшение качества посевных земель за счёт раскисляющих средств кальция;

- по требованию сельхозпроизводителей изготавливать и выпускать продукт со строго заданными полезными показателями;

- возможность применения остального фосфогипса в строительстве, получении цемента за счет полного изъятия из него P₂O₅

Влияние нового сложного удобрения мелиоранта аммофосогипса калийного на сельскохозяйственные культуры также принесло положительные результаты, не только повышением урожайности но и качеством сельскохозяйственных культур:

- повышение сахаристости;

- повышения клейковины;

- повышение крахмала;

- повышения масличности;

- повышение товарного вида;

- увеличения выхода товарных плодов;

Мелиорант аммофосогипс калийный может быть использован в сельском хозяйстве не только в качестве модификатора почвы, но и для медленно растворимых удобрений пролонгированного действия.

Содержание питательных элементов в разработанном удобрении, следующее:

1.Массовая доля R2O5усв	не менее -20%
2. Массовая доля N2общ	не менее -5%
3. Массовая доля К2О общ	не менее -4%
4. Массовая доля Sобщ	не менее -7%
5. Массовая доля СаО общ	не менее -13%
6. Массовая доля MgO	не менее -2-4%
7. Массовая доля H2O	не более -1%
8. Микроэлементы:Fe, Al, Zn, Mn, Ni, Co, Cu и др.

При испытаниях нового удобрения на полях наблюдалось заметное снижение расхода поливной воды за счёт свойств мелиоранта в удобрении, всходы поднялись одновремённо со стойкими стеблями, урожайность в зависимости от культур повысилась значительно.

Испытания проводились на землях ТОО «Казахского научно-исследовательского института земледелия и растениеводства»

В результате получены следующие показатели.

Наименование культуры	Повышение урожайности ц/га	Качества
Озимая пшеница	3-7	Клейковина 23-28 %
Озимый ячмень	4-6	Снижение белка на 2-3%
Сахарная свекла	30-40	Повышение сахаристо-сти на 0,6-1,8 %
Яблоня	2-5	Увеличение % товарных плодов
Картофель	20-50	Повышение содержания крахмала
Рис	4-5	Повышение стекловидности
Хлопчатник	2-3	Повышение масличности до 1 %
Капуста	80-150	Увеличение массы велков
Томаты	15-20	Повышение товарного вида

ТОО «Научно-исследовательский институт инновации и реинжиниринга» разработал и опробовал на мини установке новый инновационный способ переработки фосфатного сырья с возвращением фосфогипса не менее 50% в технологию получения мелиоранта аммофосогипса калийного. Отставшая часть фосфогипса из-за меньшего суммарного содержания Р₂О_{5 общ} от 1 до 2,5 в т.ч. Р₂О₅ водорастворимого до 1 %, можно применять в строительстве, для производства строительного цемента, строительства дорог, извести.

Новизна разработанного способа заключается в разложении фосфатного сырья серной кислотой в присутствии нитратно - фосфорного раствора (раствора нитрата аммония NH₄NO₃ в фосфорной кислоте) в 2^х зонном сульфатном режиме с пониженным содержанием свободной SO₃ – 0,8 -1,2 % в первой сульфатной зоне и повышение свободной SO₃ – 3,75 -4,25 во 2^ой сульфатной зоне.

Способ основан на особых свойствах NH₄ NO₃:

- Во-первых, в растворах NH₄ NO₃ активизируется Р₂О₅ в фосфорите, повышается его растворимость, что улучшает разложение его кислотами.

- Во-вторых, применение пониженного содержания серной кислоты в первой зоне разложения фоссырья, способствует увеличению извлечению Р₂О₅ из фоссырья и формированию однородных по размеру кристаллов сульфата кальция.

Улучшение этих процессов способствует, и присутствие в растворе ионов NH₄₊ приводит к:

1. Повышению растворимости фосфорита и CaSO₄ · 2H₂O и созданию глубоких пор.

2. Стабилизации дигидрата сульфата кальция CaSO₄ · 2H₂O при более высоких температурах.

3. Улучшению кристаллизации CaSO₄ · 2H₂O. Присутствие в малой концентрации ионов аммония в фосфорно-кислом растворе размеры кристаллов возрастают примерно в 3 раза, до: 1=300-800 мкм, c l=50-200 мкм, исчезают кристаллы шламовых размеров ( < 20 мкм).

Поэтому в зернах фосфорита в присутствии ионов NH₄₊ нет образования непроницаемых пленок кристаллов CaSO₄ · 2H₂O, что интенсирует процесс его разложения в фосфогипсе.

4. Снизить удельный расход на 1т Р₂О₅ продукта фоссырья с 1,250т. до 1,046т Р₂О₅, серной кислоты с 3,5мнг до 3-2,76т.мнг

5. Утилизировать отход фосфорного производства котрельную пыль до 0,4т Р₂О₅, а также фосфогипс до 2,5-2,7т на 1тР₂О₅.

Технологический процесс получения аммофосогипса калийного с утилизацией 50 % фосфогипса и до 30 % котрельной пыли (отходы фосфорной промышленности) осуществляется по схеме (схема прилагается).

Суммарная эффективность аммофосогипса калийного, как удобрения и как химического мелиоранта, очень высокая.

Стоимость такого удобрения значительно ниже, доступна мелким сельхозпроизводителям, результаты повышения урожайности очевидны ,по своим питательным свойствам в суммарном исчислении выше чем у остальных минеральных удобрениях также по наличию многокомпонентности.

Литература:

1. В.Ф. Карамышев «Химическая переработка фосфоритов», Химия», 1983г.

2. М.Е. Позин «Технология минеральных удобрений»,г. Ленинград, «Химия», 1983г.

3. Алдашов Б.А. ЛисицаВ.И. «Утилизация отходов переработки фосфоритов Каратау – путь к конкурентоспособной экономике и оздоровлению экологии». Монография. Алматы, «Ғылым» 2007г. 25п.л.

4. Алдашов Б.А. ЛисицаВ.И. «Инновационные технологии химической переработки фосфоритов Каратау и утилизации фосфорсодержащих отходов». Монография. Алматы, «Ғылым» 2006г. 16п.л. (в соавторстве Лисица В.И.).