С целью получения комплексного органоминерального удобрения изучен состав бурого угля Апартакского месторождения и определены оптимальные условия его окисления азотной кислотой. Показаны норма азотной кислоты, длительность процесса окисления, влияние концентрации азотной кислоты на выход гуминовых кислот.
Ключевые слова: органоминеральное удобрение, уголь, Апартак, норма, азотная кислот, гуминовая кислота, окисление, влияние.
In order to obtain a complex organomineral fertilizer, the composition of brown coals of the Apartak deposit was studied and optimal conditions of oxidation of the Apartak deposit coals by nitric acid were determined. Nitric acid rate, duration of oxidation process, impact of nitric acid concentration on humic acids yield are shown.
Узбекистан — агропромышленная страна. Она располагает 25 млн. 736 тыс. га земель сельскохозяйственного назначения, в том числе 3,73 млн. га орошаемых [1]. Именно на орошаемых землях получают свыше 97 % всей сельскохозяйственной продукции республики. В сельском хозяйстве занято 40 % трудоспособного населения. Оно даёт примерно 25 % валового внутреннего продукта. По производству хлопка Узбекистан занимает пятое место в мире. Он обеспечил свою зерновую независимость, собрав в 2006 г свыше 6 млн. т зерна колосовых культур [2].
Каждая тонна минеральных удобрений обеспечивает годовую потребность в продуктах питания 5–6 человек. Затраты на производство и применение удобрений в 2–3 раза окупаются стоимостью дополнительной сельскохозяйственной продукции. Благодаря применению минеральных удобрений обеспечивается в среднем 40–50 % прироста урожая сельскохозяйственных культур. Эффективность применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений выражается не только в повышении урожайности и сохранении продукции, но и в значительном росте производительности труда в сельском хозяйстве.
Узбекским научно-исследовательским институтом хлопководства давно показано, что хлопчатник без удобрений дает урожай в 12 ц/га хлопка-сырца, а при применении 225 кг азота, 150 кг фосфора и 100 кг калия на гектар обеспечивается его гарантированный урожай в 30–35 ц/га.
Понимание всего вышесказанного позволило и Узбекистану создать крупную отрасль химической промышленности, работающую на сельское хозяйство. Три открытых акционерных общества: Чирчикское «Электрохимпром», «Навоиазот» и Ферганское «Азот» выпускают азотные удобрения, ассортимент которых складывается из аммиачной селитры, карбамида и сульфата аммония. Алмалыкское ОАО «Аммофос», Самаркандский химический и Кокандский суперфосфатный заводы производят фосфорсодержащие удобрения, ассортимент которых состоит из супрефоса, аммоний сульфатфосфата, нитрокальцийфосфата и простого аммонизированного суперфосфата. Кызылкумский фосфоритовый комбинат обеспечивает сырьем заводы, производящие фосфорсодержащие удобрения. Навоийское акционерное объединение «Электрохимзавод» выпускает различные виды химических средств защиты растений. Калийные удобрения производятся на Дехканабадском заводе калийных удобрений.
Но сельскохозяйственное производство Узбекистана сталкивается с целым рядом очень серьезных проблем. Прежде всего это дефицит минеральных удобрений. Потребность республики в азотных, фосфорных и калийных удобрениях составляет 761,82 тыс. т 100 %-ного азота, 518,27 тыс. т 100 %-ного P2O5 и 278,12 тыс. т 100 %-ного K2O. А промышленность производит 736,8 тыс. т азотных и 137,4 тыс. т фосфорных удобрений в расчете на 100 % действующего вещества.
Вынос питательных веществ с урожаем также очень высок. В Узбекистане основными сельскохозяйственными культурами являются хлопчатник и пшеница. Валовой сбор хлопка-сырца превышает 3 млн. т, а пшеницы 6 млн. 100 тыс. т. Известно, что одна тонна хлопка-сырца выносит из почвы ежегодно 45 кг азота, 15 кг P2O5 и 45 кг K2O. Одна тонна пшеницы выносит из почвы ежегодно 35 кг азота, 10 кг P2O5 и 24 кг K2O [9]. При вышеназванном урожае только этими двумя культурами из почвы ежегодно уносится с урожаем 348,5 тыс. т азота, 106 тыс. т фосфора и 281,4 тыс. т калия. А ведь другие культуры также выносят из почвы большое количество питательных элементов. Их надо в почву восполнять.
Из вышесказанного следует, что в Узбекистане необходимо наращивать производство минеральных удобрений. Заслуживают полного одобрения решения правительства республики о наращивании мощностей Кызылкумского фосфоритового комбината, о реконструкции Алмалыкского ОАО «Аммофос» и Самаркандского химического завода.
Вторая проблема нашего сельскохозяйственного производства связана с почвенным гумусом, являющегося основой плодородия любых почв.
В органическое вещество помимо азота входят также фосфор и сера. При минерализации гумуса азот, фосфор и сера переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Размеры ежегодной минерализации органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв составляют 0,6–0,7 т, а черноземов — 1,0 т/га с образованием соответствующего количества (соответственно 30–35 и 50 кг/га) доступного растениям минерального азота.
Особая роль гумуса заключается в его комплексном положительном влиянии на все стороны почвенного плодородия. Питательные вещества минеральных удобрений, сколько бы их ни вносили в почву, не в состоянии заменить гумус как источник азота и других элементов питания, освобождающихся при его минерализации. Установлено, что даже при очень высоких дозах минеральных азотных удобрений урожай сельскохозяйственных культур на 50–60 % формируется за счет запасов азота гумуса, а на неудобряемых почвах — почти полностью за счет почвенного азота. Обогащение почв гумусом снижает негативное влияние минеральных удобрений, пестицидов, солей тяжелых металлов, формирует агрономически ценные агрофизические свойства почв [3].
Велика роль гумуса в улучшении физических свойств почв, создании оптимального водно-воздушного режима.
Почвы Узбекистана по содержанию этого важнейшего элемента относятся к низко- и очень низкообеспеченным. По количеству гумуса они находятся на самом последнем месте среди других почв. В метровом слое чернозема, например, на одном гектаре содержится 350–700 т гумуса, тогда как лучшие почвы хлопковой зоны — сероземы содержат всего 65–85 т [4]. Агрохимические обследования почв Узбекистана показали, что удельный вес почв с низким содержанием гумуса (в сероземах — 0,8–1 %) составляет почти две трети площади, со средним (1–1,2 %) — одна треть и с высоким (1,2–1,5 % от веса почвы) — всего лишь 7 % посевной площади [5].
Гумусовые вещества могут быть использованы как регуляторы структурообразования бедных гумусом почв. При этом они улучшают водный, воздушный и питательный режим почвы, повышая ее плодородие. В практике земледелия однозначно показано, что при использовании высоких доз минеральных удобрений невозможно добиться эффекта без обогащения почвы гумусом. Аммонизация сырья либо водным аммиаком, либо безводным способствует активизации ГК, стимулирующих рост растений, а поглощенный аммиак постепенно потребляется корневой системой. Опрыскивание растений гуматами натрия в малых дозах дает значительные прибавки урожая. После такой обработки наблюдается ускоренный рост и других растений.
Поэтому изучение состава углей Апартакского месторождения с целью использования его как сырья для получения органоминеральных удобрений является актуальной.
Известные способы получения гуминовых кислот окислением углей и других каустобиолитов основаны на применении различных окислителей: перманганата калия в щелочной среде, азотной кислоты, кислорода или воздуха.
Целью наших исследований явилось изучение физико-химических свойств угля Апартакского месторождения, а также определения оптимальных норм технологических параметров получения органоминерального удобрения на основе углей Апартакского месторождения.
Методика эксперимента. Для исследований были отобраны пробы углей из месторождения Апартак.
Общетехнические исследования углей проводили общепринятыми методами. Аналитическую влажность угля определяли по ГОСТ 11014–81. Зольность проб определяли по ГОСТ 11022–75. Количество гуминовых кислот в угле определяли экстракцией гуминовых кислот 0,1 Н раствором щелочи при нагревании, осаждением их избытком соляной кислоты и определением массы полученного осадка по ГОСТ -9517–76.
Процесс окисления проводили в стеклянном реакторе с винтовой мешалкой. Реактор поместили в термостат. Для улавливания окислов азота использовали абсорбер с водой. В реактор налили азотную кислоту и постепенно подавали уголь. Содержимое реактора перемешивали с помощью винтовой мешалки с определенной скоростью. После окисления нитроуголь промывали водой. В полученных образцах определяли количество гуминовых веществ.
Результаты исследований. Результаты исследований приведены в табл.1
Таблица 1
Результаты анализов угля Апартакского месторождения
|
№ |
Влажность,% |
Зольность,% |
Органическая масса угля,% |
ГК,% на ОМУ |
|
1 |
25,0 |
20,0 |
55,0 |
46,7 |
Результаты анализов бурых углей участка Апартакского месторождения показывают, что они содержат 46,7 % гуминовых кислот в расчете на органическую массу угля.
Результаты анализов минеральной части углей Апартаксого и Ангренского месторождений представлены в таблице 2 и 3 соответственно.
Таблица 2
Спектральный анализ золы углей Апартакского месторождения
|
№ |
component |
Resalt |
Unit |
Stat.err. |
LLD |
LLQ |
|
1 |
MgO |
9,39 |
Mass % |
0,0252 |
0,0322 |
0,0965 |
|
2 |
Al2O3 |
11,5 |
Mass % |
0,0217 |
0,0147 |
0,0440 |
|
3 |
SiO2 |
11,8 |
Mass % |
0,086 |
0,0029 |
0,0087 |
|
4 |
SO3 |
26,1 |
Mass % |
0,0035 |
0,0009 |
0,0026 |
|
5 |
K2O |
0,0745 |
Mass % |
0,0070 |
0,0038 |
0,0115 |
|
6 |
CaO |
29,9 |
Mass % |
0,0197 |
0,0039 |
0,0117 |
|
7 |
TiO2 |
0,282 |
Mass % |
0,0017 |
0,0017 |
0,0050 |
|
8 |
MnO |
0,114 |
Mass % |
0,0009 |
0,0012 |
0,0036 |
|
9 |
Fe2O3 |
10,2 |
Mass % |
0,0037 |
0,0011 |
0,0033 |
|
10 |
CuO |
0,0142 |
Mass % |
0,0001 |
0,0002 |
0,0006 |
|
11 |
ZnO |
0,0134 |
Mass % |
0,0001 |
0,0001 |
0,0004 |
|
12 |
SrO |
0,365 |
Mass % |
0,0002 |
<0,0001 |
0,0001 |
|
13 |
U3O8 |
0,0056 |
Mass % |
<0,0001 |
0,0002 |
0,0005 |
|
14 |
ZrO2 |
0,315 |
Mass % |
0,0012 |
0,0004 |
0,0012 |
Таблица 3
Спектральный анализ золы углей Ангренского месторождения
|
№ |
component |
Resalt |
Unit |
Stat.err. |
LLD |
LLQ |
|
1 |
MgO |
8,55 |
Mass % |
0,0252 |
0,0322 |
0,0965 |
|
2 |
Al2O3 |
17,4 |
Mass % |
0,0217 |
0,0147 |
0,0440 |
|
3 |
SiO2 |
34,3 |
Mass % |
0,086 |
0,0029 |
0,0087 |
|
4 |
SO3 |
13,6 |
Mass % |
0,0035 |
0,0009 |
0,0026 |
|
5 |
K2O |
0,887 |
Mass % |
0,0070 |
0,0038 |
0,0115 |
|
6 |
CaO |
16,7 |
Mass % |
0,0197 |
0,0039 |
0,0117 |
|
7 |
TiO2 |
0,591 |
Mass % |
0,0017 |
0,0017 |
0,0050 |
|
8 |
V2O5 |
0,0346 |
Mass % |
0,0007 |
0,0016 |
0,0047 |
|
9 |
MnO |
0,0323 |
Mass % |
0,0009 |
0,0012 |
0,0036 |
|
10 |
Fe2O3 |
6,81 |
Mass % |
0,0037 |
0,0011 |
0,0033 |
|
11 |
CuO |
0,0174 |
Mass % |
0,0001 |
0,0002 |
0,0006 |
|
12 |
ZnO |
0,0345 |
Mass % |
0,0001 |
0,0001 |
0,0004 |
|
13 |
Rb2O |
0,0098 |
Mass % |
<0,0001 |
0,0001 |
0,0001 |
|
14 |
SrO |
0,225 |
Mass % |
0,0002 |
<0,0001 |
0,0001 |
|
15 |
Y2O3 |
0,0052 |
Mass % |
<0,0001 |
<0,0001 |
0,0002 |
|
16 |
BaO |
0,0764 |
Mass % |
0,0006 |
0,0014 |
0,0042 |
|
17 |
ZrO2 |
0,402 |
Mass % |
0,0012 |
0,0004 |
0,0012 |
|
18 |
WO3 |
0,0161 |
Mass % |
0,0017 |
0,0048 |
0,0144 |
Как видно из табл.2 угли Апартакского месторождения богаты соединениями магния, кальция, железа, алюминия, кремния и сульфатами. Количество их оксидов достигает 9,39; 29,9; 10,2; 11,5; 11,8 и 26,1 % соответственно, в то время как Ангренский уголь (табл.3) содержит магний, кальций и железо в меньшем количестве. В минеральной части угля Апартакского месторождения имеются такие элементы, как калий, марганец, медь, цинк, а также стронций и цирконий, которые могут служить в качестве микроэлементов в удобрениях.
Спектральный анализ угля Ангренского месторождения и месторождения Апартак показал, что наибольшая интенсивность соответствует оксидам железа. Уголь Апартакского месторождения отличаются от угля Ангренского месторождения пониженным содержанием оксида кремния. Так, если в Апартакском угле оксид кремния достигает 11,8 %, то в Ангренском угле этот показатель достигает 34,3 %.
С целью окисления углей месторождения Апартак использовалась азотная кислота концентрацией: 10, 20, 30, 40, 50 %. Соотношение ОМУ к безводной азотной кислоте изменялась в пределах: 0,9:0,1; 0,8:0,2; 0,5:0,5; 0,4:0,6. Продолжительность окисления составляла: 20мин, 30 мин, 60мин, 120 минут. Окисление угля азотной кислотой проводилось при температуре 50, 70, 90, 110, 1400С.
Органическая масса угля составляла 55 %.
Таблица 4
Влияние нормы иконцентрации азотной кислоты на выход гуминовых кислот (τ— 60 минут t— 700С)
|
Продукты окисления |
Концентрация HNO3,% |
Соотношение ОМУ: HNO3 |
|||
|
0,9: 0,1 |
0,8: 0,2 |
0,5: 0,5 |
0,4: 0,6 |
||
|
Гуминовые кислоты |
10 20 30 40 50 |
47,1 52,3 56,7 57,4 57,9 |
48,2 55,7 59,8 60,1 60,9 |
49,1 58,9 67,7 68,4 68,9 |
52,3 59,8 68,1 69,2 69,8 |
Из таблицы (4) видно, что с увеличением концентрации азотной кислоты от 10 до 50 % выход гуминовых веществ увеличивается от 46,7 % в исходном сырье до 69,8 % в окисленном угле при массовом соотношении ОМУ: HNO3 равном 0,4:0,6при окислении азотной кислотой 50 %-ной концентрации (табл.).
Изучение влияния температуры при окислении угля азотной кислотой на выход гуминовых веществ показало (табл.5), что при окислении угля азотной кислотой 50 %-ной концентрации при температуре 900С наблюдается наибольший выход гуминовых кислот 65,9 % в расчете на органическую массу угля.
Таблица 5
Влияние температуры окисления на выход гуминовых кислот (соотношение ОМУ:HNO3= 0,5:0,5 τ=60 минут)
|
Температура,0С |
Гуминовые кислоты,% кОМУ |
||||
|
Концентрация азотной кислоты,% |
|||||
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
|
50 |
49,1 |
54,8 |
56,7 |
57,1 |
57,7 |
|
70 |
53,7 |
62,5 |
67,1 |
67,3 |
67,5 |
|
90 |
52,1 |
63,6 |
65,2 |
65,7 |
65,9 |
|
110 |
48,8 |
57,2 |
58,5 |
58,9 |
60,1 |
|
140 |
49,5 |
57,6 |
59,2 |
59,8 |
60,5 |
При окислении угля Апартакского месторождения азотной кислотой с целью увеличения выхода гуминовых веществ было изучено влияние продолжительности окисления на содержание гуминовых кислот. Время окисления менялось от 20 минут до 30, 60, 120 минут.
Установлено, что при окислении угля в течение 120 минут 30 %-ной концентрацией азотной кислоты количество гуминовых кислот составляет 66,67 % (табл.6). Однако, замечено, что при окислении угля в течение 60 минут при той же концентрации азотной кислоты этот показатель составляет 66,58 %. Следовательно. Увеличение продолжительности окисления угля замедляет процесс окисления.
Таблица 6
Влияние продолжительности окисления на выход гуминовых кислот (соотношение ОМУ:HNO3=0,5:0,5 τ=60 минут)
|
Продолжительность окисления, мин |
Гуминовые кислоты,% кОМУ |
||||
|
Концентрация азотной кислоты,% |
|||||
|
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
|
20 |
47,3 |
49,7 |
52,8 |
51,4 |
50,8 |
|
30 |
48,5 |
53,6 |
60,42 |
59,3 |
57,4 |
|
60 |
51,6 |
58,7 |
66,58 |
63,2 |
60,9 |
|
120 |
52,6 |
58,9 |
66,67 |
63,8 |
61,2 |
Таким образом, результаты исследований по изучению состава углей Апартакского месторождения и по окислению углей азотной кислотой с целью увеличения выхода гуминовых кислот показали пригодность углей данного месторождения для производства органоминеральных удобрений.
Литература:
- Курбанов Э., Кузиев Р. Современное состояние плодородия почв Узбекистана и некоторые пути его улучшения // Горный вестник Узбекистана. — 2001. — № 1. — стр. 94–96.
- Газета «Правда Востока» от 20 июля 2006г.
- Жуков А. И. Состояние баланса гумуса в почвах СССР и потребность в органических удобрениях // Труды Всес. НИИ сельскохозяйственной микробиологии. — Л., Том 58. — 1988. — стр. 12–20.
- Саттаров Д. С., Эргашев А. Э., Кобзева Г. И. Агрохимические исследования почв Узбекистана и пути повышения их плодородия // Институту почвоведения и агрохимии 70 лет.–Ташкент, 1990. с. 137–150.
- Бобоходжаев И. Гумус и плодородие почвы // Сельское хозяйство Узбекистана. — 1992. — № 8–9. — стр. 15–16.
