Фосфогипс в качестве удобрения



Рассмотрение применения материала в разных областях с физико-химической, экологической и экономической точек зрения.

В настоящее время одной из важнейших мировых проблем является загрязнение окружающей среды. В особенности остро этот вопрос стоит с отходами химических производств, и в данной статье мы рассматриваем утилизацию побочного продукта таких производств — фосфогипса. Проблема с его утилизацией нарастает с каждым годом. Во многих странах, занимающихся производством минеральных удобрений, утилизация, использование фосфогипса является серьезной проблемой, требующей скорейшего решения. Для получения фосфогипса используется природные полезные ископаемые (апатиты), в результате переработки которых только 20 процентов изначального сырья становится полезным для использования продуктом, а именно: высокопродуктивное минеральное удобрение и фосфорная кислота. 80 процентов изначального сырья становится отходом производства, то есть тем самым фосфогипсом. ООО «Жилвест», занимавшиеся в 2009 по 2016 год производством дорог, основанием которых служил фосфогипс, дает, ссылаясь на статью Деревянко В. Н. и Тельянова В. А. «Технологии производства гипсовых вяжущих материалов из фосфогипса» [10]], дает следующие данные: «Принимая во внимание тот факт, что зачастую заводы работают круглосуточно, можно предположить, что в среднем каждый подобный завод круглый год вывозит на свалку 10 тонн фосфогипса каждые 5 минут. К примеру, штат Флорида в США является местом общепризнанного отдыха, но даже с Луны видно 20 рукотворных гор фосфогипса высотой 800 метров. Или, для примера, каждый год в Аргентине в виде отвалов белого влажного порошка складируются порядка 2 млн. тонн фосфогипса. После высыхания фосфогипс становится летучим порошком, загрязняющим территории до 50 км вокруг производственных заводов. Кроме очевидного последствия в виде легочного заболевания, последствия других заболеваний в подобных районах проживания резко повышает риск многих других болезней вплоть до онкологических. Для размещений такого большого количества вредных отходов в Аргентине ежегодно каждый год занимаются до 300 га новых территорий, как правило, земель, пригодных для сельскохозяйственного производства, превращенных в свалку и являющихся источником запыления больших площадей территорий вокруг. В Московской области, на Воскресенском заводе, накоплено 60 миллионов тонн этого материала. Это постоянно грозит глобальной экологической катастрофой в данном районе. Однако материал нашел применение в двух областях: в использовании его как удобрение и, лишь в последнем десятилетии, он нашел применение как материал для строительства автомобильных и железных дорог.

Как удобрение обычно используют дигидрат сульфата кальция (CaSO4·2H2O), а как материал для строительства автомобильных и железных дорог используют полугидрат (CaSO4·1/2 H2O).

Дигидрат, с физической точки зрения, представляет собой комкующийся белый порошок. С химической точки зрения, кроме своего основного состава, в который входит 37 % кальция, он также содержит 21 % — серы, 2 % — фосфора, 1 % кремния, в небольших количествах необходимые и незаменимые для жизнедеятельности растений макро-, мезо-, микро- и ультрамикроэлементы. Так как дигидрат самостоятельно впитывает воду из почвы и воздуха, его срок годности не ограничен.

Фосфогипс, благодаря наличию в нем множества необходимых элементов, используется на различных видах почвы для улучшения плодородности. Используемые технологические схемы внесения фосфогипса на солонцовых почвах способствуют их рассолонцеванию и расщелачиванию, а использование на деградированных почвах и рисовых системах ведет к повышению запасов подвижных форм фосфора (Бекбаев Р., 2017; Калиниченко В. П., 2017) [11]. При внесении 1 т/га фосфогипса нейтрализованного в качестве сложнокомпонентного органоминерального удобрения в почву поступает (кг): Са — 265, S — 215, P ₂ O _5– 20 и SiO _2– 9,8 (Шеуджен А. Х., Бондарева Т. Н., 2015) [2]. Поэтому фосфогипс является поликомпонентым удобрением для сельскохозяйственных культур.

Данные, полученные опытным путем в Краснодарском Крае, согласно Методическим рекомендациям [12], дали интересные показатели по урожайности разных культур. Так, на примере люцерны, выращенной на фосфогипсовом удобрении, после 2-летней эксплуатации участка посевом риса, показатели урожайности представлены в таблице, полученной из тех же Методических рекомендаций. В этом опыте по сравнению с участком, на котором фосфогипс не вносили, урожайность зелёной̆ массы люцерны оказалась больше на 3,9–7,2 т/га, что составляет примерно от 40 до 80 процентов, а сена люцерны было собрано — на 1,00–1,88 т/га или 35–65 %. (таблица 1). Самые большие показатели урожайности были при внесении удобрения в виде фосфогипса в количестве 6 т/га.

Таблица 1

Урожайность люцерна 1-го года 2-й укос, последействие фосфогипса 2-1 год, т/га

Повышение концентрации Р ₂ О ₅ в верхнем слое почвы за счет внесения фофогипса способствует усилению ферментативной активности почвы, в частности увеличивается численность микроскопических грибов. Кроме того, установлено, увеличение в 1,5–6 раз количества ценных для почвообразования представителей почвенной мезофауны: малощетинковых червей, муравьёв, кивсяков и энхитреид. Возрастает также численность двупарноногих многоножек, что объясняется увеличением содержания кальция в почве [6].

Отмечено повышение аэрации, порозности, инфильтрации почв, возрастает доля кислорода и масса кремнийсодержащих веществ, обладающих мощной потенциальной способностью коагулировать с минеральными и органическими соединениями почвы. При внесении фосфогипса в почву усиливается её поглотительная способность, улучшается пористость [13], уменьшается степень супердисперсности тонкой фракции почвы [14]. Фосфогипс снижает кислотность глубоких слоев почвы и увеличивает скорость впитывания воды почвой на 30–35 %, что улучшает водоснабжение растений [15].

В последние годы, в силу сложившейся напряжённой̆ экономической̆ ситуации в стране, для химической̆ мелиорации целесообразно использовать отходы различной промышленности, а также приготовленные на их основе удобрительно-мелиорирующие смеси и органоминеральные компосты. Эти средства включают мелиорирующую и удобрительную основу. И в этом плане очень эффективен фосфогипс, применяемый̆ как в чистом виде, так в компосте с навозом крупного рогатого скота или птичьего помета. Исходя из опыта в ФГУП РПЗ «Красноармейский̆» им. А. И. Майстренко Красноармейского района Краснодарского края, максимальная условная выгода от применения фосфогипса, нейтрализованного вместо фосфорного удобрения (аммофос) на посевах риса, колебалась по годам в зависимости от изменения стоимости производственных затрат, урожайности риса и цены реализации. По данным Методических рекомендаций, на составила в 2013 г. — 5333,5 руб. с 1 га, 2014 г. — 13139,7 руб. и в 2015 г. — 6546,2 руб. с 1 га [12]. Если брать это в масштабе сельхозпроизводства по всей России, то выгода явно видна. Фосфогипс в 25 раз дешевле концентрированных удобрений (примерная его стоимость — 150 рублей за тонну).

И таким образом мы получаем два потока — утилизацию (до 16 тонн/га) и удобрение для деградированных почв, нуждающихся в подкормке минеральными удобрениями.

Литература:

1. Петербуржский Международный Экономический Форум 2019 — текст Ирины Рыбниковой. (06.06.2019
2. Шеуджен А. Х., Онищенко Л. М., Бондарева Т. Н., Есипенко С. В. Фосфогипс нейтрализованный̆ — высокоэффективное поликомпонентное удобрение на посевах зерновых культур // Тр. КубГАУ, 2015. No 1(52). С 144–148.
3. Шильников И. А., Фирсов С. А., Аканова Н.И Эффективность применения отходов промышленности в качестве химических мелиорантов // Экологические проблемы человечества. — М.: РГАЗУ, 2009. — С. 100–108.
4. Теория и практика применения фосфогипса нейтрализованного в рисоводстве: методические рекомендации. — Краснодар: ВНИИ риса, 2016.
5. Белюченко И.С, Добрыднев Е. П., Муравьев Е.И Перспективы использования фосфогипса в сельском хозяйстве // Экологический̆ вестник Северного Кавказа, 2008а. — Т. 4. — No1. — С. 31–39;
6. Пономарева, Ю. В. Влияние фосфогипса на свойства почвы прорастание семян озимой пшеницы / Ю. В. Пономарева, И. С. Белюченко // Экологические проблемы Кубани — 2005. — № 27. — С. 184–192.
7. Шамаль Наталья Владимировна статья 01.03.2018 институт радиобиологии НАН Беларуси «Фосфогипс — побочный продукт химической промышленности. Нет плохих отходов — есть несовершенная технология».
8. Кайфаджян Владимир Ашотович, Ибрагимов Руслан Шарпудинович, Кайфаджян Карен Ашотович, Неделяев Олег Александрович — патент «Комплексные магний-фосфатные удобрения из твердых техногенных промышленных отходов под торговой маркой: «С. С. С.Р» — Сухие Сельскохозяйственные Смеси России»»
9. МонографияА. В. Долгорева «Три ошибки технологов в переработке фосфогипса».
10. Деревянко В.Н. и Тельянова В.А. «Технологии производства гипсовых вяжущих материалов из фосфогипса», Издательство «Ноосфера» 2010 год, стр. 2
11. Бекбаев, Р. Мелиоративная эффективность фосфогипса на орошаемых землях бассейна рек Аса-Талас / Р. Бекбаев // Международный сельскохозяйственный журнал. – 2017. – №1. – С. 5-11.
12. Методические рекомендации: Теория и практика применения фосфогипса нейтрализованного в рисоводстве. – Российская академия наук, Министерство сельского хозяйства РФ, Министерство сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края, ФГБНК «Всероссийский научно-исследовательский институт риса», , ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им Д.Н. Прянишникова»// Краснодар, ВНИИ риса, 2016 год
13. Белюченко, И.С. Влияние отходов промышленного и сельскохозяйственного производства на физико-химические свойства почв / И.С. Белюченко, Е.И. Муравьев // Экол. Вестник Сев. Кавказа – 2009. – Т. 5. – №1. – С. 84-86
14. Белюченко, И.С. Влияние сложного компоста на агрегативный состав и водно-воздушные свойства чернозема обыкновенного / И.С. Белюченко, Д.А. Антоненко // Почвоведение – 2015. – №7. – С. 858-864.
15. Кизинек, С.В. Эффективность различных форм кальцийсодержащих удобрений при возделывании риса/ С.В. Кизинек, М.Ю. Локтионов // Плодородие. – 2013. – №1. – С. 14-16.