Международный
научный журнал

Химическое закрепление засоленных песков Кок-Дарьи Арала с помощью композиций-закрепителей


Chemical sealing of dry salt sand of Kok-Darya of the Aral sea due to compositions-fixing agents

Цитировать:
Кулдашева Ш.А. Химическое закрепление засоленных песков Кок-Дарьи Арала с помощью композиций-закрепителей // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2016. № 12(30). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/4009 (дата обращения: 22.09.2019).
 
Прочитать статью:

Keywords: fixing agent; water-soluble polymer; sawdust; dry salt sand; reagents; industrial wastes

АННОТАЦИЯ

Показана возможность образования водопрочной структуры в дисперсиях засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Арала с помощью композиций-закрепителей водорастворимого полимера МПК-1 с древесными опилками. Установлено, что при концентрации водного раствора полимера МПК-1 0,5 и 0,7% и их композиции с древесной опилкой прочность возникшей структуры удалось повысить до 2,13-2,59 МПа для концентрации полимера 0,5% и до 2,95-3,12 МПа для концентрации полимера 0,7%, а также числа ВПА 64,33-70,63% и 71,46-77,93%, соответственно.

ABSTRACT

The possibility of water-stable structure formation in dispersions of dry salt sand of Kok-Darya of the dried bottom of the Aral Sea by the compositions-fixing agents of the soluble polymer of the MPK-1 with sawdust is shown. It is set that under the concentration of aqueous solution of 0.5 MPK-1 and 0.7% polymer and their compositions with sawdust, the solidity of arising structure is increased to 2,13-2,59 MPa for polymer concentration of 0.5% and up to 2, 95-3,12 MPa for 0.7% polymer concentration, and the number of 64,33-70,63% VPA and 71,46-77,93%, respectively.

 

Введение. Химическая мелиорация подвижных засоленных песков и почвогрунтов – это наука о пустынях, призванная исследовать закономерности природных процессов аридной зоны, целенап­равленно влиять, а со временем и управлять этими закономерностями. Для решения глобального вопроса экологии осушенного дна Аральского моря и Приаралья выполнение комплекса работ по закреплению опустыненных заселенных песков и почвогрунтов предполагает поиск дешевых, нетоксичных и доступных реагентов-закрепителей.

Цель работы. Закрепление засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Аральского моря с использованием новых комплексных добавок-закрепителей (реагенты и производственные отходы), которые будут способствовать созданию на небольших поверхностных толщах песков прочной водостойкой структуры (корка почвы способная удерживать корневую систему растений) в сочетании химического закреплении с фитомелиорацией. Это позволит использовать данные площади для посева солестойких растений, а также резко сократить запесочивание и засоление соседних плодородных земель вследствие ветровой эрозии.

Объекты и методы. Выполнение комплекса работ по закреплению опустыненных засоленных песков осушенного дна Аральского моря предпо­лагает поиск дешевых, нетоксичных и доступных реагентов-закрепителей. В качестве объектов исследования были использованы пески, взятые в районе реки Кок-Дарьи (осушенное дно Аральского моря – 200 км от Нукуса). Образцы отбирались на глубине 0-5 см. Они отличаются между собой в основном содержанием водорастворимых солей.

Результаты исследований минералогического и химического составов засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Арала показали, что образцы засоленных песков побережья Кок-Дарьи полимине­рализованы. Преобладающими из водорастворимых солей являются хлориды и сульфаты натрия. Модуль крупности песка – 0,85, содержание водорастворимых солей –1,9 %; в качестве примеси к кварцу отмечены: полевые шпаты и кальциты. По гранулометрическому составу в песке Кок-Дарьи преобладают частицы 1,00-0,05 мм, общей химический анализ песка Кок-Дарьи составляет: SiO2 – 89,24%, Al2O3-2,36, Fe2O3-1,89, SO3-0,11, CaO-1,11, MgO-0,95, K2O-1,85, Na2O-1,37.

В результате проведенных исследований показано, что кривые дифференциального термического анализа песка Кок-Дарьи различаются по эндоэффектам. При температуре 90-1500С наблюдаются одинарные или двойные эндотермические эффекты, что обуславливается выделением гигроскопической воды. Общая потеря веса для песка Кок-Дарьи, величина потерь веса по термограммам имеет незначительные значения и составляет от 0,75 до 2,20%. На рентгенограммах образцов ярко выражены линии гидрослюды, каолинита, кварца, полевого шпата и других минералов (рис.1).

Рисунок 1. Рентгенограмма образца песка Кок-Дарьи Арала

Закрепление засоленных песков побережья Кок-Дарьи Арала с использованием комплексных добавок-реагентов и промышленных отходов будет способствовать созданию на небольших толщах прочной водостойкой структуры. Путем химического закрепления поверхности частиц твердой фазы добавками закрепителями получена механическая и водопрочная структура в песчаной дисперсии. Для закрепления песков и почвогрунтов представляют интерес комбинированные добавки из минеральной и органической составляющих.

В соответствии с поставленными в работе задачами был использован комплекс методов исследований. К ним относятся группы методов, позволяющих исследовать физико-химические свойства подвижных песков; процессы образования структур в водных дисперсиях закрепителя; взаимодействие песка со структурообразователями; изменение прочности контактов между частицами песка; механические, температурные, водно-физические, ветровой эрозии и другие свойства полученных защитных покрытий.

Водостойкость структуры характеризовали проведенными нами исследованиями для песков Казахдарьи в работах [5, p. 314-320.], содержанием водопрочных агрегатов (размером более 0,25 мм) по методике Павлова [1, с. 273].

Исходный порошок воздушно-сухого почвогрунта (фр. ≤ 1мм) помещали в чашку Петри, обрабатывали водой или водным раствором, вводили добавку при водо-твердом отношении 1:2 и после двухчасовой выдержки навеску высушивали при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния. Агрегатный состав характеризовали количественным содержанием в почве водопрочных агрегатов (ВПА).

Состав фракций крупнее 0,25 мм определяли просеиванием подготовленной указанным способом почвы на ситах в воде. Для этого подготовили ванну (глубокий таз или ведро) с водой и сита с отверстиями в 1 мм и 0,25 мм. Внизу ставится сито с отверстиями в 0,25 мм, а сверху – сито с отверстиями в 1 мм. В таком виде сита погружаются в ванну с водой, уровень которой должен быть не выше 5-6 см над бортом верхнего сита.

Как только взята пипеткой последняя фракция, немедленно почва из цилиндра переносится на сита, установленные в ванне. Для этого цилиндр закрывают стеклянной пластикой, перевертывают на 1800С и погружают в воду над ситами, стеклянную пластику под водой убирают и круговым движением цилиндра равномерно распределяют почву на поверхности верхнего сита.

Когда крупные частицы почвы опустятся на верхнее сито, примерно через одну минуту цилиндр под водой закрывают стеклянной пластикой и убирают его. Затем сита приподнимаются (но не вынимаются из воды полностью), плавными движениями вверх и резкими движениями вниз и так 10 раз встряхиваются в воде. В результате таких движений почва просеивается через два сита. Агрегаты, обладающие прочностью, остаются на ситах, а размытые водой проходят через оба сита в ванну. После этого сита вынимаются, почва с них смывается в фарфоровые чашечки, высушивается сначала на водяной бане (или осторожно на песчаной), а затем в сушильном шкафу при 1050С. Чашечки должны быть предварительно пронумерованы и взвешены на весах.

После высушивания чашки с фракцией охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Результаты вычисляют в процентах к весу сухой почвы:

Х =

где: х – процентное содержание фракции;

а – вес фракции в сухом виде, г;

20 – навеска, взятая для анализа, г.

Эта часть анализа называется макроагрегатным анализом. С его помощью определяют прочные агрегаты размером 0,25 мм и крупнее.

 Прочность при сжатии приготовленных кубиков (размером 3х3х3 см) из закрепленного с помощью связующих полимеров песка определяли на гидравлическом прессе – «ГОСТ 10180-90. Методы определения прочности на контрольных образцах».

Экспериментальная часть. Ранее нами в работах [4, р.145-147], предложены определенные типы реагентов-структурообразователей в целях создания искусственных структур в засоленных почвогрунтах и песках. В качестве реагентов-закрепителей были испытаны дешевые промышленные полимеры и производственные отходы. В данной работе путем химического модифицирования поверхности частиц твердой фазы добавками [3, с.58-61] получена механически и водопрочная структура в песчаной дисперсии [2, с.336-339].

Закрепление поверхностного покрова засоленных песков Кок-Дарьи проведены с помощью песок-связующих полимеров (водорастворимый полимер МПК-1 (аналог полимера К-9, полученный путем гидролиза отхода волокна «Нитрон» при температуре 105-1100С) при концентрации 0,1; 0,3; 0,5 и 0,7%, а также их композиции с древесной опилкой). На закрепленных композицией полимером песка изучена всхожесть солестойких семян (на примере: житняка – Agropyron cristatym u полыни – Artemisic ferganensis).

При закрепления засоленных песков Кок-Дарьи проводили опыт на поверхности песка водным раствором водорастворимого полимера МПК-1 (продукт непольного омыления полиакрилонитрила в щелочном растворе в мягких условиях), предварительно в песок вносили 0,26 кг/м2 измельченной добавки – древесная опилка, просеянной через сито 0,5 мм, затем эту смесь тщательно перемешивали. Для дальнейшей обработки использовали раствор полимера МПК-1 с концентрацией 0,1-0,7%. Это осуществляли следующим образом. При обработке поверхность песка опрыскивали раствором полимера МПК–1, а в случае посева семян солестойких растений опрыскивание производили после посева. Влияние композиции добавок-закрепителей (полимер МПК-1 и его композиции добавками – древесная опилка) на формирования водопрочных агрегатов – ВПА, а также на величину прочности при сжатии приведены в табл. 1-2.

В табл. 1 приведены результаты по влиянию добавок закрепителей на формирование водопрочных агрегатов (ВПА), а в табл. 2 – на механическую прочность поверхностной корки. Как видно, величина ВПА для песка без добавки-закрепителя составляет низкое значение – 6,31 %.

Опрыскивание поверхности песка водным раствором полимера МПК-1 при концентрации 0,1 и 0,3 % и их смеси с добавками – древесная опилка незначительно способствует повышению прочности структуры и числа ВПА (прочность 0,63 – 0,78 МПа и ВПА 28,46-29,36%) для 0,1%-ного раствора полимера; прочность 1,31 – 1,48 МПа 45,05-48,42% для 0,3%-ного раствора полимера, соответственно). При концентрации водного раствора полимера МПК-1 0,5 и 0,7% и их композиции с древесной опилкой прочность возникшей структуры удалось повысить до 2,13-2,59 МПа для концентрации полимера 0,5% и до 2,95-3,12 МПа для концентрации полимера 0,7%, а также числа ВПА 64,33-70,63% и 71,46-77,93%, соответственно.

Следует также отметить, что наряду с увеличением общего количества водопрочных агрегатов (ВПА), происходит и их перераспределение по размерам. Если для 0,1 %-ного раствора полимера МПК-1 характерно преимущественное образование агрегатов размером 0,25-0,5 мм, то для 0,5% и 0,7%-ного раствора полимера МПК-1 и его композиций с древесной опилкой наоборот, преобладают крупные агрегаты размером > 2,0 мм. Это свидетельствует о том, что при закреплении засоленных песков комплексными добавками поверхностные слои песка переходят из свободно-дисперсного состояния в связно-дисперсные путем формирования структуры корки, состоящей из водопрочных макроагрегатов частиц.

Таблица 1.

Влияние добавок закрепителей (полимер МПК-1 и его композиции с древесной опилкой - ДО) на формирование водопрочных агрегатов – ВПА в засоленном песке Кок-Дарьи Арала

№ п/п

Композиции добавок-закрепителей

Количество ВПА,% по фракциям, мм

Сумма ВПА,

 %

Средние значения ВПА, %

> 2,0

2,0-1,0

1,0-0,5

0,5-0,25

1

2

3

Без добавки

Без добавки

Без добавки

-

-

-

-

-

-

1,13

1,18

1,10

5,12

5,15

5,24

6,25

6,33

6,34

6,31

4

5

6

МПК-1 0,1 %

МПК-1 0,1 %

МПК-1 0,1 %

0,83

0,83

0,85

0,87

0,87

0,86

3,14

3,14

3,13

23,62

23,60

23,63

28,46

28,44

28,47

28,46

7

8

9

МПК-1 0,3 %

МПК-1 0,3 %

МПК-1 0,3 %

14,02

13,99

14,02

7,96

8,03

8,37

7,02

6,96

7,01

15,93

15,81

16,02

44,93

44,79

45,42

45,05

10

11

12

МПК-1 0,5 %

МПК-1 0,5 %

МПК-1 0,5 %

35,02

35,06

36,08

10,06

10,08

10,07

10,02

10,01

10,05

9,10

9,16

9,06

64,02

64,31

65,26

64,53

13

14

15

МПК-1 0,7 %

МПК-1 0,7 %

МПК-1 0,7 %

41,46

42,15

40,99

12,12

11,94

12,07

10,86

11,00

11,06

7,03

7,06

7,04

71,07

72,15

71,16

71,46

16.

17.

18.

МПК-1 0,1 % + ДО

МПК-1 0,1 % + ДО

МПК-1 0,1 % + ДО

0,90

0,95

0,98

1,02

1,03

1,05

3,30

3,23

3,24

24,13

24,17

24,07

29,35

29,38

29,34

29,36

19.

20.

21.

МПК-1 0,3 % + ДО

МПК-1 0,3 % + ДО

МПК-1 0,3 % + ДО

15,85

15,76

15,64

8,76

8,68

8,58

7,23

7,18

7,15

16,89

16,77

16,76

48,73

48,39

48,13

48,42

22.

23.

24.

МПК-1 0,5 % + ДО

МПК-1 0,5 % + ДО

МПК-1 0,5 % + ДО

38,62

38,51

38,37

11,03

11,22

11,37

10,82

10,47

10,51

10,41

10,32

10,42

70,88

70,52

70,67

70,69

25.

26.

27

МПК-1 0,7 % + ДО

МПК-1 0,7 % + ДО

МПК-1 0,7 % + ДО

46,00

45,96

45,93

14,32

14,34

14,30

10,66

10,67

10,63

7,16

7,12

7,20

78,14

77,59

78,08

77,93

Таблица 2.

Влияние добавок-закрепителей (полимер МПК-1 и его композиции с древесной опилкой – ДО) на прочность образцов засоленного песка Кок-Дарьи Арала (вода-твердое отношение 1:4, кубики 3х3х3 см)

№ п/п

Добавки-закрепители

Величины прочности при сжатии, МПА

Название

Концентрация полимера

Опытные

Средние

1

2

3

МПК –1

МПК –1

МПК –1

0,1

0,1

0,1

0,62

0,63

0,64

0,63

4

5

6

МПК –1

МПК –1

МПК –1

0,3

0,3

0,3

1,31

1,33

1,28

1,31

7

8

9

МПК –1

МПК –1

МПК –1

0,5

0,5

0,5

2,12

2,13

2,15

2,13

10

11

12

МПК –1

МПК –1

МПК –1

0,7

0,7

0,7

2,91

2,93

3,02

2,95

13

14

15

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

0,1

0,1

0,1

0,76

0,78

0,79

0,78

16

17

18

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

0,3

0,3

0,3

1,46

1,48

1,49

1,48

19

20

21

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

0,5

0,5

0,5

2,56

2,62

2,60

2,59

22

23

24

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

МПК –1 + ДО

0,7

0,7

0,7

3,10

3,12

3,13

3,12


Таким образом показана возможность образо­вания водопрочной структуры в дисперсиях засоленных песков Кок-Дарьи осушенного дна Арала с помощью композиций-закрепителей водорастворимого полимера МПК-1 с древесными опилками.

 


Список литературы:

1. Кауричев И.С. Практикум по почвоведению. – М.: Колос. 1973. – С. 273.
2. Кулдашева Ш.А, Агзамходжаев А.А. Закрепление засоленных почвогрунтов промышленными отходами // Мат. Международной научно-практической конференции «Химия и экология-2015». Уфа, Россия. – 2015. – С. 336-339.
3. Кулдашева Ш.А., Агзамходжаев А.А. . Стабилизация подвижных песков осушенного дна Аральского моря. // Узбекский химический журнал. – Ташкент. – 2014. – № 4. – С.58-61.
4. Kuldasheva Sh., Jumabaev B., Agzamkhodjayev A., Stabilization of moved sands of the exposed aral seabed // Jоurnal «Of chemical technology and metallurgy». Bulgaria. 2015. V.50. # 3. P. 314-320.
5. Kuldasheva Sh.A. Zhumabaev B.A., Agzamkhodzhaev A.A., Musaev M.N. Chemical solidification of driving sands of th exposed aral seabed // «European Applied Sciences». Germany. 2014. № 1. P. 145-147.

Информация об авторах:

Кулдашева Шахноза Абдулазизовна Kuldasheva Shakhnoza

канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник-соискатель института Общей неорганической химии АН РУз, 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбек, 77а

Candidate of Chemical Sciences, senior research scientist- applicant of Institute of the Common inorganic chemistry of Uzbekistan Academy of Sciences, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek St., 77a


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.