НЕТРАДИЦИОННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ ИЗ НЕКАЧЕСТВЕННЫХ ФОСФОРИТОВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе исследуется процесс активации фосфоритов Ходжакульского месторождения аммонийными солями с целью удовлетворения потребностей Республики Каракалпакстан в фосфорных удобрениях. Фосфоритная мука, несмотря на свою низкую стоимость и простоту производства, неэффективна на нейтральных почвах без предварительной активации. Исследование показывает, что активация механическими или механохимическими методами повышает содержание усвояемой формы фосфора. Наиболее перспективной является химическая активация с использованием солей минеральных кислот. В работе детально изучен процесс активации фосфоритовой муки различными концентрациями аммонийных солей, установлены оптимальные условия для получения водорастворимых форм фосфора, и рассмотрено влияние рН среды на эффективность активации. Результаты показывают, что сульфат аммония способствует разложению фторапатита и кальцита, что увеличивает содержание усвояемой формы фосфора.

ABSTRACT

In this paper, the process of activation of phosphorites of the Khojakulsky birthplace by ammonium salts is investigated in order to meet the needs of the Republic of Karakalpakstan in phosphorus fertilizers. Phosphorous flour, despite its low cost and ease of production, is ineffective on neutral soils without prior activation. The study shows that activation by mechanical or mechanochemical methods increases the content of the digestible form of phosphorus. The most promising is chemical activation using salts of mineral acids. In this work, the activation process of phosphorite flour with various concentrations of ammonium salts is studied in detail, optimal conditions for obtaining water-soluble forms of phosphorus are established, and the influence of the pH of the medium on the activation efficiency is considered. The results show that ammonium sulfate promotes the decomposition of fluorapatite and calcite, which increases the content of the digestible form of phosphorus.

Ключевые слова: фосфоритовая мука, фторапатиты Ходжакульского месторождения, активация фософоритов, усвояемая форма фосфора.

Keywords: Phosphorite flour, fluorapatites of the Khojakul deposit, activation of phosphorites, digestible form of phosphorus.

Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос Республики Каракалпакстан на фосфорные удобрения, переработка низкосортных фосфоритов в фосфорсодержащие удобрения нетрадиционными методами с приемлемыми технико-экономическими показателями является одной из наиболее актуальных проблем.

Фосфоритная мука является самым дешевым и простым технологическим удобрением без расхода кислоты. Однако использование таких удобрений в нейтральных почвах неэффективно. Конечно, фосфорит следует активировать механическим или механохимическим способами, суть которых заключается в увеличении количества усвояемой для растений формы фосфора.

В данной работе впервые изучен процесс химической активации Ходжакульских фосфоритов аммонийными солями.

При организации производства фосфорного удобрения в Каракалпакстане наиболее перспективным считается фосфорит Ходжакульского месторождения. Это связано с тем, что его региональное местоположение экономически выгодно отличается для эксплуатации по сравнению с другими месторождениями.

Фосфориты Каракалпакстана в основном состоят из водонерастворимых солей. В составе фосфорита содержание усвояемой формы Р₂О₅ составляет по 0,1 н. раствору соляной кислоты - 5,24%, 2 %-ному раствору лимонной кислоты - 4,96% и 0,2 М раствору трилона Б - 4,15%. Было установлено, что в зависимости от природы растворителя в фосфоритовой муке 22-29% фосфора находится в усвояемой для растений форме.

Наиболее рациональным способом переработки некачественных фосфоритов является их химическая активация солями минеральных кислот (табл.1).

Таблица 1.

Химический состав сложных удобрений, полученных путем активации Каракалпакского фосфорита с аммонийными солями,%

Примечание: ФМ- фосфоритная мука, АС – аммонийный соль (удобрение).

Переработка фосфатов нетрадиционными методами позволяет на месте переработки местного сырья организовать производство медленнодействующих сложных удобрений.

Для разработки технологии получения новых видов фосфорсодержащих удобрений из фосфоритовой муки Каракалпакии изучен процесс её активации с минеральными туками, применяемые в настоящее время в сельском хозяйстве. Известно, что процесс активации фосфатного сырья происходит в основном в присутствии влаги почвы. Для определения эффективности минеральных солей при активации фосфоритовой муки изучали путем смешивания в различных массовых соотношениях исходных веществ с различными концентрациями солей аммония (2-20%) в течение 30 мин. Степень активации фосфоритовой муки зависит от рН среды раствора. Было обнаружено, что с увеличением концентрации растворов аммонийных солей начинает снижается рН среды.

Установлено, что рН среды фосфоритной муки, активированной сульфатом аммония, имеет рН  6,82-7,20. Под влиянием раствора сульфата аммония происходит разложение основных минералов фосфорита - фторапатита и кальцита. Так так сульфат аммония диссоцирует с образованием кислой среды (за счет гидролиза) и ионы кислоты вступают в реакцию с кальцитом и фторапатитом. В результате в растворе образуются водорастворимые и усвояемые формы фосфора.

Увеличение количества фосфоритовой муки в растворе сульфата аммония приводит к снижению степени активации и декарбонизации сырья (табл. 2). Например, степень активации фосфоритовой муки, содержащей 0,90 г Р₂О₅ в 2 %-ном растворе сульфата аммония, составляет 50,19%, а степень декарбонизация снижается в 1,8 раза. При обработке фосфоритовой муки, содержащей 1,80 и 3,61 г Р₂О₅ раствором такой же концентрации степень активации сырья снижается в среднем в 1,5 и 1,8 раза, а степень декарбонизации в 3,26 и 6,45 раза, соответственно. Эти результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Степень активации и декарбонизации фосфорита, обработанного солями аммония

Механизм химической активации других образцов фосфоритов Каракалпакстана сульфатом аммония аналогичен.

Исследования показали, что процесс активации фосфоритовой муки нитратом аммония аналогичен процессу активации сульфатом аммония, но степень активации относительно низкая. В этом случае степень активации фосфоритовой муки также зависит от концентрации раствора нитрата аммония, то есть от рН среды раствора. Степень активации и декарбонизации фосфоритовой муки возрастают с увеличением концентрации и нормы раствора нитрата аммония.

Механизм активации фосфоритовой муки моноаммонийфосфатом и хлоридом аммония практически не отличается от вышеприведенных данных.

На основе проведенных исследований показано, что на основе активации низкосортной фосфоритовой муки Каракалпакстана аммонийными солями (удобрениями) можно получить сложные смешанные медленнодействующие удобрения с различными соотношениями питательных веществ.

Разработана технологическая схема получения сложносмешанных удобрений на основе низкосортной фосфоритовой муки и стандартных удобрений, содержащих ионы аммония (рис. 1).

Рисунок 1. Технологическая схема получения сложносмешанных удобрений, состоящих из Каракалпакских фосфоритов и аммонийных солей (удобрений):

1, 12 - баки; 2, 13, 17 - насосы; 3 - дозатор; 4 - шнековый реактор; 5 - бункер; 6, 7 - ленточные дозаторы; 8 - конвейеры; 9 - кран грефера; 10 - бункер; 11 - абсорбер; 14 - брызгоуловитель;15 - вентилятор; 16 - бак репульпатор; 18-циклон

При получении медленнодействующего сложного удобрения каракалпакская фосфоритовая мука и аммонийные удобрения в присутствии связующего раствора (применяемый раствор аммонийных солей) на установке смесителе или барабан-грануляторе перерабатывается на готовый продукт.

Процесс получения сложного удобрения, в котором из общего содержания фосфора 50-80% находится в усвояемой для растений форме, устанавливается как оптимальные условия технологии производства.

На рисунке 2. приведен материальный баланс получения сложного удобрения на основе Ходжакульской фосфоритовой муки и сульфата и нитрата аммония.

Рисунок 2. Материальный баланс получения сложного удобрения при соотношении фосфоритная мука: аммонийная соль (удобрение) = 1: 1

На основе проведенного исследования показано, что путем активации фосфоритов Каракалпакстана с минеральными солями имеется возможность производства сложных удобрений, питательные вещества которых находятся в нужных соотношениях для сельского хозяйства.

Получение таким способом сложносмешанного удобрения не требует высоких затрат, что представляется экономически целесообразным. Такое производство следует организовать в районах Республики Каракалпакстан, поскольку новые виды удобрений, производимые на основе местного сырья, весьма эффективны для применения с целью повышения плодородия почв.

На основе проведенных исследований фосфоритов Каракалпакстана, определен ряд эффективности применения минеральных солей, способствующих их активации:

сульфат аммония > моноаммонийфосфат > нитрат аммония > хлорид аммония > хлорид калия > мочевина, то есть чем ниже значение рН растворов минеральных солей, тем эффективнее проводится активация фософритов.

Список литературы:

1. Бауатдинов С., Бауатдинов Т.С. Глаукониты Каракалпакстана и их применение в сельском хозяйстве. // Монография, Нукус, «Илим», 2013. – с.160.
2. Аимбетов Н.К., Бауатдинов С, Бауатдинов Т.С. «Научные основы производства минеральных удобрений на основе местного минерального сырья. // Монография, Нөкис, «Илим», 2017. – с.227.
3. Бауатдинов С., Таджиев С.М., Бауатдинов Т.С. Фосфориты Каракалпакстана и их переработка». //Монография, Нукус, «Илим» 2019 г. – с.351.
4. Бауатдинов С. «Агроруды Каракалпакстана и удобрения на их основе». // Монография, Нукус, «Илим» 2019 г. – с.464.
5. Степанова, И.В., Иванов, А.П. Роль органоминеральных удобрений в улучшении плодородия почвы // Аграрная наука. – 2020. – Т. 5, № 15. – С. 32-41.
6. Иванов, В.П., Павлова, Н.И. Применение фосфатной муки в сельском хозяйстве: достижения и перспективы // Агроинженерия и экология. – 2017. – Т. 2, № 10. – С. 110-119.
7. Петров, А.С., Сидорова, Е.В. Влияние органоминеральных удобрений на урожайность и качество сельскохозяйственных культур // Журнал агрономии и растениеводства. – 2018. – Т. 12, № 4. – С. 76-83.
8. Соколова, Н.М., Гаврилов, Д.А. Экологические аспекты применения органоминеральных удобрений в сельском хозяйстве // Экология и земледелие. – 2019. – Т. 6, № 17. – С. 28-35.
9. Козлов, Г.И., Никитина, О.А. Влияние органоминеральных удобрений на агрохимические свойства почвы // Журнал экологии и сельского хозяйства. – 2020. – Т. 8, № 2. – С. 92-99.