Термические и рентгенографическое свойства микроэлементсодержащих удобрений

Введение. Улучшение качества и повышение агрохимической эффективности минеральных удобрений является актуальной проблемой современной химической технологии. Несмотря на положительные стороны микроудобрений они практически не применяются в нашей Республике. Основными причинами этого являются малая изученность запасов местного микроэлементсодержащего сырья, а также недостаточность научных основ и технологических разработок по получению микроудобрений.

Сельскохозяйственные культуры получают необходимые для своего развития биогенные питательные элементы через корни и листья. При корневом питании растения поглощают из почвенного раствора многочисленные элементы, растении их обнаружено более 70. Для нормального развития растениям особенно необходимы наряду с углеродом, кислородом, водородом также азот, фосфор, калий, кальций, магний и сера. Эти элементы в растениях содержатся в значительных количествах – до нескольких процентов – и называются макроэлементами. Наряду с этим сельскохозяйственным культурам также необходимы микроэлементы. К микроэлементным соединениям относят такие вещества, которые требуются растениям в незначительных количествах – содержание их в растениях составляет всего тысячные или стотысячные доли процента. К таким микроэлементам, без которых живой организм не может нормально развиваться, относят бор, цинк, марганец, молибден, железо, кобальт и другие элементы. Минеральные удобрения, содержащие в своем составе эти микроэлементы, называют микроудобрениями [10].

Минеральное питание растений значительно улучшается при внесение научно обоснованных норм удобрений, содержащих все питательные элементы в необходимом соотношении. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, за счет улучшения условий питания при использовании минеральных удобрений обеспечивается не менее половины прироста урожая [9].

Агрохимическая и физиологическая роль микроэлементов в развитии растений очень важна и многогранна. При обеспечении почвы азотом, фосфором, калием, кальцием, магнием и серой и недостатке микроэлементов невозможно получит высокий урожай [2]. Поэтому для получения качественной сельскохозяйственной продукции решающее значение имеет сбалансированность всех элементов питания растений в течение вегетационного периода их развития [8].

В Узбекистане около 600 тыс. гектар земель, используемых для сельскохозяйственных нужд, испытывает дефицит в меди, молибдене и цинке. Дефицит в марганце и боре соответственно, распространяется на 250-280 тыс. и 450 тыс. гектар земель. Основным выходом для пополнения этих микроэлементов является использование навоза, опавших листьев растений, отходов коммунальных хозяйств, осадков на дне каналов и водохранилищ, а также безвредных остатков полезных ископаемых. Для эффективного использования микроэлементов, их следует добавлять в состав сложных удобрений. В настоящее время молибден, медь, цинк и марганец применяются в составе минеральных удобрений [6].

При недостатке микроэлементов растения подвергаются различным заболеваниям, что приводит к снижению урожайности. Из-за дефицита микроэлементов в почве, внесение достаточного количества азотных, фосфорных и калийных удобрений под сельскохозяйственные культуры не дает положительных результатов, так как затрудняется усвоение питательных компонентов растениями [7]. Только при совместном исполь­зовании удобрений с микроэлементами можно достичь хороших результатов. В связи с этим разработка технологии получения микроэлементсодержащих комплексных удобрений является одной из актуальных проблем.

Для теоретического обоснования и разработки технологии получения микроэлементсодержащих удобрений, необходимо проведение глубоких физико-химических исследований по изучению взаимного влияния микроэлементов и сложных удобрений в процессе их смешивания. Основной проблемой получения микроэлементсодержащих комплексных удобрений является использование промышленных отходов и вторичных продуктов.

Целью данной работы является получение микроэлементсодержащего сложного удобрения на основе высококарбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов, серной, азотной кислоты и микроэлемент содержащего вторичного сырье Алмалыкского горно-металлургического комбината (АГМК).

При недостатке микроэлементов растения веществ наблюдается торможение или нарушение нормального роста и обмена веществ, уменьшение продуктивности растений, повышение склонности к различным заболеваниям. Применение микро­элементов с основными удобрениями способствует увеличению усвояемости растениями азота, фосфора, что приведет к повышению урожайности растений.

Успешное развитие проблемы производства микроэлементсодержащих удобрений связано с изысканием рациональных источников сырья, содержащих микроэлементы. При производстве микроудобрений в качестве источника микро­элементов использование отходов производств, шлаков, кеков (от англ. cake — затвердевать, слой твёрдых частиц, остающийся на фильтрующей поверхности после фильтрации суспензий), отработанных катализаторов, вторичных продуктов цветной металлургии является одним из эффективным и экономически выгодным приемом [5].

Методология. Для получения азотно-фосфор­ных удобрений с микроэлементами предложены некоторые виды микроэлементсодержащих отходов производств. К таким видам источников микроэлементов относится отход переработки молибдена вторичного сырье Алмалыкского горно-металлургического комбината. Данный вторичного сырье, находится в жидком состоянии, зеленого цвета и имеет кислую среду (pH=2,35). По данным химического анализа вторичного сырье АГМК содержало, в (%): вода - 87,27; содержание солей – 12,73; азот - 4,87; содержание микроэлементов (Fe, Mn, Сu, Zn, Ni, Co, Mo) – 0,35; NH₄NO₃ – 13,09; и (NH₄)₂SO₄ – 1,37.

Значение водородного показателя (рН) данного отхода определяли с помощью прибора - METTLER TOLEDO FE20/EL20 pH meter quick guide, аммиачный азот по методу Къельдаля [1], а микроэлементы - спектрометрическим методом [4].

Для установления индивидуальности полу­ченных продуктов снимались рентгенограммы на установке ДРОН-2.0 с Сu-антикатодом. Для расчета межплоскостных расстояний использовались таблицы, а относительная интенсивность линии I/I_1, определялась в процентах от наиболее сильно выраженного рефлекса в максимуме [3].

Термический анализ регистрировали дерива­тографе системе Паулик-Паулик-Эрдей со скоростью
9 град/мин и навесками 0,090-0,120 г при чувствительности гальванометров Т-900, ДТА, ДТТ-1/10, ТГ-200. Запись проводили при атмосферных условиях. Держателем служил корундовый тигель с диаметром 10 мм без крышки. В качестве эталон использовали AL₂O₃ [11].

Результаты. Сравнением межплоскостных расстояний и относительных интенсивностей образца суспензии на основы гидрометаллур­гического микроэлемент содержащего вторичного сырье и Центрального Кызылкумского фосфорита, микроэлемент содержащего суперфосфата, простого суперфосфата, микроэлемент содержащего нитрофоса, простого нитрофоса, микроэлемент содержащего суперфосафата на основы термоконцентрат и простого суперфосафата на основы термоконцентрат показано, что новые продукты отличаются между собой, а также от исходных компонентов, следовательно, продукты имеют кристаллические решетки. Рентгенограммы исследований приведены на рисунках 1-7.

Сравнение рентгенограмм по межплоскостным расстояниям и относительным интенсивностям показало, что рентгенограмма образца суспензии на основы гидрометаллургического микроэлемент содержащего вторичного сырье и Центрального Кызылкумского фосфорита содержит межплоскостные расстояния (d, Å) с относительной интенсивностью I ≥ 8%: 10.34 (9); 6.08 (11); 4.90 (21); 3.92 (26); 3.43 (26); 3.14 (16); 3.08 (25) 3.01 (100); 2.69 (34); 2.61 (21); 2.47 (23); 2.37 (24); 2.27 (27); 2.22 (41); 2.12 (12); 2.08 (25); 1.926 (30); 1.909 (31); 1.870 (36); 1.832 (15); 1.789 (16); 1.716 (19); 1.597 (17); 1.565 (14); 1.520 (15); 1.498 (11); 1.434 (9); 1.419 (15.71); 1.371 (10); 1.349 (8); 1.333 (11) (Рис.1). В то время как, рентгенограмма образца простого суперфосфата характеризуется межплоскостными расстояниями с относительной интенсивностью I ≥ 8%: 3.79 (13); 3.48 (100); 2.81 (40); 2.74 (13); 2.63 (8); 2.43 (11); 2.29 (29); 2.18 (27); 2.16 (13); 2.06 (11); 1.846 (24); 1.838 (13); 1.733 (17); 1.632 (22) (Рис.2). В то время как, рентгенограмма образца микроэлемент содержащего суперфосфата характеризуется межплоскостными расстояниями с относительной интенсивностью I ≥ 7%: 3.88 (7); 3.48 (46); 3.30 (100); 2.83 (17); 2.76 (9); 2.31 (11); 2.20 (12); 1.862 (10); 1.737 (8) (Рис.3).

Анализ рентгенограмм образцов суспензии на основы гидрометаллургического микроэлемент содержащего вторичного сырье и Центрального Кызылкумского фосфарита, простого суперфосфата и микроэлемент содержащего суперфосфата показывает, что с изменением содержания фосфорита проявляются дифрактограммы близкие по межплоскостным расстояниям и относительной интенсивности. Одноко они существенно различаются по межплоскостным расстоянием и относительной интенсивности контролных рентгенограмм, что свидетельствует об образовании нового компонента.

Сравнение рентгенограмм по межплоскостным расстояниям и относительным интенсивностям показало, что рентгенограмма образца простого нитрофоса содержит межплоскостные расстояния (d, Å) с относительной интенсивностью I ≥ 10%: 7.55 (57); 4.96 (37); 4.27 (65); 3.52 (100); 3.07 (57); 2.91 (61); 2.77 (39); 2.29 (42); 2.16 (57); 2.07 (50); 2.04 (48) (Рис.4). В то время как, рентгенограмма образца микроэлемент содержащего нитрофоса характеризуется межплоскостными расстояниями с относительной интенсивностью I ≥ 10%: 3.44 (38); 3.04 (100); 2.08 (89); 2.69 (51); 2.49 (28); 2.28 (30); 2.24 (30); 1.929 (31); 1.910 (32); 1.870 (31); 1.838 (37); 1.792 (24); 1.738 (28); 1.632 (20); 1.506 (18); 1.418 (17) (Рис.5).

Сравнение рентгенограмм по межплоскостным расстояниям и относительным интенсивностям показало, что рентгенограмма образца простого суперфосафата на основы термоконцентрат содержит межплоскостные расстояния (d, Å) с относительной интенсивностью I ≥ 10%: 8.35 (11); 5.90 (11); 4.51 (9); 3.86 (13); 3.66 (10); 3.48 (100); 2.82 (39); 2.46 (11); 2.31 (22); 2.20 (22); 1.991 (9); 1.935 (10); 1.860 (11); 1.741 (14) (Рис.6). В то время как, рентгенограмма образца микроэлемент содержащего суперфосафата на основы термоконцентрата характеризуется межплоскостными расстояниями с относительной интенсивностью I ≥ 10%: 9.03 (12); 6.89 (12); 5.02 (12); 3.95 (12); 3.79 (17); 3.42 (100); 3.09 (12); 2.79 (30); 2.72 (22); 2.65 (13); 2.43 (12); 2.29 (26); 2.19 (28); 2.14 (14); 2.06 (10); 1.975 (10); 1.912 (12); 1.846 (20); 1.632 (17) (Рис.7).

Рисунок 1. Рентгенограмма образца суспензии на основы гидрометаллургического микроэлемент содержащего вторичного сырье и Центрального Кызылкумского фосфарита

Рисунок 2. Рентгенограмма образца простого суперфосфата

Рисунок 3. Рентгенограмма образца микроэлемент содержащего суперфосфата

Рисунок 4. Рентгенограмма образца простого нитрофоса

Рисунок 5. Рентгенограмма образца микроэлемент содержащего нитрофоса

Рисунок 6. Рентгенограмма образца простого суперфосафата на основы термоконцентрат

Рисунок 7. Рентгенограмма образца микроэлемент содержащащего суперфосафата на основы термоконцентрат

Кривая нагревания образцы №2 характеризуется тремя эндотермическими эффектами при 235, 550 и 690 ºС. Общая потеря массы в диапазоне температур 60-900 ºС по кривой термогравиметрии составляет 6,61%.

На кривой нагревания образца №3 наблюдены четыре эндотермических эффекта при 120, 130, 366, 548 и тринадцать экзотермических эффектов при 170, 230, 325, 382, 419, 442, 463, 470, 490, 500, 595, 655 и 796ºС. По кривой термогравиметрии составляет 36,04%.

Кривая нагревания образцы №4 характеризуется четырьмя эндотермическими эффектами при 58, 152, 185, 580 и тремя экзотермическими эффектами при 240, 345 и 678 ºС. Общая потеря массы в диапазоне температур 60-900ºС по кривой термогравиметрии составляет 57,21%.

На кривой нагревания образца №5 обнаружены шесть эндотермических эффектов при 109, 130, 174, 202, 347, 363 и семь экзотермических эффектов при 225, 325, 435, 470, 482, 509, 643ºС. Общая убыль массы в интервале температур 60-900 ºС по кривой термогравиметрии составляет 11,01%.

На кривой нагревания образца №6 обнаружены три эндотермических эффекта при 158, 278, 360 и два экзотермических эффекта при 600 и 717ºС. Общая потеря массы в интервале температур 60-900ºС по кривой термогравиметрии составляет 12,15%.

На кривой нагревания образца №7 характеризуется семью эндотермических эффектами при 104, 150, 190,265, 340, 530, 740 и двенадцатью экзотермическими эффектами при 220, 305, 320, 380, 396, 418, 440, 460, 473, 488, 580 и 630 ºС. Общая убыль массы в диапазоне температур 60-900 ºС по кривой термогравиметрии составляет 44,21%. 

Рисунок 8. Деривотаграмма образца суспензии на основы гидрометаллургического микроэлемент содержащего вторичного сырье и Центрального Кызылкумского фосфарита

Рисунок 9. Деривотаграммы образцов простого суперфосфата и микроэлементсодержащего суперфосфата

Рисунок 10. Деривотаграммы образцов простого нитрофоса и микроэлементсодержащего нитрофоса

Рисунок 11. Деривотаграммы образцов простого суперфосафата и микроэлементсодержащего суперфосафата на основы термоконцентратa

Заключение. Таким образом, с использованием необогащенных Кызылкумских фосфоритов, термоконцентрат, азотной и серной кислот и микроэлементсодержащего вторичного продукта АГМК можно получить сложный микроэлементсодержащий удобрении.