Разработка технологии получения комплексных удобрений и стимуляторов роста растений на базе бурого угля ангренского месторождения

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время ещё более обострилась мировая продовольственная проблема, обусловленная высокими темпами роста населения, сокращениями таких ресурсов, как пахотно-пригодные земли и запасы пресной воды. В связи с этим одним из основных задач сельскохозяйственной и пищевой промышленности является обеспечение продовольствием население страны. В этой связи особое внимание уделяется производству минеральных удобрений. За годы независимости осуществляются широкомасштабные меры по обеспечению населения качественными пищевыми продуктами, в этом направлении особое внимание уделяется, в том числе: производительности качественных азотных, фосфорных и калийных удобрений; повышении эффективности минеральных удобрений и увеличение количества гумуса в почве, являющегося основой её плородия. Также особое значение имеет применение органических удобрений в сельском хозяйстве, повышение производительности и улучшение физико-химических и мелиоративных состояний почв. В мире особое внимание уделяется важным проводимым целевым исследованиям на повышение качества и эффективного применения минеральных удобрений, в том числе следующим вопросам: нахождение подходящего окислителя и определение оптимальных условий окисления для того, чтобы получить уголь с высоким содержанием гуминовых кислот; определение способа экстракции стимуляторов при воздействии оснований на окисленный уголь; активации окисленного бурого угля и фосфоритов Центральных Кызылкумов путём их совместной механохимической активации и кислотной обработки и разработка метода прессования для гранулулирования; изучение процессов и разработка технологии получения комплексных удобрений из уже окисленного бурого угля путём сочетания с полупродуктами производства концентрированных фосфорсодержащих удобрений, таких, как аммофос и супрефос, фосфогипсом, а также бентонитом. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в постановлении Президента Республики Узбекистан № ПП-1442 от 15 декабря 2010 года «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах», в указе Президента Республики Узбекистан № 4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и постановлений Кабинета Министров Республики Узбекистан № 8 от 22 января 2015 года «О дополнительных мерах по сокращению производственных затрат и снижению себестоимости продукции в промышленности», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии получения органоминеральных удобрений на основе окисленного бурого угля Ангренского месторождения, Кызылкумских фосфоритов, аммофоса, супрефоса, фосфогипса и бентонита. Научная новизна исследования заключается в следующем: определены оптимальные условия окисления рядового бурого угля Ангренского месторождения азотной кислотой с добавкой серной кислоты, которые позволили повысить содержание гуминовых кислот в угле с 4,1% до 61,62% и понизить до минимума (3,49%) потери оксидов азота в газовую фазу; впервые определена кинетика извлечения гуминовых кислот из окисленного бурого угля Ангренского месторождения растворами гидроксидов натрия, калия, аммония и физико-химические свойства гуматов; выявлены возможности получения ОМУ из окисленного бурого угля и фосфоритов ЦК путём их совместной механохимической активации и кислотной обработки и разработан метод прессования для гранулирования тукосмесей; определены оптимальные условия получения новых видов органоминеральных удобрений на базе окисленного бурого угля, полупродуктов производства аммофоса и супрефоса, фосфогипса; разработана технология получения гранулированного углегуминового бентонитового удобрения с высоким содержанием гуминовых кислот. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются: 1. Найден оптимальный режим окисления бурого угля Ангренского месторождения марки БОМСШ (бурый, орех, мелкий, семечка, штыб), содержащего 14,1% влаги, 13,7% золы, 72,2% органических веществ и 4,1% гуминовых кислот на органическую массу, смесью азотной и серной кислот: концентрация азотной кислоты 30%, концентрация серной кислоты в азотнокислотном растворе 5%, температура окисления 40°С, продолжительность 2 часа, соотношение органической части угля к моногидрату азотной кислоты 1 : 2. При осуществлении окисления получен окисленный бурый уголь с содержанием гуминовых кислот 61,62%, причём наблюдались наименьшие (3,49%) потери азота в газовую фазу. В результате окисления Ангренского бурого угля смесью азотной и серной кислот в последнем повышается содержание активных функциональных групп, причем как в самом угле, так и в его гуминовых кислотах. 2. Изучен процесс извлечения гуминовых кислот из окисленного бурого угля в зависимости от вида щелочного экстрагента (гидроксиды натрия и аммония), его концентрации, температуры, продолжительности экстракции и соотношения Ж : Т (экстрагент : уголь). Гидроксид натрия оказался более эффективным по сравнению с гидроксидом аммония. Наибольшее количество гуминовых кислот (70,82%) извлекается из угля 1%-ным раствором гидроксида натрия при 80°С и 30-минутной экстракции. С повышением концентрации гидроксида натрия выход гуминовых кислот падает. С повышением концентрации гидроксида аммония выход гуминовых кислот повышается, но наибольший рост наблюдается в области концентраций от 0,5 до 3%. Повышение температуры от 20 до 80°С, времени экстракции от 3 до 30 мин и соотношения Ж : Т от 8 до 30 приводит к росту выхода гуминовых кислот. Выход гуминовых кислот в случае использования гидроксида аммония 3-х %-ной концентрации при 80°С, Ж : Т = 20 и времени 30 мин составляет 47,53%. Методом упаривания этих растворов при 80°С получены стимуляторы, т.е. растворы гуматов, с концентрацией 5, 7, 10, 12 и 15%. Для полученных растворов гуматов натрия, калия и аммония определены их плотность, вязкость, давление насыщенных паров в широком температурном интервале и температуры кипения при различном атмосферном давлении. 3. Показано, что глубокое диспергирование смесей рядовой фосфоритовой муки, либо пылевидной фракции фосфоритов ЦК с окисленным бурым углем Ангренского месторождения приводит к получению фосфорных органоминеральных удобрений с высоким содержанием усвояемой формы Р2О5 и гуминовых кислот. При исходном весовом соотношении фосфоритовая мука : окисленный уголь, равном 1 : 1, в тукосмеси после диспергирования получается продукт с содержанием РзО^общ. 8,56%, Р2О5усв : РгОзобщ. = 53,15%, азота 1,65%, органических веществ 43,49% и гуминовых кислот 33,39%. Тукосмеси после диспергирования легко гранулируются методом прессования. Оптимальное давление прессования 200-300 МПа. Прочность гранул лежит в пределах 2,1-2,6 МПа. 4. Найден оптимальный технологический режим получения азотно-фосфорно-гуминового удобрения на основе взаимодействия азотносернокислотной угольной пульпы с различными видами фосфоритов ЦК. Получено удобрение, содержащее 8,26% Р2О5общ, 6,45% азота, 22,78% органики, 15,70% гуминовых кислот, 12,15% водорастворимого СаО и в котором отношение РгОзусв. : Р2О5О6Щ. составляет 92,4%. Определены товарные свойства удобрения. Удобрение не слеживается. Даже при высоком содержании влаги оно сохраняет полную рассыпчатость. Высокая гигроскопичность требует затаривания продукта в мешки. Прочность гранул (2,2-2,6 МПа) превышает требования ГОСТа 95.11-77. Предложена принципиальная технологическая схема производства, рассчитаны материальный баланс и экономические показатели производства одной тонны ОМУ и рекомендована в производству. 5. Определены состав и свойства новых ОМУ, получаемых смешением окисленного бурого угля Ангренского месторождения с полупродуктами производства аммофоса и супрефоса. Образующиеся после смешения пульпы в диапазоне 30-80°С остаются в жидкотекучем состоянии и никаких затруднений при дальнейшей их переработке не возникает. При соотношении аммофосная пульпа : влажная густая масса окисленного угля 100 : 20 получено ОМУ, содержащее Р2О5обш. 32,15%, Р2О5усв : Р2О5общ. 99,5%, азота 13,47%, гуминовых кислот 15,74%, органического вещества 20,92% с суммой питательных веществ 61,36% (N + Р2О5 + ГК). При весовом соотношении супрефосная пульпа : влажная густая масса окисленного угля 100 : 20 получено азотно-фосфорно-гуминовое удобрение, содержащее Р2О5О6Щ. 17,86%, N 15,29%, СаО воднорастворимого 0,42%, SO3 воднорастворимой 7,0 %, гуминовых кислот 14,67%, с общей суммой питательных элементов 55,24 %. Полученные удобрения обладают хорошими физико-химическими и товарными свойствами. Гигроскопическая точка удобрений в зависимости от вида используемой фосфатной пульпы и её состава лежит в пределах 62-67% относительной влажности воздуха. 6. Показано, что такой крупнотоннажный отход производства экстракционной фосфорной кислоты, каким является фосфогипс, и который в настоящее время выбрасывается в отвал, можно использовать для производства органоминерального серосодержащего удобрения. Для этого необходимо окислять бурый уголь азотной кислотой в присутствии фосфогипса с последующей аммонизацией продуктов окисления. Наибольшая степень конверсии фосфогипса в гумат кальция и сульфат аммония происходит при весовых отношениях органическая часть угля: моногидрат азотной кислоты: фосфогипс, равных 1 : 1,2 : 0,4 и 1 : 1,6 : 0,4. При первом соотношении удобрение содержит 14,19% азота, 20,70% гуминовых кислот, 32,26% органических веществ, 5,38% водорастворимой SO3 и 2,31% водорастворимого СаО. При втором - 14,89% азота, 22,47% гуминовых кислот, 35,0% органических веществ, 5,17% водорастворимой SO3 и 2,25% водорастворимого СаО. Предложена принципиальная технологическая схема, дан оптимальный технологический режим, рассчитан материальный баланс производства органоминерального серосодержащего удобрения с использованием окисленного бурого угля и фосфогипса. Определена оптовая стоимость одной тонны удобрения. 7. Установлено, что смешение окисленного в оптимальном режиме смесью азотной и серной кислот бурого угля Ангренского месторождения с бентонитом (Азкамарского, Навбахорского либо Лагонского месторождения) представляет собой перспективный приём получения высокоэффективного органоминерального удобрения. При соотношении органическая часть угля : бентонит Азкамарского месторождения 100 : 10 получается углегуминовое бентонитовое удобрение, содержащее 3,14 % азота, 73,20 % органических веществ, 54,92 % гуминовых кислот, с прочностью гранул 2,28 МПа и влажностью 5,2 %, неслёживающееся и сохраняющее рассыпчатость даже при более высокой влажности. 8. Агрохимические и микробиологические исследования эффективности применения органического (окисленный в оптимальном режиме смесью азотной и серной кислот Ангренский бурый уголь с содержанием 61,62 % гуминовых кислот) и органоминерального удобрения (сочетание окисленного угля с фосфоритовой мукой) показали, что оба повышают плодородие почв. Внесение органического и органоминерального удобрения увеличивает численность микроорганизмов агрономически важных групп: аммонификаторов, ассимиляторов минерального азота, олиготрофов, олигонитрофилов, актиномицетов. Активный процесс микробной трансформации углерод- и азотсодержащих соединений, внесенных с органическими и органоминеральными удобрениями, способствует увеличению содержания гумуса в почве на 16,4% (ОМУ-1000 кг/га) и 23,0% (ОУ-1000 кг/га), а также интенсифицирует цепь превращений макроэлементов как почвы, так и внесенных с удобрениями. При внесении углегуминового бентонитового удобрения по 25 кг/га азота в фазах бутонизации и цветения хлопчатника совместно с 50 кг/га азота аммиачной селитры урожай хлопка-сырца составил 40 ц/га, что на 2,3 ц/га больше в сравнении с минеральными удобрениями в эквивалентном количестве (контрольный вариант). 9. Выполнены технико-экономические расчеты производства ОМУ. В зависимости от вида удобрений их оптовая цена составляет от 261061 до 309597 сум без НДС и 313273 до371516 сум с НДС. Низкая себестоимость и высокая агрохимическая эффективность ОМУ определяет целесообразность организации их крупнотоннажного производства.