Разработка технологии получения органоминеральных удобрений и мелиорантов из бурых углей Узбекистана

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире сельское хозяйство является важной отраслью экономики, главным источником продовольствия. Обеспечение агропромышленного комплекса органоминеральными удобрениями и гуминовыми мелиорантами дающих возможность повышения плодородия почв и эффективное использование водно-земельных ресурсов является основным фактором получения из сельскохозяйственных культур высокий и качественный урожай. Поэтому разработка технологии получения эффективных органоминеральных удобрений и гуминовых мелиорантов, необходимых для сельского хозяйства, а также организация их производства является приоритетной задачей. В мире особое внимание уделяется производству удобрений содержащих гумусовые вещества, стимуляторы роста и развитий растений, гуминовых мелиорантов с использованием органических ресурсов, а также их применение в сельском хозяйстве из-за снижения содержания гумусовых веществ в почве. В этом аспекте важной задачей является разработка технологии получения гуминовых удобрений и мелиорантов необходимых для сохранения плодородия почв. При разработке технологии получения гуминовых удобрений и мелиорантов необходимо обосновать ряд соответствующих научных решений, в том числе по следующим направлениям: определение оптимальных технологических параметров окисления бурых углей с низким содержанием гуминовых кислот для более полного превращения органической части угля в гуминовые вещества с использованием различных окислителей; разработка технологии получения высокоэффективных органоминеральных, азотно-гумусовых, фосфорногумусовых удобрений и гуминовых мелиорантов на основе окисленных бурых углей с высоким содержанием гуминовых кислот. На сегодняшний день в результате проведенных научно-исследовательских работ по направлению разработки технологии получения минеральных удобрений, имеющих особое значение для получения высокого урожая из сельскохозяйственных культур предприятиями химической промышленности Республики на основе местных сырьевых ресурсов производится термостабильная аммиачная селитра безопасного для хранения и перевозки, также ряд минеральных удобрений (аммофос, супрефос, PS-Агро, суперфосфат, аммофосфат, фосфорсодержащая аммиачная селитра) предназначенных для внесения под зябь и вегетационный период. В третьем направлении Стратегии действия по дальнейшему развитию Республики Узбекистан отмечены важные задачи «углубление структурных реформ и динамичное развитие сельскохозяйственного производства, дальнейшее укрепление продовольственной безопасности страны». В этом плане имеет огромное значение получение из местных сырьевых ресурсов гуминовых удобрений и мелиорантов повышающих плодородие почв и урожайность растений. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указах Президента Республики Узбекистан № УП-4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы», № УП-4947 от 7 февраля 2017 года «Стратегий действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» и Постановлением Президента Республики Узбекистан № ПП-3236 от 23 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017-2021 годы», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии окисления угля для увеличения в нём содержания гуминовых кислот, получения гуминовых удобрений и мелиорантов почв на основе окисленного угля с высоким содержанием гуминовых кислот, Кызылкумских фосфоритов, растворов аммиачной селитры и карбамида. Научная новизна исследования заключается в следующем: определены оптимальные условия процессов окисления бурого угля Ангренского месторождения азотной кислотой, азотной кислотой в присутствии уксусной кислоты, перекисью водорода в присутствии уксусной кислоты в целях увеличения в нём содержания гуминовых кислот; впервые доказан выход гуминовых кислот (91,96%) в сумме к исходной органической массе угля на основе ступенчатого окисления угля азотной кислотой; обосновано образование кальциевых солей гуминовых кислот при взаимодействии гуминовых кислот окисленного Ангренского угля с нитратом и ортофосфатами кальция, фосфоритами Кызылкумов; разработана технология получения новых видов азот, фосфор и гумус содержащих органоминеральных удобрений; впервые разработана технология получения жидких и твердых азотногумусовых удобрений путем ступенчатого окисления бурого угля; определены оптимальные условия получения фосфорно-гумусовых удобрений путем переработки фосфорнокислотных пульп фосфоритов Кызылкумов с окисленным углем Ангренского месторождения; доказано возможность получения гуминовых мелиорантов, улучшающих структуру почв на основе окисленного угля азотной кислотой и перекисью водорода. Заключение Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются: 1. Определён состав бурого угля Ангренского месторождения, выполнен микроскопический и минералогический анализ. Определены оптимальные условия окисления угля азотной кислотой, азотной кислотой в присутствии уксусной кислоты, перекисью водорода в присутствии уксусной кислоты. Выявлено, что при оптимальных условиях окисления угля азотной кислотой количество гуминовых кислот увеличивается с 4,1% в исходном угле до 57,2% в продуктах окисления, а окисление угля азотной кислотой в присутствии уксусной кислоты, т.е. при концентрации HNO3 30%, уголь : HNO3MHr. : СН3СООН =1:2: 0,2, температуре 40°С и времени окисления 2 ч содержание гуминовых кислот в окисленном угле достигает 66,1%, также можно повысить содержание гуминовых кислот в угле с 4,1% до 64,17% если проводить окисление 35 %-ной Н2О2 с добавкой 60 %-ной уксусной кислоты при 40°С в течении одного часа и массовом соотношении уголь : Н2О2: СН3СООН = 1 : 0,35 : 0,1. 2. Определён элементный состав исходных и окисленных углей, выделенных из них гуминовых кислот и остаточных углей, а также определено содержание функциональных групп в этих продуктах. Установлено, что в результате окисления угля азотной кислотой и другими окислителями в последнем повышается содержание азота, кислорода и активных функциональных групп, причем как в самом окисленном угле, так и в его гуминовых кислотах. 3. Проведено графостатическое и ИК-спектроскопическое исследования продуктов окисления Ангренского бурого угля азотной кислотой. Показано, что окислительная деструкция молекулы угля приводит к образованию по месту разрыва связей активных функциональных групп и при обработке угля азотной кислотой идут процессы окисления, дегидрогенизации и карбоксилирования. 4. Определено взаимодействие гуминовых кислот окисленного Ангренского бурого угля с нитратом кальция, моно-, ди- и трикальцийортофосфатами кальция, а также с фосфоритами Центральных Кызылкумов. 5. Исследован процесс получения азотно-гумусовых удобрений путем ступенчатого окисления бурого угля азотной кислотой. При двухступенчатом окислении угля азотной кислотой основная часть органического вещества угля превращается в гуминовые кислоты с выходом 91,96%. Выделенный после первой ступени окисления гумат аммония использован в качестве добавки к жидкому азотному удобрению КАС. Путем смешения остаточного угля после окисления с карбамидом получены твердые азотно-гумусовые удобрения. На основе проведенных опытов разработана принципиальная технологическая схема, определены оптимальные параметры и рассчитан материальный баланс получения жидких и твердых азотно-гумусовых удобрений. Проведены ИК-спектроскопические исследования исходного карбамида, окисленного угля и азотногумусового удобрения, на основании проведенных исследований выявлено, что в процессе получения азотногумусовых удобрений на основе карбамида и окисленного угля происходит взаимодействие между гуминовыми кислотами и карбамидом, в результате которого образуются комплексные соединения. 6. Исследованы процессы получения фосфорно-гумусовых удобрений путем смешения фосфорнокислотных пульп Кызылкумских фосфоритов с продуктом окисления бурого угля азотной кислотой. В результате показана возможность получения фосфорно-гумусовых удобрений характеризующаяся следующими составами, (вес. %): РгС^общ. - 16,96-32,36; РгОбусв. по лимонной кислоте - 11,90-28,97; Р2О5водн - 8,82-25,24; азот - 4,25-4,56; СаОусв - 5,15-8,37; гумусовые вещества - 14,34-25,54. 7. В результате иследований процессов получения азотно-фосфорно-гуминовых удобрений путем окисления Ангренского бурого угля азотной кислотой и последующим разложением фосфоритов Центральных Кызылкумов с использованием азотнокислотно-угольной пульпы показана возможность получения органоминеральных удобрений следующего состава (вес.%): РгОзобщ. 9,41; Р2О5усв по лимонной кислоте 7,71; Р2О5усв по тр. Б 4,78; СаОводн. 11,27; N 7,75; органическое вещество 23,62. 8. Получены высокомолекулярные гуминовые мелиоранты улучшающие физические свойства почв на основе окисленных углей азотной кислотой и перекисью водорода, содержащего гуминовые вещества с добавкой негашёной извести. 9. Определены товарные свойства полученных гуминовых удобрений. На основе проведенных исследований описаны технологическая схема, оптимальный режим и материальный баланс производства гуминовых удобрений. Опытные испытания технологии получения жидких и твердых азотно-гумусовых удобрений на основе бурого угля Ангренского месторождения проведены на АО «Farg’onaazot», технология получения азотно-фосфорно-гумусовых удобрений проведены на АО «Аммофос-Максам» с выпуском опытных партий новых видов гуминовых удобрений. Технология окисления бурого угля Ангренского месторождения азотной кислотой и получения на основе окисленного бурого угля жидких и твердых гуминовых удобрений внедряется на АО «Farg’onaazot». 10. Агрохимические испытания гуминовых удобрений на основе Ангренского бурого угля и Кызылкумских фосфоритов на хлопчатнике и пшенице показали, что по сравнению с контрольным вариантом прибавка урожая составляет 4,1 и 9,4 ц/га соответственно. Применение данного удобрения под огурец повысило урожайность на 17,9 %, под томаты на 13,4 %, под картофель на 10,3 %, а под капусту на 23,6 %. 11. Рассчитаны технико-экономические показатели производства гуминсодержащих удобрений. Оптовая цена одной тонны органоминерального удобрения составляет 403000 и 483000 сум, жидкого азотно-гумусового 418000 и 502000 сум, твердого азотно-гумусового 452000 и 542000 сум, фосфорно-гумусового 606000 и 728000 сум, соответственно без НДС и с НДС.