Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области. Монография
.pdf
4.6. Перспективные методы получения мелиорантов из
отходов производств
4.6.1. Использование кальцийсодержащей пыли в каче-
стве мелиорантов
Как указывалось выше, урожайность практически всех сельскохозяйственных культур зависит от содержания в почве необходимого для роста растений кальция, восполнения выноса культурами которого производится внесением в почву при ее обработке
извести. Однако в
почвы вносить известь или пыль, получаемую
при прокаливании кальцийсодержащего сырья, неэкономично изза высокой их стоимости. В связи с этим наиболее экономично использовать для мелиорации почв кальцийсодержащие отходы промышленного производства и природных мелиорантов из местных
источников, к которым, в первую очередь, относятся отработанная
мраморная пыль, отходы добычи и обработки
известняка и доломита. Это те виды отходов промышленного производства, объёмы
которых на Южном Урале постоянно возрастают и пока должного
применения в промышленности не находят [34].
На предприятиях Челябинской области в громадных количествах образуется и не находит широкого промышленного применения кальцийсодержащие отходы, химический состав которых
приведен ниже в табл. 4.6.
Таблица 4.6
Наименование
отхода
Шлак
феррохрома
Доломитовая
пыль
Магнезитовая
пыль
Известковая
пыль
Мартеновский
шлак
Химический состав отходов, применяемых для изготовления мелиорантов, %
В феррохромовом шлаке содержится 3,6%Сч 2 O3.
СаО МgO SiO
46-56 0,3 26-30 6-7 0,1-1,9 1-2 -
40-50 20-30 0,1-0,7 0,2-0,5 0,2-0,5 0,24 -
28-31 17-19 0,6-1,2 3,5-4,7 0,6-1,8 - 0.8
45-50 1-5 6,1-7,0 3,8-4,5 - - 0,2-0,4
36-38 3-4 18-34 4-10 37-45 17-20 -
131
Al2 O3Fe2 O
2
FeO R2 O
3
Как видно из данных таблицы, одним из отходов производств, содержащих до 56% оксида кальция, является низкоуглеродистый феррохромовый шлак. Такой шлак вполне пригоден
и использовался для мелиорации почв.
Подтверждением пригодности такого состава шлаков в качестве мелиоранта являются
результаты исследования
ОАО «Уральский институт металлов»
и ОАО «Нижнетагильский металлургический комбинат». Там
разработали состав мелиоранта для известкования кислых почв.
Одним из его компонентов является мартеновский шлак комбината, содержащий оксиды кальция, магния, фосфора, ряд микроэлементов. Для повышения мелиоративной эффективности действия шлака в него введены определённые добавки. Мелиорант
является экологически чистым, содержание
вредных и тяжёлых
металлов существенно ниже предельно допустимых концентраций. Высокое содержание ведущих компонентов (СаО + MgO ) и
растворимость характеризовали его как хороший мелиорант [34].
Что касается кислых почв с низким содержанием кальция и
магния, то целесообразнее использовать глаукониты с добавлением к ним кальцийсодержащих отходов, количество и объёмы
внесения которых зависят от
степени кислотности почв.
Известно, что удобрения на кислых почвах часто не дают повышения урожая, особенно у культур, чувствительных к кислотности: пшеницы, свеклы, кукурузы, зернобобовых и овощных.
Известкование же в значительной степени повышает урожайность многих культур. Однако, как указывалось выше, применение извести для этой цели неэкономично.
4.6.2. Повышение содержания оксида кальция
в пыли, по-
лучаемой при добыче карбонатов кальция
Все указанные в табл. 4.6 пыли после специальной обработке могут применяться как мелиорант и пополнять в почвах кальций, вынесенный сельскохозяйственными культурами. При добыче и обогащении кальцийсодержащего сырья (кальцита, мела,
мрамора) образуется громадное количество пыли, которая пока
не находит широкого применения и
накапливается на месте добычи. Так, например, при добыче известняка в карьерах Коркино, Катав-Иваново в отвалах накоплено 5 и 14 млн т отходов
пыли известняка соответственно [34], а также в карьерах райо-
132
на Чебаркуля. Такие пыли после термообработки разлагаются
с получением оксида кальция и углекислого газа и могут более
эффективно использоваться как мелиоранты, так как известкование в значительной степени повышает урожайность многих
культур.
В промышленных условиях пока нет эффективного метода термообработки такой пыли в основном из-за отсутствия экономичных технологий
и особенно оборудования. В связи с этим предлагается эффективная технология термической обработки мраморной
и кальцитовой пыли при температуре 700–900
0
С в печах кипящего
слоя, технологическая схема которой приведена на рис. 4.4.
Рис. 4.4. Технологическая схемы термической обработки пыли
мрамора (кальцита): 1 – бункер пыли; 2 – загрузочный шнек с подачей
углекислого газа; 3 – печь кипящего слоя; 4 – топка с подачей
природного газа и кислорода; 5 – циклон, 6 – рукавный фильтр;
7 – газодувка; 8 – газгольдер; 9 – компрессор; 10 – баллоны с
углекислым газом; 11 – выгрузный шнек; 12 – бункер готовой
продукции
Для обеспечения эффективной прокалки отходной пыли она
распыляется при подаче в печь кипящего слоя углекислым
газом, подаваемым в шнек (1). После печи прокаленная пыль подается в циклон, где отделяются от нее более крупные частицы.
Тонкодисперсная пыль газовым потоком подается на рукавный
фильтр (6), на котором она отделяется и передается в бункер
133
го-
товой продукции (12), а очищенный углекислый газ подается газодувкой (7) в газгольдер (8), откуда он компрессором (9) затаривается в баллоны (10). Основная часть прокаленной пыли по мере
накопления в приемнике печи шнеком (11) выводится в бункер
готовой продукции (12). В связи с тем, что обогрев печи ведется
природным газом с подачей кислорода, получаемый после очистки
углекислый газ высокой концентрации, что позволяет его использовать в баллонах для оргсинтеза, производства мочевины и
других продуктов.
Таким образом, используя указанные отходы, возможно решить вопрос обеспечения высокоэффективными мелиорантами
сельскохозяйственные предприятия области.
4.6.3. Перспективный метод получения оксидов кальция
и магния из пыли доломита
Доломит представляет собой кристаллическую горную породу, сложенную из минералов того же состава. Он состоит из
карбонатов магния и кальция и при нормальных условиях в нем
практически отсутствуют оксиды магния и кальция. Химический
состав доломитов приведен в табл. 4.7 [149] .
Таблица 4.7. Химический
Месторождение Si O2Аl2O3/ Fe2O
Алексеевское
(Казахстан)
Билимбаевское
(Ура л )
Стыльское
(Украина)
0,1-0,2 0,55 30,5-30,6 20,9-22,2 1,110
0,68 0,74 31,1 20,2 1,54
0,2-
0,4-1,95 30,8-31,0 19,9-21,2 1,51
0,37
состав доломитов, %
СаО МgO СаО/ МgО
3
В Челябинской области находится крупное Юрюзанское месторождение доломита, расположенное на северо-восточной окраине г. Юрюзань площадью 3,8 га. Месторождение разведано шестью
скважинами и вскрыто карьером на площади 4 га глубиной 2–6 м.
Месторождение сложено карбонатными породами миньярской свиты верхнего протерозоя, залегающими в ядре лемезин-
134
ской синклинали. Карбонатная толща месторождения сложена
доломитами. Доломиты имеют цвет от светло-серого и серого (на
западе) до тёмно-серого и чёрного (в центральной и восточной
частях площади).
Порода месторождения участками окремнена (особенно
тёмно-серые и чёрные доломиты). Окремнение проявляется в
виде согласных слоистостей линз и прослоев кремния тёмно-серого
, сиреневатого цвета мощностью 5–10 см (редко до 30 см).
Фондом геологической информации был предоставлен следующий химический анализ состава щебня: MgCO3-39,7–42,5%;
CaCO3- 48,97–53,44%; SiO2- 3,60 -10,04%; R2O3 – 0,44–0,52%.
В доломите при нормальных условиях практически отсутствуют оксиды магния и кальция. При прокаливании доломита при
температуре 1100 °С химический состав одной из проб составляет:
CaO-56%, MgO-36%, SiO2 – 1,9%, R2O3 – 2,68%. При прокаливании при температуре 700–750 °С разлагается
только магнезит
(MgCO3), переходя в МgО. В связи с этим в зависимости от температуры прокаливания доломита возможно получать различные
продукты, находящие применение в народном хозяйстве.
Сырой металлургический доломит получают измельчением и классификацией природного доломита. По химическому составу доломит подразделяют на два класса, содержащие соответственно 19 и 17 % Мg
О и 3,5 и 5,0% SiO2 .
Природный доломит обжигают по сухому способу во вращающихся печах при температуре 1800 ºС или в шахтных печах
при температуре 2000 ºС с добавкой 2–3% окалины (для снижения спекания доломита и предотвращения гидратации).
Доломит при нагревании разлагается по реакциям (6, 7) [224]:
n[MgCa(CO
МgCO
]→(n-1)MgO+MgCO
3)2
nCaCO3↔MgO+nCaO+(n+1)CO2. (7)
3·
nCaCO3 +(n -1)CO2 ; (6 )
3·
Первая реакция необратима и происходит при температуре
700–750 ºС, вторая обратимая и протекает при 900–950 ºС. Про-
каливанием доломита при температуре 1100 °С получается смесь
оксидов, содержащая, %: CaO –56; MgO –36; SiO
2,68. При температуре 700–750 °С разлагается только MgCO
образованием МgО и СО
. Обожженный доломит применяют
2
135
– 1,9; RO2 –
2
3
с
для производства смолодоломитовых изделий. Для недопущения
гидратации доломит хранят в бункерах, обогреваемых горячим
углекислым газом. В связи с этим в зависимости от температуры
прокаливания доломита возможно получать при его обжиге различные продукты, находящие применение в народном хозяйстве.
Доломиты используются в качестве сырья для производства следующих промышленных продуктов: цемента, огнеупо
-
ров различного состава и щебеня, в т.ч. кубовидный (основное
направление). Однако использование доломита для получения
щебня нерационально, его наиболее экономично использовать
как сырье для изготовления магнезиальных полов, стяжек, магнезитобетона (легкий бетон, стекло-магниевый лист) штукатурочных растворов, огнеупорных блоков (смоло-доломитовые,
периклазо-известковые и т.д.), каменного литья
, гипса и на его
основе гипсовых изделий.
В сельском хозяйстве доломит применяют для минеральной
подкормки как низкого качества удобрения и мелиоранты. Особенно перспективен рынок стекломагниевого листа (СМЛ), производство которого быстрыми темпами развивается в Европе и в
Китае, а в России пока такой лист не производится. Кроме того,
горькая
соль и бишофит, получаемые с использованием доломита, широко применяются для производства строительных и огнеупорных материалов и изделий; доломитовая мука используется
в производстве стекла и т.д.
При прокаливании доломита при температуре 1400–1600 °С
получается обожженный доломит, который используется для
производства смолодоломитовых огнеупоров, применяемых при
кладке конверторов. Обожженный доломит быстро набирает
углекислый газ, поэтому срок хранения такого доломита не может быть более 2–3 суток. В связи с этим организация производства такого огнеупорного доломита более всего целесообразна на
территории металлургического предприятия, имеющего конверторные цеха, как, например, ММК, ЧМК и другие [149].
Учитывая изложенное, предлагается для получения оксидов
кальция и магния применять образующуюся
при добыче и обогащении доломита тонкодисперсную пыль, подвергая ее термообработке в печах кипящего слоя, используя приведенное оборудование в технологической схеме 4.5 [35].
136
Рис. 4.5. Технологическая схема термообработки пыли доломита:
1 – бункер сырья; 2 и 3а – шнеки подачи пыли в печь кипящего слоя;
3 и 3а – печи кипящего слоя ; 4 и 4а – вентиляторы подачи кислорода
в топки; 5 и 5а – топки для сжигания газа; 6 и 6а – шнеки вывода пыли
из печей; 7 и 7а – воздушные сепараторы; 8 – вентилятор горячего
дутья; 8 –
11 и 11а – бункера оксида магния; 12 – бункер оксида кальция;
газгольдер для углекислого газа; 9 – ковшовый транспортер;
10 – бункер смеси оксида магния и карбоната кальция;
13 – газгольдер углекислого газа; 14 – компрессор;
15 – газораспределительная станция
Процесс термической обработки доломитовой пыли ведут в
первой печи при температуре 700–750 ºС, а во второй печи при
температуре 900–950 ºС. Полученная при термообработке в первой печи смесь оксида магния и карбоната кальция, имеющие
удельный весь соответственно равный 2,7 кг/м
3
и 3,6 кг/м3, разде-
ляется в сепараторе (7) [22]. Оксид магния собирается в бункере
(11), а карбонат кальция с примесью оксида магния шнеком (2а)
подается во вторую печь, где прокаливается и далее подается в
сепаратор (7а), в котором от оксида кальция отделяется примесь
оксида магния. Углекислый газ после сепаратора вентилятором
направляется в газгольдер и далее потребителям
137
.
Глава 5
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЕЛЬ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
5.1. Рациональное использование черноземов – залог
сохранения их плодородия
Черноземные почвы области обладают высоким потенциальным плодородием, но их эффективное плодородие зависит
от тепло- и влагообеспеченности, биологической активности.
Черноземы лесостепи характеризуются лучшей влагообеспеченностью по сравнению со степными черноземами, что приводит к
их более высокой продуктивности
. Уровень эффективного плодородия степных черноземов снижается из-за ухудшения условий влагообеспеченности, снижения биологической активности,
проявления периодических засух.
Для сохранения эффективного плодородия черноземных
почв очень важно накопление в них влаги и ее рациональное использование, особенно в районах распространения обыкновенных и южных черноземов. В связи с этим рекомендуется
применение агротехнических мероприятий: ранняя глубокая зябь,
прикатывание, осеннее бороздование и щелевание полей для поглощения талых вод, а также применения мелиорации [22, 78].
Перспективным приемом повышения продуктивности черноземов особенно в южных районах области является орошение.
Но орошение должно быть строго регулируемым, сопровождаться тщательным контролем над изменением свойств черноземов
[162]. Чем
больше мощность гумусовых горизонтов и запасы
гумуса, тем богаче черноземы общими запасами элементов питания, тем благоприятнее водный режим. Поэтому в черноземах
наблюдается прямая корреляция между урожаем сельскохозяйственных культур и мощностью гумусового слоя, запасами гумуса. Чтобы стабилизировать и повысить содержание гумуса в
черноземах, необходимо, прежде всего, остановить эрозию вне
-
дрением комплекса почвозащитных мероприятий.
Как указывалось ранее, одним из главных показателей, влияющих на плодородие почв, является содержание в ней гумуса и
питательных веществ. Количество гумуса в почвах поддерживается внесением в них органических удобрений (навоза, помета,
138
компостов). Содержание питательных веществ (азота, калия и
фосфора) и кальция, как указывалось выше, зависят от количества вносимых удобрений и мелиорантов, а также от вида применяемых сельскохозяйственных культур [36, 150].
Кроме того, должно быть не только повышение качества и
количества применяемых удобрений и мелиорантов, но и устранения применения устаревшей техники для
их внесения в почвы, использование которой приводит к значительным потерям
их при обработке земель.
Значительное влияние на снижение плодородия почв оказывают нитраты, тяжелые металлы, фтор и радионуклиды. В связи
с этим в почвы должны вноситься постоянно также реагенты
для нейтрализации влияния указанных веществ на состояние
почв. Кроме того,
в почвы должны постоянно вноситься удобрения и кальций в количестве, равном их уносу выращиваемыми культурами, а также пестициды для уничтожения сорняков и
насекомых. При опрыскивании пестицидами растений авиацией
необходимо максимально снизить их разнос за пределы обрабатываемых участков.
Для снижения влияния на состояние почвенного раствора
тяжелых металлов и радионуклидов
необходимо в почвы вносить
различного состава сорбенты, обладающие избирательной способностью поглощения катионов, такие как глауконит, а также
отходы алюмосиликатов с добавкой отходов кальцийсодержащей пыли.
Одним из важных вопросов по предотвращению деградации
почвенного покрова является также защита почв от эрозионных
процессов. Для этих целей разрабатываются конкретные мероприятия межзонального
и зонального комплексов, при разработке которых должно уделяться основное внимание причинам развития
эрозии, самой эрозии и последствиям ее допущения [79, 129].
Создание лесомелиоративных полос применительно к конкретным местным условиям, а также гидротехнических мероприятий для защиты оврагов, берегов рек и озер, оползней и т.д.
В межзональных и зональных комплексах предусматривать
выполнение изложенных ниже в табл. 5.1 мероприятий и противоэрозионных приемов защиты почв [3].
139
и пруды
водоотводящие
Сложные водосбросные
соружения
Коренное и поверхностное
улучшение естественных
кормовых угодий
Земляные
валы. Валы плотин
Канавы с валами или с
лесными полосами
Канавы с валами или с
лесными полосами
Распылители стока, водо-
отводные борозды
размытых присетевых
Коренная мелиора-ция
мытых присетевых земель
Коренная мелиорация раз-
Коренная мелио-рация
гидрогра-фического фона
Таблица 5.1. Основные мероприятия и приемы противоэрозионных комплексов
Лесомелиоративные Агротехнические Лугомелиоративные Гидротехнические
Вспашка поперек или по
Лесополосы: полезащитные,
ний поперек склона
контуру и посев расте-
стокорегулирующие, приов-
Безотвальная и плоско-
резная обработка на
ражные, придорожные
Лесные насаждения в гидро-
графической сети, вокруг
Вспашка поперек склона
разную глубину
прудов, водоемов и др.
с почвоуглублением
Прерывистое боронова-
ние, рыхление
Безотвальная обработка
140
почвы
Окучивание Напашные валы
Щелевание Валы-террасы
Применение удобрений Донные запруды
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]