фосфогипс что это такое
Фосфогипс
Химический состав фосфогипса в основном определяется качеством используемого фосфатного сырья, а также способом производства продукции.
Необходимо отметить, что фосфогипс, наряду с основным действующим веществом, содержит различные токсичные элементы-примеси, такие как фтор, мышьяк, стронций, уран, тяжелые металлы и др.
Органические примеси при сравнительно низком их содержании могут существенно изменять свойства фосфогипса как промышленного сырья, замедлять схватывание и твердение вяжущих на их основе, отрицательно влиять на прочность искусственного камня. Кроме того, состав и количество примесей в фосфогипсе заметно колеблются, что отражается на его физико-химических свойствах и затрудняет его использование.
Если подвести итог, то несмотря на присутствии в названии материала слово «гипс», он может иметь только отдаленные свойства гипса. Причем в разных отходах могут быть различные примеси, что так же мешает его стандартизации. Я бы не стал его использовать в частном строительстве хотя бы из экологических соображений.
Несмотря на это Фосфогипс нашел своё применение.
Использование фосфогипса в аграрной промышленности
В аграрной промышленности используется для гипсования почв. Этот процесс называют химической мелиорацией и проводят его с целью снизить щелочность почвы, повысить плодородность.
Как раз сниженные вяжущие качества и позволяют использовать его в грунте не создавая непроницаемых пленок.
Фосфогипс эффективно используют на почвах с высоким содержанием натрия для снижения клейкости и предотвращения создания водонепроницаемой корки. В составе фосфогипса присутствует кальций, который вытесняет натрий из грунта и способствует нормализации водопроницаемости.
Фосфогипс вносят в почву как удобрение один раз в несколько лет в большом количестве. В его составе присутствуют кальций и сера, что увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур. К тому же перед внесением в почву он не требует очистки, так как фосфор, который в нем содержится, усваивается растениями.
Двуводный гипс смешивают с известняковой мукой для большей сыпучести для удобства в применении и хранении.
Применение двуводного гипса в строительстве
Из фосфогипс при качественной промывке и обработке можно получить высококачественный гипс. Также его можно использовать для строительства дорог.
На основе химических анализов конкретного фосфогипса подбирают необходимые наполнители, которые нейтрализуют примеси снижающие свойства гипса и уже из полученной смеси делают перегородочные блоки и плиты, кирпичи, гипсокартонные листы, акустические и декоративные плиты.
Строительство дорог также показало себя с положительной стороны, были проведены экспериментальные работы и подтверждено отсутствие загрязнения окружающей среды в районе фосфогипсовой дороги как с асфальтовым покрытием, так и без него.
10 января 2017 г. В Федеральном дорожном агентстве (ФДА «Росавтодор») Министерства транспорта Российской Федерации был согласован Стандарт организации «Рекомендации по устройству расчётных слоев дорожных одежд из фосфогипса дорожного». Этот документ позволит широко применять в строительстве и ремонте дорог гипс технический (фосфогипс) производства Балаковского филиала АО «Апатит». Работу над стандартом начали ещё в июле 2015 года.
Стандарт организации позволяет широко применять технический гипс при строительстве дорог 1-5 категории и устанавливает, что эта технология не только безопасна, но и эффективна, поскольку на 30% снижает стоимость километра дороги. Ещё во времена СССР технический гипс (фосфогипс) успешно применяли в дорожном строительстве. Теперь с принятием Стандарта эта практика должна возродиться.
Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно справочный и ознакомительный характер и не могут считаться прямой инструкцией к применению. Каждая ситуация является индивидуальной и требует своих расчетов, после которых нужно выбирать нужные технологии.
Не принимайте необдуманных решений. Имейте ввиду, что то что сработало у других, в ваших условиях может не сработать.
Администрация сайта и авторы статей не несут ответственности за любые убытки и последствия, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.
Сайт может содержать контент, запрещенный для просмотра лицам до 18 лет.
Фосфогипс, состав, свойства и применение
Фосфогипс, состав, свойства и применение.
Фосфогипс получают как побочный продукт (как отходы) при производстве фосфорной кислоты и фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он применяется в сельском хозяйстве как мелиорант и удобрение, а также при производстве строительных материалов и изделий.
Фосфогипс, свойства, состав и формула:
Фосфогипс – удобрение, используемое для гипсования почв.
Химический состав фосфогипса в пересчете на окислы следующий: CaO – 30-42 %; SO 3 – 44-52 %; P 2 O 5 – 1-2 %; F – 0,1-1 %; Al 2 O 3 – 0,3-5 %; Fe 2 O 3 – 0,2-2 %; SiO 2 – 0,3-10 %; H 2 O – 25-40 %.
Фосфогипс может существовать в трех видах: в виде ангидрита ( CaSO 4 ), полугидрата (CaSO 4 ·0,5H 2 O) или дигидрата ( CaSO 4 ·2 H 2 O) в зависимости от концентрации P2O5 и температуры. Фосфогипс получают как побочный продукт (как отходы) при производстве фосфорной кислоты и фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Как правило, предприятия занимающиеся производством фосфорных удобрений и фосфорной кислоты выпускают дигидрат или полугидрат фосфогипса в виде влажного порошка, содержащего 25 – 40 % воды. Дигидрат и полугидрат фосфогипса обычно вывозятся в отвалы и нередко смешиваются друг с другом.
В настоящее время в России в отвалах промышленных предприятиях и химических заводов накопилось порядка 320 миллионов тонн фосфогипса, что приводит к загрязнению окружающей среды, занимает сотни гектаров пахотных земель; для его хранения и транспортирования в отвалы требуются большие материальные и трудовые затраты.
Дигидрат фосфогипса не обладает какими-либо вяжущими свойствами, в отвалах постепенно теряет воду, превращаясь в сухой белый порошок.
Полугидрат фосфогипса (фосфогипс-полугидрат сульфата кальция), отфильтрованный от фосфорной кислоты, охлаждаясь с 90 – 105 °С до температуры окружающей среды, постепенно переходит в дигидрат, кристаллизуясь и превращаясь в гипсовый камень. Длительность этого перехода зависит от температуры окружающей среды и количества оставшейся в фосфогипсе фосфорной кислоты и может достигать нескольких часов или суток.
И только лишь свежий фосфогипс-полугидрат сульфата кальция обладает вяжущими свойствами и может быть использован для устройства конструктивных слоев дорожных оснований. Причем свежим называется только полугидрат фосфогипса, имеющий возраст до 3 сут с момента выпуска. Полугидрат фосфогипса, пролежавший более 3 суток, теряет свою прочность на 40 – 50 %.
Применение и использование фосфогипса в сельском хозяйстве:
Основное применение фосфогипса – это использование его в качестве удобрения и мелиоранта в сельском хозяйстве для гипсования солонцовых (засоленных) почв. Засоление почв типично для орошаемых земель, а также районов с засушливым климатом. Общая площадь засоленных земель в России в настоящее время составляет порядка 35-40 миллионов гектар или около 20 % площади сельхозугодий. Площадь пахотных засоленных земель составляет 10 миллионов гектар.
Разовое внесение дозы фосфогипса обеспечивает прирост урожайности пшеницы порядка 15 центнеров на 1 гектар (за все время действия).
Применение и использование фосфогипса в строительстве и дорожном строительстве:
Однако для устройства конструктивных слоев дорожных оснований подходит только свежий (возрастом до 3-х суток) фосфогипс-полугидрат сульфата кальция ( CaSO 4 ·0,5H 2 O), называемый дорожным фосфогипсом.
Дороги, построенные с помощью полугидрата фосфогипса, отличаются низкой себестоимостью (на 30 % ниже стоимости традиционных дорог), надежностью и долговечностью. Фосфогипс-полугидрат сульфата кальция, как материал для строительства дорог, является экологически чистым и безопасным как во время производства, строительства, так и при нахождении в грунте. Устроенное с соблюдением технологии дорожное покрытие не пылит. Фосфогипс, используемый в строительстве дорог, в окружающей среде не трансформируется. Он не выделяет газы, вредные для озонового слоя Земли. У него не происходит химических изменений или реакций в земле, самовозгорания или образования токсичных веществ. Полугидрат фосфогипса является малоопасным веществом, относится к пятому классу опасности по ГОСТ 12.1.007.
В России действует Стандарт организации СТО 24406528-01-2016 “Рекомендации по устройству расчетных слоев дорожных одежд из фосфогипса дорожного”. Стандарт организации позволяет широко применять дорожный фосфогипс ( CaSO 4 ·0,5H 2 O ) при строительстве дорог 1-5 категории. Ранее в СССР действовали Методические рекомендации по устройству оснований дорожных одежд с использованием свежего фосфополугидрата сульфата кальция (утверждены Союздорнии и о добрены Главдорстроем письмом № 5603/89 от 19.02.87).
Фосфогипс – побочный продукт химической промышленности. Нет плохих отходов – есть несовершенная технология.
Применение побочных продуктов и отходов химического производства минеральных удобрений тесно связано с проблемой рационального и экологически безопасного использования природных ресурсов. В настоящее время в Беларуси имеются значительные запасы фосфогипса, которые продолжают увеличиваться. В процессе производственной деятельности Гомельского химического завода (рисунок) ежегодно образуется 650-800 тыс. т твердых производственных отходов, большая часть которых представлена фосфогипсом. За 50-летний период деятельности завода накоплено около 20 млн. т фосфогипса, который складируются в отвалах на территории завода и в таком количестве являются источником загрязнения грунтов, поверхностных и подземных вод (Шершнев О.В., 2016).
Мировая практика применения фосфогипса показала, что это высокоэффективный и экологически безопасный прием химической мелиорации (Шильников И.А., Аканова Н.И., 2013). Используемые технологические схемы внесения фосфогипса на солонцовых почвах способствуют их рассолонцеванию и расщелачиванию, а использование на деградированных почвах и рисовых системах ведет к повышению запасов подвижных форм фосфора (Бекбаев Р., 2017; Калиниченко В.П., 2017). При внесении 1 т/га фосфогипса нейтрализованного в качестве сложнокомпонентного органо-минерального удобрения в почву поступает (кг): Са – 265, S – 215, P2O5 – 20 и SiO2 – 9,8 (Шеуджен А.Х., Бондарева Т.Н., 2015). При этом установлено его заметное влияние на физико-химические свойства почв, уровень рН верхнего слоя почвы и его химический состав, на трансформацию органического вещества и развитие фаунистического сообщества. С внесением мелиоранта, улучшается, прежде всего, водно-воздушный режим, уменьшается плотность почвы, увеличивается количество доступных питательных веществ. Отмечено повышение аэрации, порозности, инфильтрации почв, возрастает доля кислорода и масса кремнийсодержащих веществ, обладающих мощной потенциальной способностью коагулировать с минеральными и органическими соединениями почвы. При внесении фосфогипса в почву усиливается её поглотительная способность, улучшается пористость (Белюченко И.С., Муравьев Е.И., 2009), уменьшается степень супердисперсности тонкой фракции почвы. (Белюченко И.С., Антоненко Д.А., 2015). Фосфогипс снижает кислотность глубоких слоев почвы и увеличивает скорость впитывания воды почвой на 30-35%, что улучшает водоснабжение растений (Кизинек С.В., Локтионов М.Ю., 2013).
Фосфогипс является многокомпонентным минеральным удобрением, поскольку кроме макроэлементов (фосфор, кальций, сера) содержит около 1,5% микроэлементов. При внесении 4-5 т/га почвы запасы фосфора возрастают на 1,5-1,8 мг/10г почвы, что соответствует внесению 500-600 кг/га суперфосфата. Фосфогипс оказывает влияние на количественный и качественный состав гумуса: в пахотном слое почвы увеличивается доля гуминовых кислот, а также содержание гуминовых кислот, связанных с кальцием (Кизинек С.В., Локтионов М.Ю., 2013). Отмечена пролонгированнасть действия фосфогипса. В 3-х летних опытах установлено увеличение органического вещества в почве на 0,11% (Добрыднев Е.П., Локтионов М.Ю., 2013).
В условиях внесения фосфогипса увеличивается численность микроорганизмов, использующих органические формы азота (на 9,7%), ассимилирующих минеральный азот (на 7,8%), актиномицетов (на 10,7%), целлюлозоразрушающих микроорганизмов рода Pseudomonas (на 16,3%), колоний азотобактера (на 8,4%) (Петух Ю.Ю., Гукалов В.В., 2009). Повышение концентрации Р2О5 в верхнем слое почвы за счет внесения фофогипса способствует усилению ферментативной активности почвы, в частности увеличивается численность микроскопических грибов. Кроме того, установлено, увеличение в 1,5-6 раз количества ценных для почвообразования представителей почвенной мезофауны: малощетинковых червей, муравьёв, кивсяков и энхитреид. Возрастает также численность двупарноногих многоножек, что объясняется увеличением содержания кальция в почве (Пономарева Ю.В., Белюченко И.С., 2005).
Необходимо отметить экологические аспекты использования фосфогипса. Хотя недостатком фосфогипсов считается наличие в их составе тяжелых металлов и радионуклидов, установлено, что при его внесении в почве образуются малорастворимые соединения с тяжелыми элементами (Белюченко И.С. и др., 2008), при этом содержание в почве тяжелых металлов, внесенных с фосфогипсом, остается в пределах значений ПДК (Kolesnikov S.I. et al., 2013, Кизинек С.В., Локтионов М.Ю., 2013, Юркова Р.Е., 2012).
Апатитовое сырье, из которого получают фосфогипс, в европейско-азиатской зоне считается самым радиоактивно чистым: Сиилинъярви (Финляндия), Ковдор и Хибины — 50-160 Бк/кг по 137 Cs (Hilton J., 2010). При этом лимит радиоактивности для фосфогипса, принятый в мире по образцу США, составляет 370 Бк/кг (Gezer et al., 2012). В Беларуси на основе использования фосфогипса и трепела разработана методика очистки сточных вод от радионуклидов 137 Cs и 90 Sr (Композиция…, 2000).
В настоящее время установлено допустимое содержание фосфогипса в почвогрунте для земель особо охраняемых природных территорий (≤ 2,0% от массы почвы), для земель сельскохозяйственного назначения и населенных пунктов (≤ 6,8%), для земель лесного и водного фонда, промышленности и транспорта (≤ 9,6%) (Яковлева А.С. и др. 2013, Калиниченко В.П., 2017).
Резюмируя все вышеизложенное представляется актуальным изучение эффективности использования фосфогипса на радиоактивно-загрязненных территориях для восстановления плодородия нарушенных земель и улучшения радиационной обстановки окружающей среды.
Литература
Шамаль Наталья Владимировна
© Наталья Шамаль, старший научный сотрудник лаборатории моделирования и минимизации антропогенных рисков
Комплексный продукт: агрономическая эффективность фосфогипса
Текст: Л. Н. Дубровских, начальник агрономической службы; В. В. Носов, вед. специалист агрономической службы, канд. биол. наук, АО «Апатит» (Группа «ФосАгро»); К. Е. Денисов, д-р с.-х. наук, проф. кафедры «Земледелие, мелиорация и агрохимия», ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ»
Фосфогипс — один из лучших продуктов в химической промышленности, который используется в качестве мелиоранта, почвоулучшителя и многокомпонентного удобрения. Фосфогипс содержит кальций и серу, а также фосфор, кремний и различные микроэлементы, в том числе цинк, необходимые для питания растений.
При мелиорации солонцовых почв стоит задача заменить содержащийся в поглощающем комплексе почвенного горизонта натрий на кальций. Такая операция улучшает структуру, увеличивает воздухо- и водопроницаемость почвы, обеспечивает выщелачивание легкорастворимых солей, создает благоприятные условия для развития почвенной биоты и, соответственно, улучшает развитие корневой системы растений и усвоение элементов питания. Для этих целей отлично подходит фосфогипс. Но он эффективен не только на солонцах.
ВЛИЯНИЕ НА ЗАСОЛЕННЫЕ ПОЧВЫ
Из-за неблагоприятных физико-химических свойств солонцовых почв недополучается огромное количество зерна. По данным ФГБУ ГСАС «Саратовская», только в Саратовской области более 650 тыс. га относятся к подобному типу участков с крайне низкой продуктивностью. При этом внесение 4 т/га фосфогипса от АО «Апатит» в почву позволяет получить порядка 40 кг д. в. фосфора, а применение в объеме 3–5 т/га обеспечивает дополнительный урожай зерна до 1,5 т/га.
В отличие от природного гидрат сульфата кальция фосфогипс характеризуется более высокой реактивностью, поскольку является свежим продуктом. Как правило, его рекомендуется вносить в дозах 1–7 т/га. БФ АО «Апатит» может поставлять фосфогипс, не подвергавшийся процедурам нейтрализации, поскольку содержащиеся в нем остаточные кислоты повышают растворимость соединений кальция в почве, способствуя эффективному протеканию процесса замены натрия этим элементом в почвенном горизонте. Фосфогипс — один из лучших мелиорантов для солонцовых и солонцово-солончаковых почв.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПЛОДОРОДИЕ
Важная характеристика почвы — плотность, относящаяся к интегральному показателю плодородия и определяющая воздушный и водный режимы. На переуплотненных участках снижаются темпы роста и развития растений, соответственно, падает урожайность. При внесении фосфогипса увеличивается содержание кальция, что улучшает структуру почвы, а входящая в его состав сульфатная сера положительно воздействует на минеральную часть и разрыхляет почву. Присутствие в почвенном растворе сульфатов повышает урожайность и качество зерновых и масличных культур. Следует отметить, что в Бразилии до 40% фосфогипса применяется в сельском хозяйстве, причем большая его часть используется на посевах сои. Это связано с тем, что кальций в данных условиях лучше мигрирует в глубокие слои почвы с повышенной кислотностью, обусловленной соединениями алюминия. Сульфат-ионы способствуют снижению концентрации подвижной формы этого металла в профиле кислой почвы. Кроме того, фосфогипс помогает увеличить мощность корнеобитаемого слоя и, как следствие, урожайность соевых бобов.
Согласно результатам исследований, полученным в ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр картофеля имени А. Г. Лорха», в звене севооборота «картофель — ячмень — картофель» на дерново-подзолистой супесчаной почве со среднекислой реакцией среды продуктивность культур повышалась на 19–24% благодаря однократному применению фосфогипса. На картофеле фосфогипс рекомендуется вносить в дозах до 1,5 т/га. При использовании в качестве почвоулучшителя и многокомпонентного удобрения следует применять нейтрализованный фосфогипс.
Другое исследование было проведено в ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова» в 2018 году. В ходе него изучались агрономическая эффективность и агроэкологические аспекты внесения фосфогипса Балаковского филиала АО «Апатит» в богарных условиях. Полевой опыт на подсолнечнике осуществлялся на участке в селе Степное Энгельсского района Саратовской области. Почва была темно-каштановая тяжелосуглинистая с низким содержанием обменного натрия и отсутствием засоления. Перед закладкой опыта она была слабо обеспечена нитратным азотом, на среднем и высоком уровнях — подвижным фосфором и калием соответственно. Важно отметить, что погодные условия 2018 года были неблагоприятными, так как повышение температуры воздуха выше 30ºС и отсутствие осадков в критические периоды развития растений не позволили сформировать высокий урожай семян. Высевался гибрид подсолнечника Махаон.
Схема полевого опыта включала несколько вариантов. Первая делянка стала контрольной — на ней не использовались удобрения и мелиоранты, на второй вносился аммофос в дозе 150 кг/га, а на третьей к нему добавлялся фосфогипс в объеме 4 т/га. Оба продукта применялись весной под культивацию. При этом почвоулучшающее действие фосфогипса распространялось существенно глубже зоны внесения. Так, при его использовании плотность почвы существенно снижалась не только в слоях 0–10 и 10–20 см, но и в более глубоком горизонте (20–30 см) за счет того, что дигидрат CaSO4 • 2H2О немного растворим в воде — 2,05 г/л при 25ºC. В итоге на варианте с внесением фосфогипса корневая система подсолнечника развивалась лучше, что позволило ей оптимально использовать влагу и элементы питания из почвы.
ВЫСОКАЯ РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ
В ходе опыта оценивалось влияние агротехнологий на формирование урожая масличной культуры. Так, наблюдалось существенное положительное воздействие фосфогипса на основные элементы структуры урожая: высоту растений, диаметр корзинки, число и массу семян в ней, а также массу 1000 семян. Внесение одного аммофоса обеспечило получение 2,05 т/га урожая, что было выше контроля на 0,42 т/га, или на 26%. Однако при сочетании двух препаратов удалось собрать 2,28 т/га, то есть за счет фосфогипса урожайность выросла на 0,23 т/га, или на 11%, что считается достоверным приростом в опыте. Лучшая масличность подсолнечника, равная 49,6%, также была достигнута при комбинировании двух продуктов, в то время как на остальных делянках содержание жира в семенах оказалось ниже — 45,8 и 47,1% соответственно. В результате действие удобрения и фосфогипса как почвоулучшителя и мелиоранта позволило подсолнечнику значительно лучше реализовать свой генетический потенциал. Помимо качества, очень важна безопасность получаемого урожая. Содержание токсичных элементов в продукции растениеводства определяется техническим регламентом Таможенного союза 015/2011 «О безопасности зерна», где обозначены предельно допустимые уровни (ПДУ) содержания тяжелых металлов. Во всех вариантах опыта концентрация этих элементов в семенах была значительно ниже ПДУ.
Как показали экономические расчеты, наиболее рентабельная агротехнология включала внесение под культивацию аммофоса в дозе 150 кг/га и фосфогипса в объеме 4 т/га. При комплексном подходе к управлению плодородием почв и питанием растений в данном варианте опыта рентабельность достигла 198%. Таким образом, проведенные исследования еще раз подтвердили почвоулучшающие и удобрительные свойства фосфогипса, а также его экологическую безопасность, что является немаловажным фактором. Следует отметить, что обозначенные эффекты от внесения этого продукта длятся на протяжении трех и более лет, что позволяет получать дополнительную прибыль не только в первый, но и в последующие годы после его использования.