Исследование методов извлечения из торфа гуминовых кислот − одна из актуальных задач [3,6], решение которой позволяет начать разрабатывать методы глубокой переработки торфа, извлекая из него полезные составляющие для получения сельскохозяйственных удобрений и переработки отходов в пилеты для отопления помещений, или как сырья для пиролизных печей [1].
С этой целью было проведено исследование влияние технологических параметров щелочного гидролиза низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области на качественные показатели выделенных гуминовых препаратов.
Исследования проводились в два этапа:
1) Проведение подготовки низинного торфа (промывка торфа от примесей).
2) Изучение на лабораторной установке ГНУ СибНИИСХиТ Россельхозакадемии влияние технологических параметров щелочного гидролиза низинного торфа на качественные показатели гуминового препарата [2].
Объектами исследований являлся низинный торф с месторождения «Горелище» Пензенской области и технологически параметры щелочного гидролиза торфа.
Для измельчения низинного торфа использовалась универсальная мельница без сита и с применением сита 3 мм., из технологических параметров щелочного гидролиза низинного торфа исследованы дозы водного аммиака и перекиси водорода, гидромодуль.
Опыты проводились на лабораторной установке ГНУ СибНИИСХиТ Россельхозакадемии, путём переработки полученной массы методом щелочного гидролиза торфа с применением водного аммиака и перекиси водорода для извлечения гуминовых кислот.
Извлечение гуминовых кислот из низинного торфа осуществлялось методом щелочного гидролиза торфа с применением водного аммиака и перекиси водорода [4,5].
Физико-химические исследования проводились по стандартным методикам:
· реакция среды в гуминовом препарате определялась по ГОСТ 11623-89. Торф. Обменная и активная кислотность,
· содержание гуминовых кислот - по ГОСТ 9517-94. Угли бурые и каменные. Методы определения выхода гуминовых кислот (в модификации ГНУ СибНИИСХиТ Россельхозакадемии).
Повторность анализов физико-химических свойств торфа – трехкратная.
Из технологических параметров щелочного гидролиза низинного торфа были исследованы дозы водного аммиака и перекиси водорода, гидромодуль при постоянной температуре: 115-1200С. Гидромодуль (соотношение абсолютно сухого торфа к жидкой фракции, содержащейся в торфощелочной суспензии) поддерживался на уровне 1:10 и 1:6,7. Доза водного аммиака и перекиси водорода составляла 25%, 20%, 15% на абсолютно сухое вещество торфа. Из качественных показателей полученного гуминового препарата определялись содержание гуминовых кислот и реакция среды.
В результате проведённых исследований определён компонентный состав торфощелочных суспензий для получения гуминовых препаратов из низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области (Таблица 1).
Получение гуминовых препаратов проведено на лабораторном экстракторе, в котором объем торфощелочной суспензии составляет 5л. В процессе работы установлено, что при стоянии в течение ночи торфощелочная суспензия ускоренно разделяется на твердую и жидкую фракции. Это позволило разделить полученные торфощелочные суспензии с применением капронового, а затем лавсанового сит. Окончательное отделение твердой фракции торфощелочной суспензии проведено на лабораторной центрифуге марки ОС-6М. Преимуществом ускоренного разделения торфощелочных суспензий является то, что в процессе производства гуминового препарата примерно 2/3 объема суспензии можно разделить декантированием (сливание жидкой фракции торфощелочной суспензии после расслоения при стоянии), остаток суспензии – на центрифуге.
Исследование технологических параметров щелочного гидролиза низинного торфа месторождения «Горелище» проведено в трех опытах.
В первом опыте низинный торф, измельченный на универсальной мельнице без сита, вносился в лабораторный экстрактор в дозе 500г в пересчете на абсолютно сухое вещество (а.с.в.), заливался водой объемом 4238 мл. Полученная водная суспензия торфа тщательно перемешивалась до полного смачивания торфа водой. Крышка экстрактора закрывалась, включалась мешалка. В экстрактор сначала заливалось при постоянном перемешивании 125мл 25%-ного раствора водного аммиака, затем 125мл 38%-ной перекиси водорода. Доза водного аммиака и перекиси водорода в торфощелочной суспензии составила 25% на а.с.в. торфа. Концентрация аммиака в торфощелочной суспензии составила 0,62%, перекиси водорода – 0,95%. Гидромодуль был задан на уровне 1:10. Процесс экстракции гуминовых кислот из торфа аммиаком осуществлялся при постоянном перемешивании суспензии мешалкой при 115-120ºС в течение 4-х часов под давлением 2-4 атм.
Во втором опыте получение гуминового препарата осуществлялось по методике опыта 1. Отличия заключались в том, что для повышения содержания в препарате гуминовых кислот торф дополнительно измельчился на установке через сито 3 мм. Для понижения реакции среды доза водного аммиака и перекиси водорода снижена до 20% на а.с.в. торфа. Концентрация аммиака в торфощелочной суспензии составила 0,50%, перекиси водорода − 0,76%. Гидромодуль остался на уровне 1:10.
В третьем опыте получение гуминового препарата осуществлялось по методике опыта 1. Отличия заключались в том, что для повышения содержания в препарате гуминовых кислот торф дополнительно измельчился на установке через сито 3 мм, но для понижения реакции среды доза водного аммиака и перекиси водорода была снижена до 15% на а.с.в. торфа. Для повышения содержания гуминовых кислот в препарате в торфощелочной суспензии был задан гидромодуль на уровне 1:6,7. Для достижения заданного показателя гидромодуля навеску торфа увеличили в 1,5 раза. Концентрация водного аммиака в торфощелочной суспензии составила 0,55%, перекиси водорода 0,84%.
Таблица 1
Компонентный состав торфощелочной суспензии для получения гуминовых препаратов из низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области
|
№ опы-та |
Коли-чес-тво торфа, г |
Подго-товка торфа |
Объем воды в торфе, мл |
Доза водного аммиака и перекиси водорода, % от а.с.в. торфа |
Объем перекиси водорода, мл |
Объем водного аммиака, мл |
Коли-чество дистил- лиро-ванной воды, л |
Общее коли-чество жидкой фракции в торфо-щелочной суспензии, мл |
Концен-трация аммиака в торфо-щелочной суспензии, % |
Концен-трация перекиси водорода в торфо-щелочной суспензии, % |
|
1 |
1013 (500г а.с.в.) |
Из-мель-чение без сита |
512,8 |
25 |
125 |
125 |
4,2 |
5000 |
0,62 |
0,95 |
|
2 |
1013 (500г а.с.в.) |
Дополни- тель-ное из-мель-че- ние через сито 3 мм |
512,8 |
20 |
100 |
100 |
4,3 |
5000 |
0,50 |
0,76 |
|
3 |
1500 (740,55г а.с.в.) |
-/- |
759,5 |
15 |
111 |
111 |
4,0 |
5000 |
0,55 |
0,84 |
Во всех случаях торф успешно перерабатывался и в итоге получалась взвесь твердых частичек торфа в концентрате гуминовых препаратов. По окончании экспериментов было зафиксировано самостоятельное выпадение твердых частичек торфа в осадок за 8 часов.
Концентрат раствора с гуминовыми препаратами в дальнейшем может быть использован для выработки стимулятора роста растений. Во всех случаях концентрат сохраняет свои свойства в течении года при хранении при температуре от 15 С до 28 С.
Опытным путём было установлено, что наиболее удачным является второй способом извлечения гуминовых препаратов. При его использовании для получения стимулятора роста растений, пригодного для полива, или для обработки семян, достаточно развести полученный концентрат 1 мл на 1000 мл воды.
Твёрдые частички торфа представляют из себя прекрасное сырьё для получения топливных пилет, востребованных в народном хозяйстве.
Выводы:
После проведения исследований низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области установлено:
1) при стоянии в течение ночи торфощелочная суспензия ускоренно разделяется на твердую и жидкую фракции, что позволяет легко отделять переработанный торф от концентрата гуминовых препаратов;
2) полученные качественные показатели гуминовых препаратов и время их извлечения, позволяют в дальнейшем применять исследуемый способ для извлечения из низинного торфа месторождения «Горелище» Пензенской области гуминовых препаратов в промышленном масштабе;
3) отходы переработки торфа, выпавшие в осадок, легко перерабатываются в топливные пилеты.
Рецензенты:
Урнёв И.В., д.т.н., профессор Пензенского государственного университета, Генеральный директор НПП ООО «Вольта» - Представитель Федерального государственного бюджетного учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» по Пензенской области, г. Пенза;
Михеев М.Ю., д.т.н., профессор Пензенского государственного технологического университета, г. Пенза.