Учебно-практическое пособие Саратов 2012 icon

Учебно-практическое пособие Саратов 2012



Смотрите также:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9


П.Н.Гришин, В.В. Кравченко, И.П.Кравченко


Агрономические руды и нетрадиционное минеральное сырье

(интерактивный курс)


Саратов 2012

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени Н.И.ВАВИЛОВА»

_________________________________________________________


П.Н.Гришин, В.В. Кравченко, И.П.Кравченко


Агрономические руды и нетрадиционное минеральное сырье


(интерактивный курс)

Учебно-практическое пособие


С


аратов 2012


УДК 622.7.016:631.82(075.8)

ББК 33.346:40.40 (Я7)




Издание осуществлено при поддержке

программы TEMPUS JP, грант Европейской

Комиссии 159188-TEMPUS-1-2009-1-PL-TEMPUS-JPCR


^ Гришин П.Н., Кравченко В.В. Кравченко И.П. Агро-номические руды и нетрадиционное минеральное сырье (интерактивный курс): Учебное пособие /сост.: Гришин П.Н., Кравченко В.В. Кравченко И.П. – Саратов: Изд-во - ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ»., 2011.- 176 с.


ISBN


В учебном пособии приведены геологические, агрохимические, экологические особенности агрономических руд, минералов, а также нетрадиционных видов минерального сырья, их описание и применение в практике сельскохозяйственного производства, использование в нанотехнологиях. В материале для самостоятельного изучения даны характеристики основных запасов агрономического сырья Саратовской области, их морфологические признаки, условия формирования и залегания, характеристики агрохимических свойств.

Предназначено для студентов направления подготовки 110100.62 Агрохимия и агропочвоведение (профиль Агроэкология), а также для магистров, аспирантов, преподавателей, научных сотрудников.


Данный материал опубликован при поддержке Европейского Союза. Содержание публикации является предметом ответственности авторов и не отражает точку зрения Европейского Союза.


© Гришин П.Н. и др., 2012

© ФГБОУ ВПО СГАУ имени

ISBN Н.И. Вавилова, 2012

Введение

Можно сделать всё, если начать делать вовремя.

Рабочий девиз методологии системного анализа


Агроруды – это природные соединения, которые можно использовать в сельскохозяйственном производстве в качестве удобрений, мелиорантов, наполнителей, биостимуляторов, кормовых добавок.

К агрорудам относится как традиционное фосфорное, калийное и азотное сырье, органические агроруды, так и косвенные и нетрадиционные виды минерального сырья. Необходимость более широкого использования агрономических руд обусловлена как экономическими, так и экологическими проблемами нашего общества. Снижение почвенного плодородия, деградация земельных ресурсов страны, ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, что не может не сказаться на экономическом положении государства. В связи с высокой стоимостью апатитового концентрата, монопольно выпускаемого ОАО «Апатит» и получаемых из него фосфатных удобрений перерабатывающими предприятиями ФПГ «РосФосагро», направляемых преимущественно на экспорт (более 90%), сельскохозяйственные предприятия и фермеры России из-за низкой платежеспособности практически лишены возможности приобретать и использовать в сельскохозяйственном производстве дорогостоящие фосфорные удобрения. Восполнить недостаток питательных веществ в земледелии возможно за счет более широкого использования природных агроруд, круг которых значительно расширился в поледние годы. Их можно использовать не только для промышленной переработки, но и в качестве местных удобрений, структурообразователей почвы, биостимуляторов и кормовых добавок в рацион скота и птицы. Это, прежде всего природные сорбенты (минералы и горные породы), обладающие высокими адсорбционными, каталитическими и ионообменными свойствами. К ним относются цеолиты, бентониты, диатомиты, опоки, трепелы, палыгорскитовые глины, вермикулиты, перлиты, глауконит и другие природные соединения. В США ежегодно используется в агропромышленном комплексе до 800 тыс.т бентонитов и цеолитов, до 400 тыс.т опок, диатомитов и трепелов, до 600 тыс.т. палыгорскитов. В нашей стране используется цеолитов в 8 раз, бентонитов в 16, опок, диатомитов и трепелов в 5 раз меньше.

Актуально также использование в сельском хозяйстве торфа, сапропеля и других местных ресурсов. что может подтвердить опыт преодоления подобной ситуации в 20-30-х годах прошлого столетия в сельском хозяйстве, в котором из-за отсутсвия отечественных производств исскуственных минеральных удобрений были широко использованы метные природные удобрения (фосфориты, торфы, сапропели).

Проблемы выявления и использования нетрадиционных источ­ников агрохимического сырья имеют, прежде всего, региональный характер, что объясняется его крупнотоннажностью, неравномер­ностью действующих производств и распространения разрабаты­ваемых традиционных месторождений фосфатных руд, калийных солей и минеральных сорбентов, серьезными экологическими по­следствиями функционирования крупных добывающих и перера­батывающих предприятий. Одним из перспективных подходов к снижению усиления антропогенного воздействия на почву и техногенного загрязнения окружающей среды, является обогащение почвы минералами, повышающими их поглотительные свойства. Такие минералы в различной концентрации содержатся в цеолитсодержащихся породах, глауконитовых песках, бентонитовых глинах.

Поэтому применение местных агроруд имеет целый ряд преимуществ, обуславлиающих значительную экономическую и экологическую эффективность. Так, например, при внесении в почву традиционных водорастворимых удобрений – суперфосфата, аммофоса, часть водорастворимых форм фосфора (не связанного химическим путем) вымывается, иногда в значительных количествах. Кроме того, в продуктах переработки апатитовых руд концентрируются содержащиеся в них токсичные компоненты: фтор, редкоземельные элементы, радионуклиды. Местное агрохимическое сырье, в отличие от искусственных удобрений, находится с окружающей средой в природном равновесии, экологически безвредно и обеспечивает необходимый пролонгирующий эффект относительно вносимых в почву полезных компонентов.

Интерес к данной проблеме проявляют многие регионы России. Так институтом биологии Коми НЦ УрО РАН разработаны и успешно внедряются (и реализуются в другие регионы) новые виды удобрений на основе местных агроруд (анальцимсодержащая порода, доломитизированные известняки, фосфориты).   Новые удобрения имеют системное действие на агроценоз. Сразу после внесения в почву они активизируют все основные компоненты экосистемы. Действует эффект первотолчка, проявляющийся в увеличении элементов питания в почве, активизации продукционных процессов растительного сообщества. Также широко используют местные агроруды в Ульяновской области, республиках Татарстан, Башкиирии, Дагестане, Дальнем Востоке и других регионах России.

Саратовская губерния, в силу своей геологической истории, располагает ресурсами многих видов полезных ископаемых, которые могут использоваться и в сельском хозяйстве. В настоящее время известно 98 месторождений и 68 проявлений агрономически полезных руд. Наша область весьма перспективна в плане создания крупного комплекса взаимодополняющих химических производств и организации выпуска различных удобрений, мелиорантов и кормовых добавок, так как базируется на наличии месторождений глауконитов, фосфоритов, карбонатных и кремнистых пород, калийно-магниевых солей, серы, и может быть самодостаточной в обеспечении сельских товаропроизводителей определенными компонентами.

Из-за высокой стоимости минеральных удобрений и мелиорантов, сельскохозяйственные предприятия и фермеры России, практически лишены возможности приобретать и использовать в сельскохозяйственном производстве дорогостоящие удобрения. По данным Федеральной службы государственной статистике за 2008 год, площадь удобренная органикой в Саратовской области составила 1,5% общей посевной площади, минеральными удобрениями 7,2%, гипсование проведено на площади 0,1 тыс.га, а известкование было проведено всего на площади 18 га.

С экологической точки зрения применение природных удобрительных средств позволяет создавать естественный геохимический фон, природный баланс химических соединений, что позволит в определенной мере стабилизировать общую экологическую ситуации в регионе. Кроме того, изучение нетрадиционных ре­сурсов и местных агроруд есть не что иное, как заблаговременное создание резерва сырья для сельского хозяйства.





Вы будете изучать

  • Понятие и определение агрономических агроруд и других видов нетрадиционного сырья используемого в сельском хозяйстве

  • Объект и предмет представленного курса

  • Исторический аспект использования агрономических руд

  • Происхождение, состав и свойства агроруд, основные месторождения, запасы в мире и России

  • Основные виды агрохимического сырья (Азотные, фосфорные, калийные)

  • Кальцийсодержащие (карбонатные) агрономические агроруды

  • Магнезиальное сырье

  • Нетрадиционные виды минерального сырья

  • Основы использования агроруд



Цели модуля

  • Изучить классификацию основных агрономических руд (азотных, фосфорных, калийных, природных органических)

  • Умение выделять агрономические руды из огромной массы горных пород и минералов

  • Изучить классификацию косвенных агрономических руд ( карбонатных, магнезиальных и др.)


После изучения модуля вы сможете

  • Определять все в виды агроруд, используемые в сельском хозяйстве

  • Знать основные способы использования агроруд в сельском хозяйстве

  • Определять основные виды агроруд применяемых в сельском хозяйстве среди других горных пород и минералов

  • Оценить местные минеральные ресурсы с точки зрения использования в сельском хозяйстве


Основная литература

  1. «Агроруды и другие виды минерального сырья» (Учебное пособие) Гришин П.Н., Кравченко В.В. Изд-во СГУ, 2010, с.5-56

  2. Бондарев В.П. Геология.: М. ФОРУМ-ИНФРА-М, 2007.-218с.

  3. Бондарев В.П. Практикум: М. ФОРУМ-ИНФРА-М, 2002.-с. 34-43.

  4. Борголов И.Б. Курс геологии. – М.: Агропромиздат, 1989. - 216 с.






    1. Введение в предмет. История изучения и использования агроруд



Известно много примеров, когда богатые, тучные земли, которые кормили десятки и сотни тысяч человек, быстро превращаются в бесплодные пустыни. Вредители и болезни сельскохозяйственных растений, - ещё одна беда. Они могут уничтожить весь выращенный урожай. На протяжении тысячелетий земледелец настойчиво борется с этими главными невзгодами — истощением почв и вредителями и болезнями.

Чтобы обеспечить себя продовольствием, человек издавна использовал особые виды минерального сырья, так называемые агрономические руды. Они применяются как удобрения и минеральные добавки в корм домашнему скоту. Кроме того, руды, содержащие мышьяк, фтор, барий, серу, используют для изготовления ядохимикатов, средств борьбы против вредителей и болезней.

В настоящее время только для нужд сельского хозяйства добывается несколько миллиардов тонн различных руд, а в XXI века требуется вдвое больше. Расходы на перевозку руд огромны. Поэтому геологи ищут месторождения как можно ближе к потребителям, т.к. перевозка именно этого сырья, как никакого другого, увеличивает его стоимость.

Уже первые земледельцы удобряли свои поля навозом, птичьим помётом (гуано), костной мукой, золой. В древности и средние века крестьянам часто приходилось покидать обжитые земли из-за их истощения и осваивать новые территории. Для этого выжигали большие участки лесов, на которых непродолжительное время получали более богатые урожаи. Однако земля истощалась снова и снова. Сельское хозяйство могло так развиваться до тех пор, пока планета мало населена и пригодных для земледелия территорий хватало всем. Но население росло, сокращались неосвоенные площади и над челове­ке нависала реальная угроза голода. Появились гипотезы, предвещавшие гибель всего населения земли из-за нехватки продуктов питания. Например, концепция английского экономиста Томаса Роберта Мальтуса (1766-1834), согласно которой народонаселение увеличивается в геометрической прогрессии, а продовольствие — в арифметической. Немецкий биолог Оскар Гертвиг вывел закон убывающего плодородия почвы. Он утверждал, что обрабатываемые почвы постепенно теряют своё плодородие. Поэтому количество продовольствия в мире год от года уменьшается, и человечеству в ближайшем будущем грозит неминуемый голод. К началу XIX века в мире сложилась поистине драматическая ситуация. Волны голода прокаты­вались каждые 3—5 лет почти по всем континен­там. Несмотря на частые засухи, наводнения и похолодания, главной причиной невысоких урожаев было всё-таки истощение почв и вредители сельского хозяйства.

Это положение вряд ли смогла бы изменить какая-либо общественно-политическая система, будь то феодальная, капиталистическая или социа­листическая. Подобная задача не могла решиться без геологической науки. Именно геологам пред­стояло открыть источники жизненно важных для человечества минеральных ресурсов.

С середины XIX в. началось производство первых удобрений из фосфоритовых руд. В учебных центрах мира (в Англии, Германии, Франции) стали возникать специальные научные направления по использованию минерального сы­рья для агрономических целей. Не обошли эту проблему и в Российском государстве.

Передовые умы России интересовались минеральными удобрениями с давних времен. На рубеже XVIII-XIX вв. первые русские агрономы - А. Т. Болотов, М. И. Афонин, И. М. Комов - вслед за англичанами и немцами (а иногда опережая их) отмечали положительное действие золы, размолотых костей, мела и извести на урожаи зерновых. В середине XIX в. многих вдохновлял знаменитый немецкий химик Юстус Либих и его теория минерального питания растений, и «закон минимума». Питание и удобрение растений стали центральной проблемой агрохимии - науки, среди основателей которой называют Ж. Б. Бусенго, Х. Дэви, А. Теэра и, разумеется, Ю. Либиха. По Либиху, плодородие почвы неуклонно убывает; для его поддержания в почву необходимо возвращать в качестве минеральных солей все те химические элементы, которые теряются с каждым урожаем, оказываются в минимуме. Главные элементы, требующие постоянного восполнения, - азот, фосфор и калий. Следуя рекомендациям Либиха, российские помещики пореформенной поры стали завозить на свои поля самые популярные в то время виды азотных, фосфорных и калийных удобрений - чилийскую селитру, костяную и фосфоритную муку, каинит и поташ. В России занялись и «проверкой Либиха» - постановкой собственных опытов с удобрениями. Особую активность проявляли профессора-химики. В отличие от своих германских коллег, считавших агрохимию лабораторным занятием, российские химики приступили к настоящим полевым исследованиям в своих поместьях.

В начале 19 века в университетах Москвы, Казани и Харькова стали открываться кафедры минералогии и сельского хозяйства, позднее преобразованные в кафедры земледелия или грунтоведения. Становлению агрохимической науки способствовали теоретические работы таких учёных, как Василий Михайлович Севергин (1765-1826), Яков Владимирович Самойлов1 (1870-1925) первый давший научное определение агроруд, Александр Николаевич Энгельгардт (1832-1893), Дмитрий Иванович Менделеев (1834 -1907), Николай Семёнович Курнаков (1860 -1941), Владимир Иванович Вернадский (1863-1945), Дмитрий Николаевич Прянишников (1865-1948), Александр Евгеньевич Ферсман (1883 -1945).

Одним из первых минеральных удобрений, широко изученных в России, была фосфоритная мука, полученная при размоле природных агроруд – фосфоритов.

В 1880-е гг. известный химик А. Н. Энгельгардт на основании опытов с фосфорными удобрениями в своем имении Батищево Смоленской губернии пришел к выводу: «Чудеса делает фосфоритная мука». Из года в год в Батищеве получали значительные прибавки к урожаю ржи при добавлении фосфоритной муки, приготовленной из отечественных фосфоритов. С фосфоритами ученый был знаком не понаслышке: в 1860-е гг. по поручению Департамента земледелия тогдашнего Министерства государственных имуществ, Энгельгардт возглавлял первые экспедиции по обследованию залежей этого сырья в губерниях Центральной России. Особое место в истории исследования и изучении агрономических руд пренадлежит заведующему кафедрой геологии Петровской (Тимирязевской) академии, профессору Я.В. Савмойлову, который по праву считается основоположником учения об агрономических рудах России, их распостранении, генезисе и применении.

В те же годы в университетах, сельскохозяйственных и политехнических институтах появились первые курсы и кафедры, связанные с изучением агроруд и минеральных удобрений. В Москве в Сельскохозяйственном институте (МСХИ, бывшая Петровская земледельческая академия) с середины 1890-х гг. профессор Д. Н. Прянишников начал чтение специального курса и организовал лабораторию для исследований удобрений. Он же впервые в России ввел летние практические занятия для студентов-агрономов, где были начаты программные вегетационные опыты по изучению действия туков. В Петербурге профессор Лесного института П. С. Коссович в 1897 г. возглавил химическую лабораторию Министерства земледелия (расположенную в Лесном институте), в число задач которой вошли исследования удобрений и почв. В 1910 г. в Рижском политехническом институте Э. В. Брицке создал первую в России кафедру технологии минеральных веществ, готовившую специалистов-технологов в области производства туков.

Низкосортные и труднообогатимые фосфатные руды, содержащие малое количество действующего вещества, за рубежом используют преимущественно для местных нужд в сыромолотом виде. В мировой практике «сырые» химически непереработанные фосфаты, непосредственно вносимые в почву, именуются как phosphate rocks (фосфатные породы), или indigenous phosphate (местные фосфаты). По существу, они являются аналогом российской фосфоритной муки. В США проблема дефицита фосудобрений решена во многом за счет широкого применения именно сыромолотых фосфоритов.

Какую роль сыграли агрохимические руды в жизни общества? Можно утверждать, что они в XX веке в буквальном смысле спасли человечество от угрозы неминуемого голода. Представьте, что эти руды вдруг исчезли с нашей планеты. В ближайшие десять лет урожаи сельско­хозяйственных культур сократятся по крайней мере на 30%. А это значит, что голодать будет не только население в странах Центральной Африки и Азии, но и в ныне процветающих странах Европы и Северной Америки. За прошлое столетие население Земли увеличилось с полутора до шести миллиардов человек, и предполагается, что к 2020 году оно достигнит восьми миллиардов! Поиски пропитания для такого количества - наиболее важная проблема, возникшая перед человечеством. Если в 2000 году при населении 6,1 миллиарда человек размер посевных площадей составлял 0,25 гектара на каждого, то в 2020 году прогнозируется рост численности населения и уменьшение посевных площадей до 0,15 гектара, что требует повышения урожайности продукции растениеводства на 70 процентов.

Количество вносимых в почву удобрений неза­медлительно сказывается на урожайности полей. В определенных случаях, когда вносят слишком много удобрений без учёта биологических возможностей растений, в них накапливаются некоторые вредные для здоровья человека вещества в слишком высоких концентрациях. Появились понятия «ни­тратные овощи» (т.е. овощи, в которых накопилось много нитратов, нитритов, N- нитрозаминов) и «экологи­чески безопасная продукция (ЭБП)». В последние годы широкое распостранение получают альтернативные системы земледелия, в том числе и применяемые в США и западных странах биодинамическое, органическое земледелие, при которых исключается или существенно сокращается использование минеральных удобрений и пестицидов. Однако эти системы наряду с положительными моментами (экологически чистая продукция, эффективное использование природной энергии и др.) имеют и существенные недостатки как, увеличение затрат рабочий силы (на 12-20%), снижение производительности труда (на 22-95%), снижение урожайности (до 43%) и как следствие повышение стоимости продукции (до 23%). Поэтому глобальное решение проблемы недостатка продовольствия не в отказе от удобрений. Для человечества это самоубийст­венный путь, который неминуемо заведёт в тупик. Продовольственную проблему можно решить, только развивая минерально-сырьевую базу агрохимии, научно и обоснованно применяя удоб­рения, как основу ландшафтно-экологических систем земледелия, используя для повышения плодородия почв нетрадиционные виды минерального сырья. Особен­ность нетрадиционных ресурсов в том, что непосредственный инте­рес они представляют для более или менее отдаленного бу­дущего. При этом определяющими факторами получения высокорентабельной продукции растениеводства с низкой себестоимостью должны быть наукоемкие технологии (нанотехнологии), основанные на фундаментальных исследованиях в области агрохимии, почвоведения, физиологии растений, биологии, почвенной микробиологии и токсикологии.

Не случайно промышленно развитые страны мира постоянно увеличивают производство удоб­рений, импортируя сырье из других стран, в том числе и из России. Отдельные виды минерального сырья, жизненно важные для благо­состояния и обороноспособности государства, отно­сят к категории стратегических, и добыча их строго контролируется правительством.

В России 1 июня 1993 г. Президент страны издал специальный указ, согласно которому агрономические руды и мине­ральные удобрения теперь находятся в списке стратегически важных сырьевых материалов.


?

  • Чем был вызван интерес к агрономическим рудам в 18-19 веках?

  • Какую роль сыграли агрохимические руды в жизни общества?

  • Кто является основоположником учения об агрорудах?

  • Может ли человечество в дальнейшем обойтись без минеральных удобрений?

  • В чем преимущества и недостатки альтернативных систем земледелия?

  • Почему агрономические руды относятся к стратегически важным сырьевым материалам?



1.2. Азотное сырье


Д.Н. Прянишников на основе исследования практики земледелия в Европе отмечал, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом.

Азот почвы пополняется тремя путями:

1) азот воздуха связывается почвен­ными бактериями и бобовыми растениями;

2) его вносят в виде минералов, добытых в земных недрах;

3) он попадает в почву в виде соединений, изготовленных промышленным синтетическим способом (аммиак, сульфат аммония и др.).

Азот исключительно подвижный химический элемент. В почвах образует два типа соединений — нитратные и аммонийные. Нитраты легко раство­ряются и выносятся водой, а аммиак просто испаряется в атмосферу. Поэтому можно сказать, что азота в почве всегда не хватает.

Основная масса азотных удобрений (около 80 млн.т) получают синтетическим способом из азота, содержащегося в воздухе.

С бактериями и растениями в почву поступает до 400 млн т в год. На долю природного минерального сырья приходится не более 15-20 млн. т.

Природа не наделила недра Земли достаточным количеством азотных полезных ископаемых.

Азотное минеральное сырьё представлено селит­рами, гуано, мочевиной.


Наибольшее значение имеют месторождения селитры в Южной Америке, Северном Чили и Южном Перу (в пустынях Сечура и Атакама). Именно отсюда поступала на мировой рынок знаменитая чилийская селитра. Имеется также бесчисленное множество мелких и мельчайших скоплений селитры (селитренников), расположен­ных в других пустынях и полупустынях на нашей планете.

Для накопления соединений азота необходимы особые условия:

- сухой жаркий климат;

- отсутствие пышной расти­тельности, которая энергично их поглощает.

Селитра накапливается на буграх, холмах и пологих грядах, образуя на них корки, линзы, налёты (выцветы) толщиной всего несколько сантиметров, где содержание селитры около 5— 8%. Однако роль этих минеральных карликов в жизни земледельцев была исключительно велика. Прежде всего, на протяжении тысячелетий они служили важным источником удобрений для местных садов и виноградников, бахчевых и овощных культур.

Селитренники формируются в результате циркуляции растворов, обога­щенных нитратами, образующимися при окисле­нии органического вещества. В пустынях рассолы поднимаются вверх по тончайшим капиллярам в глинистых породах. На холмах и других возвышенных участках местности испарение воды усиливается, и из растворов выпадают различные золи. Нитраты, как наиболее растворимые соеди­нения, осаждаются последними. При новом по­ступлении влаги нитраты опять растворяются и продолжают своё движение. Поэтому селитренники обладают одним замечательным свойством: в отличие от других видов месторождений они восстанавливаются. Собранные корки, выцветы и налёты достаточно быстро воспол­няются.

Натриевая (чилийская) селитра - это смесь минералов: нитронатрита (NаNO3) - 8,5-27,0%; нитрокалита (КNОз) - 1,5-2,5%; сульфата натрия -12,0% и сульфата магния - 11,0%. Важной примесью является йод, составляющий 0,03-0,4%.

До Первой мировой войны Чили было основным постав­щиком селитры на мировой рынок. Селитра использовалась для изготовления азотных и калийно-азотных удобрений и в производстве чёрного пороха. В последующие годы в связи с развитием технологий получения синтетической селитры и искусственных удобрений значение чилийской селитры для мировой экономики уменьшилось.

Согласно существующим представлениям, азот перво­начально накапливается в рыхлых отложениях в результате разрядов атмосферного электричества, деятельности организмов или поступает из горячих вулканических источ­ников. В условиях Чили и Перу нитраты сначала образовы­вались в высокогорьях Анд. Затем они подземными водото­ками выносились в предгорья. Здесь под воздействием капиллярного подсасывания на глубинах 1—2 м под слоем глин и песков возникала руда. Её месторождения расположены, как правило, около небольших пологих возвышенностей, обрамляющих крупные солончаки.

Образование селитры связано с процессами нитрифика­ции, энергично идущими в жарких безводных климатических условиях. Материалом для нитрификации, по представле­ниям некоторых ученых, служили залежи гуано, или мор­ские водоросли, скопившиеся на побережье, по мнению дру­гих— азот поступал при извержениях вулканов в Андах или из атмосферы — при грозовых разрядах и осаждался на поверхность Земли туманами; предполагается также возмож­ность скопления селитры за счет азотистых соединений, вы­мытых из почвы, в специфических климатических условиях этой местности.

Калиевая (индийская) селитра. Минерал нитрокалит KNO3, как и нитронатрит, образуется в условиях сухого жаркого климата. Источником азота являются органические вещества, возникающие в результате почвообразования или при разложении трупов животных и птиц, а также их помета (обычно в пещерах). Возможна фиксация азота непосредственно из воздуха под действием грозовых разрядов.

Месторождения калиевой селитры часто встречаются в пе­щерах (Индия, Шри-Ланка, некоторые штаты США, Крым). Сбор селитры в отдельных пещерах Шри-Ланки достигает 10...20 т в год. В середине прошлого века из Индии ежегод­но вывозили 20...30 тыс. т нитрокалита (эти месторождения сейчас уже выработаны).

Залежи селитры связаны иногда с местами древних го­родов, крепостей, скотопрогонных дворов и т. п. Такие ме­сторождения «курганной» селитры известны в окрестностях Ашхабата, Куня-Ургенча, в Мервском оазисе и других райо­нах Средней Азии. В этих же местах встречаются скопле­ния нитрата калия на буграх и холмах, не имеющих следов древних поселений. Эти поверхности лучше всего прогревают­ся солнцем, и капиллярная подпитка их пересохших почв рас­творами, содержащими нитраты, идет особенно интенсивно. Обычны здесь выделения нитрокалита и на некоторых кар­бонатных почвах.

^ Селитряные солончаки можно использовать как местное удобрение и в настоящее время.

Гуано (от испанского - «птичий помёт», удобрение») – руда для получения фосфора, калия и азота. В сухом жарком климате птичий помёт не разлагается. На островах, в при­брежной зоне морей и океанов, в местах обитания огром­ного количества птиц (на птичьих базарах) он скапливается в значительных количествах.

В конце XIX — первой четверти XX вв. гуано использо­валось в сельском хозяйстве в качестве удобрения, и в хи­мической промышленности для изготовления спичек, фотореактивов и т.д. Позже нашли более крупные и рас­пространённые источники фосфора. Промышленного зна­чения гуано в последние годы практически не имеют. В настоящее время в Перу и Чили добываются незначительные объемы гуано, применяемые для местных нужд.

?

  • Какое происхождение имеют природные азотнокислые агроруды?

  • Какие условия необходимы для накопления природных соединений азота?

^ 1.3. Калийное сырье

Калий – элемент, входящий в триаду жиз­ни. Главным и единственным источни­ком его получения являются калийные соли. Содержание калия в породах зем­ной коры составляет довольно боль­шую величину — 2,6%, но чаще всего он связан очень прочными химическими связями в минералах, с трудом поддающихся разложению в почвенных условиях. Потребность в калии исключительно велика. В растениях он расходуется на рост, а также защищает от заболеваний, засух и морозов.

Издавна обычным калийным удобрением была зола, остающаяся после сжигания различных растений, торфа, горючих сланцев. Но она не могла восполнить потери почвенного калия. Нужно было найти новый источник получения калийных соединений с огромными резервами. Оказывается, он всегда был рядом. Это воды морей и океанов, а также подземные воды. Они обладают неисчерпаемыми запасами калийных солей. Нужно было научиться извлекать соли калия из вод. Решение задачи предложил нидер­ландский учёный Якоб Хендрик Вант-Гофф в 1896 г. Он установил порядок выпадения солей из рассолов. Его идеи воплотила в жизнь плеяда выдающихся учёных XX в., создав технологичес­кие системы. Эти работы позволили открыть «солнечный» путь кристаллизации солей из морской воды. В результате мир получил большое количество таких жизненно важных веществ, как хлориды и сульфаты натрия, калия, магния, кальция, карбонаты натрия, а также соединения йода и брома. Были построены крупные промышленные пред­приятия в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря (Казахстан) и Мёртвом море (Израиль, Иордания).

Теоретические разработки химиков и геологов вдохнули новую жизнь в поиски подземных месторождений так необходимых калийных солей. Блестящий прогноз Н.С.Курнакова привёл к открытию в 1925 г. крупнейших в мире скоплений калийных солей (площадь около 3,5 тыс. км2, запасы превышают 219 млрд т) в пределах известного гигантского (площадь более 8 тыс. км2) Верхнекаспийского соленосного бассейна, образо­вавшегося более 260 млн лет назад. Трудность заключалась в том, что калийные соли хорошо растворимы и легко уносятся водой. Поэтому в самоосадных соляных озёрах они встречаются крайне редко. На уже открытых месторождениях каменных солей калийные соли сложно распознать. Обычно они занимают ограниченные участки по центру соленосных площадей, где обволакиваются сверху и снизу мощными слоями обычной каменной соли.

Калийные соли широко используются в химической промышленности. Десятая часть калийных солей используется для производства едкого калия, поташа, калиевой селитры, бертолетовой соли, марганцевокислого калия, хромпика, бромистого и йодистого калия. Эти вещества широко применяются в электрометал­лургии, стекольной, лакокрасочной, мыловаренной, химиче­ской, кожевенной промышленности, пиротехнике и медицине.



Источником сырья для получения калийных удобрений (туков и различных соединений калия) являются растворимые хлориды и сульфаты калия, минералы - сильвин, карналлит, каинит, лангбеинит, полигалит, шенит. Калийные руды обычно именуются по преобладанию в них того или иного калийного минерала (например, сильвинитовые, карналлитовые, каини-товые и др.). Название сильвин происходит от старого хими­ческого названия вещества «заль дигестивус сильвин» - соль пищеварительная Сильвие де ля-Баш (французкого физика и хи­мика); каинит - от греческого «современный» (обычно имеет современное, т. е. вторичное, образование); полигалит - от греческих слов «поли» и «галит», означающих «много» и «соль», т. е. в составе присутствует несколько солей. Карнал­лит и лангбеинит названы в честь немецких ученых - горного инженера Р. фон Карналла и химика А. Лангбейна.

Месторождения калийных солей встречаются редко, пред­ставлены они либо в форме осадочных бассейнов, являющихся остатками древних высохших соленосных лагун (преоблада­ющий тип), либо в виде современных водоемов, ресурсы которых возобновимы и практически неисчерпаемы (Мертвое море, оз. Серлс в США, оз. Индер в Казахстане и др.). Основные ресурсы калийных солей сосредоточены в позднепалеозойских, мезозойских и кайнозойских бассейнах.

Крупнейшими запасами калийных солей обладает Россия.


Большая часть запасов сосредоточена в ^ Соликамском (Верхнекамском) бассейне в Пермской области (общие запа­сы калийных солей оцениваются в 21,5 млрд. т - в пересчете на оксид калия), занимающему площадь в 6,5 тыс. км2 в северной части Предуральского краевого прогиба, заложившегося в ранней перми. Вначале здесь накапливались грубообломочные морские молассовые отложения (3000 м), а в приплатформенном районе — известняки, в том числе и барьерные рифы (300…800 м). К этим отложениям приурочены месторождения нефти и газа. В конце ранней перми в прогибе накапливаются уже соленосные отложения; в основании глины с ангидритами и гипсами (до 400 м), а в кровле - песчано-глинистый материал кунгурского яруса нижней перми с каменной, калийной и калийно-магниевой солями (галит, сильвин, карналлит), мощность которых пре­вышает 600 м. Так возник самый крупный в мире Соликамский (Верхнекамский) соленосный бассейн.

Образование гипсов и солей обусловлено тем, что после отступления обширного открытого моря в связи с продолжа­ющимися поднятиями в Предуралье здесь сохранилась самая крупная из известных в истории Земли лагуна. Вода в услови­ях, засушливого климата испарялась, а через пролив с севера соленая вода непрерывно поступала из океана. Лагуна все больше осолонялась, а затем при ее высыхании накапливались соли. Полагают, что с точки зрения геологической истории соленакопление происходило здесь очень быстро: на образо­вание гипсово-ангидритовой толщи ушло «только» 200 тыс. лет, а для солей — всего 15-17 тыс. лет. Добыча повареной соли в этом районе производилась с XV в., но калийные соли были открыты только в 1925 г. Сейчас бассейн обеспечи­вает большую часть добычи калийных солей (55%) в России.

В Германии имеется уникальное Стасфуртское ме­сторождение калийных солей, расположенное неподалеку от Берлина, и бассейн Верра-Фульда.

Большая часть общих запасов сосредото­чена в Канаде (более 10,5 млрд. т). Основные залежи здесь располагаются в Саскачеванском соленосном бассейне, открытом во время бурения на нефть в 1946 г. Крупные запасы калийных солей сосредоточены и в южной части бассейна Верра-Фульда, Ганноверском бассейне в Германии, в Делаверском бассейне и в Большом Соленом озере в США, а также в Мертвом море (Израиль и Иордания). На эти место­рождения приходится более 95 % запасов калийных солей. Есть месторождения и в других странах, например, в Испа­нии - Каталонский бассейн, во Франции - Эльзас, в Таилан­де - Таиландский, в Бразилии — бассейн Такари-Вассурас.

На первом месте по производству калийных солей находятся горноруд­ные районы Саскачеван и Нью-Брансуик в Канаде, где в 60—70-х гг. XX в. открыты грандиозные месторождения калийных и каменных солей, образовавшихся в древнем морском бассейне более 380 млн лет назад. Эти открытия вывели Канаду на первое место (1/3 мировой добычи).

Таким образом, в XX в. геологи совершили могучий рывок в разведке месторождений столь необходимой калийной соли. Лидерство в калий­ной индустрии прочно захватили пять стран: Канада, Германия, Россия, Франция и США. Сегодня на их долю приходится почти 85% мирового производства, составляющее с начала 90-х гг. XX в. 17-18 млн т К2О. Из них 90—95% идёт на изготовление удобрений. О росте добычи можно судить по данным о мировом производстве К2О (в млн т): 1913 г. — 1,3; 1940 г. — 3,0; 1950 г. — 4,3; 1960 г. — 8,0; 1970 г. — 15,1; 1990 г. - 18,2.

Освоение неисчерпаемых подземных кладовых надёжно обеспечило сельское хозяйство развитых стран мира совершенно необходимым минераль­ным сырьём. И не случайно именно в странах Западной Европы и Северной Америки вот уже более четверти века получают устойчивые и высокие урожаи. Начиная с конца 80-х гг. XX в. рынок калийных удобрений в этих странах практически насытился, что привело к стабили­зации спроса и постепенному сокращению произ­водства на 2—4% ежегодно. В густонаселённых странах Южной и Восточной Азии, Южной Америки, наоборот, ощущается острый дефицит калиевых удобрений, несмотря на то что они закупают около половины добываемого в мире калиевого сырья. Особо ценятся сульфатные руды, удобрения из которых легко усваиваются расте­ниями.

Из 160 соленосных толщ разных районов мира калийные соли известны в 24 бассей­нах. Крупные залежи (около 60% прогноз­ных запасов) сосредоточены в Непском бассейне Восточной Сибири.

Месторождения разрабатываются в основном шахтным методом. Открытым способом - карьером - добывают руду только на единственном в мире месторождении - Калуш-Голынском (Ивано-Франковская область) Предкарпатского бассейна. Возможно извлечение калийных солей методом подземного растворения — вода нагнетается в скважины, растворяет руду, а затем рассол откачивают наверх, выпа­ривают и получают продукцию.

Сильвиниты доступны для подземной добычи (в шахтах) на глубинах до 1200 м, при мощности пласта не менее 1,5 м и содержании КС1 —20...26% (18...15% К2О). В технологии переработки этой породы магний является нежелательной примесью, поэтому количество MgC1 не должно превышать 3...5%. Для подземного растворения пригоден сильвинит на глубинах до 2000 м при мощности пластов не менее 10 м (на глубинах до 1000 м — не менее 5 м) при запасах более 500 млн т руды. Карналлитовые руды считаются кондицион­ными при содержании MgC1 не ниже 17%, очи доступны для подземной добычи до глубины 800 м. В сульфатных месторождениях окиси калия должно быть, как правило, более 9%. Для полигалитовых руд кондиционными считают­ся пласты мощностью не менее 1,5 м, содержащие свыше 50% полигалита.

В настоящее время в нашей стране добывается около 12 млн т К2О ежегодно, в основном на Верхнекамском месторождении. Около 90% добытой руды используют для производства калийных удобрений. Это один из немногих видов минерального сырья, запасы которого во много раз превышают потребности — при современном уровне добычи их хватит почти на 3000 лет.

Кроме калийных агроруд – солей, альтернативными источниками калия могут служить глаукониты, нефелины, сыннериты.



?

  • Какие горные породы можно использовать в качестве калийных удобрений?

  • Какие минералы входят в состав калийных агроруд?

  • Какими запасами калийных агроруд обладает Россия ?

  • Назовите крупнейшие месторождения калийных солей в России и мире ?






страница1/9
Дата конвертации25.10.2013
Размер2,12 Mb.
ТипУчебно-практическое пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы