misnikov_o_s_tehnologiya_i_kompleksnaya_mehanizaciya_otkryty (1)

В своих дальнейших исследованиях А.П. Пидопличко совместно с Р.И. Грищук разработали достаточно простую и практичную классификацию, позволяющую определять примерный вид сапропеля уже в полевых условиях, уточняя в лаборатории лишь некоторые характеристики

(табл. 19).

Таблица 19. Классификация сапропелей А.П. Пидопличко и Р.И. Грищук

	Вид сапропеля		Характеристика отложений
		Высокая зольность, серовато-голубоватый или сероватый
	Глинистый	цвет. Пластичная, тяжелая масса. Извлечен из придонных
		слоев
		А с > 30 %. Содержание СаО до 50…65 %. Залегает на гли-
	Кальциевый	нистом сапропеле. Цвет серовато-оливковый, серый, бело-
		вато-серый. Редко содержит остатки макрофитов. Рассыпа-
		ется при сушке.
		А с > 30 %. В золе содержание СаО < 10 %, SiO 2 > 30 %. Цвет
	Кремнеземистый	серовато-оливковый, оливковый. Плотный, содержит песчин-
		ки.
		Высокая зольность. Большое содержание СаО и SiO 2 или
		SiO 2 и глины, или суммы всех компонентов. Иногда содер-
	Смешанный	жат много железа. Минеральных примесей – 70…80 %. Цвет
		сероватый, темно-оливковый, голубовато-оливковый или ко-
		ричневато-серый.
	Тонкодетритовый	А с < 30 %. Цвет оливковый, коричневато-оливковый.
	Грубодетритовый	Содержит планктон и высшие водные растения. Зольность
		невысокая. Цвет темно-оливковый
		А с = 8…10 %. Много остатков высших			водных растений.
	Торфосапропель	Цвет буроватый, коричневый или темно-коричневый. При
		растирании не пачкается. Промежуточный между торфом и
		сапропелем биоресурс.
	Институтом	торфа	АН БССР	разработана	промышленно-

генетическая классификация сапропелей (табл. 20), которая отражает генетические особенности выделенных классов и обосновывает наиболее рациональные области использования донных отложений в пределах каждого класса.

Кроме зольности основными диагностическими показателями здесь являются отношения: гуминовых кислот к легкогидролизуемым веществам (ГК/ЛГ), оксида кремния к оксиду кальция (SiO 2 /CaO), оксида кальция к оксиду железа (CaO/Fe 2 O 3 ) и оксида кремния аморфного к оксиду кремния общего (SiO2 ам/SiO2 об ).

Стандарт разделяет сапропели на четыре типа: органические, кремнеземистые, карбонатные и смешанные. В пределах каждого типа по дополнительным параметрам выделены классы. Промышленно-генетическая классификация рекомендует использовать сапропели с учетом их состава и

92

свойств, сберегая таким образом наиболее ценные классы органического сырья от нерационального их применения.

Таблица 20. Промышленно-генетическая классификация сапропелей

		Диагности-				Численные значе-
	Тип	ческий			Класс				Область применения
						ния показателей
		показатель
									Стимуляторы роста, гу-
					О 1	А с < 30; ГК/ЛГ > 3			миновые		препараты,
									строительное		производ-
	Орга-								ство
		Зольность				А с < 30;			Лечебные грязи, биологи-
	ниче-				О 2
		(А с , %);				ГК/ЛГ = 1…3			чески активные вещества
	ский
		ГК/ЛГ			О 3	А с < 30;			Наполнители,		буровые
	(О)					ГК/ЛГ = 0,5…1			растворы, лечебные грязи
									Связующие вещества, бу-
					О 4	А с < 30; ГК/ЛГ < 0,5			ровые растворы, лечеб-
									ные грязи
									Удобрения, буровые рас-
					Кр 1	А с = 30…50;			творы, строительное про-
	Крем-					SiO 2 /CaO > 2			изводство,	лечебные гря-
		Зольность
									зи
	незе-
		(А с		, %);		А с = 50…85;			Кольматация		почв, там-
	мис-
		SiO 2		/CaO;	Кр 2	SiO 2 /CaO > 10;			понажные		растворы,
	тый
		SiO2 ам/SiO2 об				SiO2 ам/SiO2 об > 0,5			удобрения
	(Кр)
						А	с	> 30;
									Стимуляторы		роста, ле-
					Кр 3	SiO 2 /CaO < 4;
									чебные грязи
						Fe 2 O 3 < 0,5
	Карбо					А с < 30;			Минерально-витаминные
		Зольность			К 1	SiO 2 /CaO < 0,4;
	нат-								добавки, лечебные грязи
		(А с		, %);		Fe 2 O 3 < 5,0
	ный	SiO 2		/CaO;
						А с > 30;			Известкование почв, там-
	(К)
		Fe 2 O 3			К 2	SiO 2 /CaO < 0,4			понажные	растворы, ле-
									чебные грязи
						А с > 30;			Удобрения,	строительное
						SiO2/CaO = 0,7…2,0
					С 1				производство,		лечебные
						SiO 2/Fe 2 O 3 > 4
									грязи
		Зольность				CaO/Fe 2 O 3 > 3
	Сме-
						А с > 30;
		(А	с	, %);					Буровые растворы, строи-
	шан-					SiO2/CaO = 0,7…2,0
		SiO 2		/CaO;	С 2				тельное	производство,
	ный					SiO 2/Fe 2 O 3 = 1…4
		SiO 2/Fe 2 O 3							лечебные грязи
	(С)					CaO/Fe 2 O 3 = 0,4…3
		CaO/Fe 2 O 3
						А с > 30;
					С 3	SiO2/CaO = 0,7…2,0			Лечебные грязи
						SiO 2/Fe 2 O 3 < 1
						CaO/Fe 2 O 3 < 0,4

93

В соответствии с классификацией Министерства геологии СССР

все природное разнообразие сапропелевых отложений делится на три типа, шесть классов и девятнадцать видов (табл. 21). Здесь тип сапропеля определяется по генезису его образования: биогенный – отложение осадка происходит преимущественно за счет отмирания растений и животных водоема; кластогенный – осадок формировался при господствующей роли привноса терригенного материала; смешанный – наряду с биогенной массой в формировании осадка значительная роль принадлежит геохимическим процессам.

Наиболее перспективными направлениями использования органических сапропелей являются: в медицине – приготовление лечебных грязей, лечебных препаратов и стимуляторов роста растений; в геологоразведочной практике – приготовление буровых растворов; в производстве строительных материалов – приготовление связующего для древесностружечных плит; в земледелии – производство субстратов для выращивания клубеньковых бактерий, средств уменьшения слеживаемости минеральных удобрений.

Кремнеземистые сапропели в зависимости от содержания кремния и кальция, аморфной кремнекислоты используются для производства удобрений, мелиоранта малоплодородных земель, лечебных целей и стимуляторов роста.

Сапропелевые отложения карбонатного типа рекомендуются главным образом для минерально-витаминной подкормки животных и птиц, а также в качестве известковых удобрений и лечебных грязей (карбонатно-железистые минерализованные илы).

Из сапропелей смешанного типа приготавливают удобрения, буровые растворы, а также их используют в качестве технологических добавок в производстве аглопорита и керамзита.

Традиционные области использования сапропелей приведены на рис. 23. Двойной штриховой линией показаны перспективные направления применения минерализованного сырья для производства заполнителей легких бетонов (С.Н. Гамаюнов, О.С. Мисников). Учитывая высокую ценность малозольных сапропелей для многих необходимых народному хозяйству направлений использования (химико-технологическая, микробиологическая переработка, лечебная практика и т.п.), стандарт на сапропелевое сырье не предусматривает разработку малозольных сапропелей (до 30 % зольности) на удобрения.

Таблица 21. Классификация сапропелей Министерства геологии СССР с рекомендациями по направлениям использования

					Диагностические признаки вида, %			Направления
	Тип	Класс	Вид
					Содержание оксидов		Биологический и минера-
				Зольность				использования
					кальция	железа	логический состав
			Протококковый	30	8	5	Протококковые > 35	Удобрения;		кормовые
			Цианофицейный	30	8	5	Цианофицейные > 35	добавки (кроме торфя-
								ного);	бальнеология;
		Органический	Смешанно-	30	8	5	Сумма водорослей > 45
			водорослевый					производство стройма-
	Биогенный
			Торфянистый	30	8	5	Высших растений > 35	териалов, клеящих до-
								бавок, буровых раство-
			Зоогенно-
				30	8	5	Животных > 15	ров
			водорослевый
		Кремнистый	Диатомовый	65	8	5	Диатомовые > 35	Удобрения
			Органопесчанистый	31…65	8	5	Органические остатки 40,
							кварц > 30
			Диатомово-	31…65	8	5	Диатомовые 20, кварц > 30
		Органо-	песчанистый					Удобрения и лечебные
	Кластогенный	силикатный	Органоглинистый	31…65	8	5	Органические остатки 40,	грязи
							гл. минералы > 30
			Диатомово-	31…65	8	5	Диатомовые 20,
			глинистый				гл. минералы > 30
		Силикатный	Песчанистый	65…85	8	10	Кварц 30…50	Мелиорант почв
			Глинистый	65…85	8	10	Гл. минералы 30..50
			Органо-	31…65	8…20	10	Органические остатки 40,
			известковистый				кальцит до 20	Удобрения,		нейтрали-
		Карбонатный	Глинисто-известков.	31…85	8…20	10	Гл. минер. > 30, кальцит до 20	затор	кислых почв,
								кормовые добавки
			Известковый	31…85	20	10	Органические остатки 15…50,
							кальцит 20…40
	Смешанный		Органожелезистый	31…65	8	5…10	Органические остатки 15…50,	Удобрения,		лечебные
							лимонит 5…10
								препараты,		модифици-
			Известково-	31…65	8…20	5…10	Кальцит до 20,
								рующие добавки
		Железистый	железистый				лимонит 5…10
			Лимонитовый	31…65	8	10	Лимонит > 10	Красители
			Сульфидный	31…65	8	10	Пирит, марказит > 10

Рис. 23. Основные направления использования сапропелей

Повышение плодородия почв. Традиционное и самое распространенное направление использования сапропелей – улучшение агротехнических свойств земель сельскохозяйственного назначения. Предпосылками такого применения сапропелей служит то, что в естественном состоянии сапропели содержат микроорганизмы всех функциональных групп, осуществляющих круговорот в природе углерода, азота и других биогенных элементов. Причем численность микроорганизмов некоторых групп незначительна и колеблется от нескольких клеток до десятков тысяч на единицу массы сухого вещества. При проведении процесса обезвоживания извлеченных из водоемов сапропелей происходит увеличение количества различных видов микроорганизмов, в частности актино- и макромицетов, осуществляющих деструкцию трудноразлагающихся органических веществ.

Смешивание сапропелей с навозом, избыточным илом, куриным пометом и другими богатыми азотом веществами при закладке штабелей приводит к значительной активизации микробиологических процессов в компостах и повышению их качества. Сапропелевые удобрения положительно влияют на биодинамику почв и урожайность сельскохозяйственных культур. Происходит это в результате улучшения водно-воздушного и пищевого режимов почвы, а также обогащения ее агрономически ценными видами микроорганизмов. Последние в большей мере определяют корневое питание растений, снабжают их различными физиологически активными веществами и создают благоприятный фитосанитарный фон почвы.

96

Вусловиях постоянного увеличения дефицита энергоносителей и темпов загрязнения окружающей среды перспективным является использование сапропелей для производства бактериальных удобрений. На основе отобранных из микробиоценозов сапропелей ростостимулирующих штаммов микроорганизмов готовятся сапропелево-бактериальные препараты под свеклу, картофель, томаты и другие овощные культуры. Большое хозяйственное значение имеют получаемый на местах штамм ризобий и широко

испытанный в производстве сапропелевый нитрагин. По эффективности этот нитрагин превосходит известный ризоторфин4, повышая в среднем урожайность бобовых культур, фиксацию атмосферного азота за период вегетации. Широкое применение сапропелевого нитрагина под бобовые культуры позволит свести до минимума использование очень дорогих азотных удобрений, сэкономить большие объемы расходуемых на их производство природного газа, электроэнергии и улучшить экологическую обстановку в районах расположения сапропелесодержащих озер.

Известно, что эффект применения минеральных удобрений зависит от емкости поглощения почвы, которая определяется количеством органического вещества в ней. Органическое вещество выполняет и ряд других функций – определяет структуру, микробиологический и воздушный режимы почвы. В состав сапропеля входят почти все необходимые для питания растений вещества, что делает его особо ценным комплексным органоминеральным удобрением.

Взависимости от свойств и состава сапропель может использоваться на удобрения в чистом виде и с минеральными добавками. Для использования в чистом виде наиболее пригодны органоизвестковистые и известковистые виды сапропеля. Органические сапропели, как правило, слабокислые и обедненные минеральными компонентами, поэтому желательно компостировать их с минеральными удобрениями. Различные по составу сапропели неодинаково влияют на плодородие почв. Но в целом можно отметить, что под влиянием сапропеля почвенная реакция смещается в сторону подщелачивания, отмечается увеличение валового азота и гумуса в почве, наблюдается улучшение структуры почв. Особая роль принадлежит известковистым сапропелям, использование которых для нейтрализации кислых почв значительно эффективнее, чем применение извести минерального происхождения, так как кальций сапропеля лучше усваивается, при этом почва обогащается органикой и необходимыми макро- и микроэлементами.

Используемые на удобрения сапропели (табл. 22), условно разделяют на три группы: истинные сапропели с содержанием органических веществ свыше 50 %, обедненные сапропели с содержанием органических веществ от

4 Ризоторфин – препарат, полученный путем культивации азотобактеров на торфе низинного типа, подвергнутом радиационному облучению. Другой вид бактериального удобрения на торфяной основе – чистая культура азотобактеров на специально подготовленном торфяном материале-носителе под названием «Ризофил».

97

10 до 50 % и минеральные илы с содержанием органических веществ до 10 %. Обычно на месторождениях сапропель первой группы подстилается отложениями второй группы, ниже которых почти всегда залегают минеральные илы.

Таблица 22. Состав сапропелевых отложений (А.В. Смирнов)

	Номер			Об-				Fe 2 O 3 +
		Золь-	Кислот-	щий	Р 2 О 5 ,	К 2 О,	СаО
	груп-							Al 2 O 3 ,
		ность, %	ность, рН	азот,	%	%	, %
	пы							%
				%
	1	50	7…8,5	1…5	0,2…0,	0,1…0,	20	6…12
					7	7
	2	50…90	6,5…7,5	2	0,1…1,	0,5…1,	48	2,5…3,5
					5	5
	3	> 90	4…6,5	1,5	0,5	0,5	> 10	8…29

Рекомендуется использовать первую группу сапропелевых отложений на удобрение по всей глубине залежи от кровли пелогена до подстилающих отложений второй группы. Сапропель второй группы наиболее богат и ценен по химическому составу в слое от кровли пелогена на глубину до 1,5…2,0 м. Сельскохозяйственная ценность отложений третьей группы обычно невысока и определяется местными почвенными условиями и природными особенностями месторождения. Их можно использовать в строительном производстве для изготовления искусственного пустотелого заполнителя легких бетонов.

Сапропель первой группы применяется в качестве органоминерального удобрения. При компостировании он не нуждается в дополнительном обогащении органическим материалом (торфом и другими компонентами). Сапропель второй группы применяется в качестве сложного минерального удобрения, богатого главным образом известью, отчасти фосфорной кислотой, общим азотом и органическим материалом. Минеральные илы находят применение преимущественно для улучшения механического состава почв и снижения кислотности (при условии высокого содержания в них окиси кальция).

Применение сапропеля в животноводстве. Повышение эффектив-

ности использования кормов является одной из главных задач при разработке комплекса мероприятий по увеличению производства продуктов животноводства. Для сбалансированного рациона с широким содержанием комплекса элементов питания, а также в целях стимулирования продуктивности животных и птицы необходима разработка стимуляторов, улучшающих процессы пищеварения и соответственно увеличивающих полноту использования питательных веществ кормов.

На современном этапе в практике животноводства с этой целью используется ряд высокоэффективных биологически активных веществ. К таким веществам относятся и препараты гумусовой природы – гумат натрия и гидрогумат. Установлено, что применение этих препаратов стимулирует окис-

98

лительные процессы в организме, в результате чего повышается обмен и накопление белков в сыворотке крови, увеличивается образование эритроцитов, повышается синтез витаминов, и в особенности витамина А, оказывается высокий лечебный эффект при токсикозах, нормализуется обмен веществ. Под влиянием гумата натрия и гидрогумата у молодняка крупного рогатого скота на доращивании и откорме повышается среднесуточный прирост живой массы. Под действием этих препаратов заболеваемость поголовья молодняка крупного рогатого скота и свиней респираторными и желудочнокишечными болезнями в условиях комплексов снижается в 1,5…2 раза. Анализ свойств сапропеля свидетельствует о том, что они сконцентрировали в себе комплекс веществ, необходимых организму животных (B 1 , B 2 , В 12 , каротин, набор аминокислот, биологически активные вещества природного происхождения и т.п.

Кроме этого, был проведен целый ряд опытов на молодняке свиней по скармливанию с основным рационом по 40 г на голову сухих сапропелевых добавок для обеспечения активизации защитных систем организма. При этом в середине и конце эксперимента повышалась фагоцитарная активность лейкоцитов. Бактерицидная активность сыворотки крови также поддерживалась на высоком уровне.

Исследования активизации обменных процессов, а также повышения клеточных и гуморальных факторов защиты у свиней позволили установить положительную динамику на продуктивности домашних животных. Включение в их дневной рацион по 40 г сапропеля обеспечило увеличение среднесуточных приростов живой массы на 10,7 %, а при подкорме животных во время доращивания и откорма – на 14,7 %. Важной биологической особенностью кормления поросят в первый месяц жизни является недостаточное поступление с материнским молоком ряда элементов (железа, цинка, кобальта, меди, марганца). Недостаточное поступление железа отмечается также в рационе молодняка норок, вскармливаемого сырой рыбой. Это ведет к возникновению у животных анемии. Сапропели как источник железа и других макро- и микроэлементов, витаминов, аминокислот, биогенных стимуляторов могут сыграть значительную роль в ликвидации дефицита ряда элементов. Причем высокую степень усвояемости в организме поросят имеют озерные отложения органического типа.

Использование в строительном производстве. Использование биогенных материалов (торфа и сапропель) в производстве различных строительных материалов давно не является экзотикой, особенно для специалистов, занимающихся проблемами их добычи и переработки. В первую очередь, к эффективным строительным материалам, позволяющим существенно снизить материалоемкость и стоимость строительных конструкций, относятся теплоизоляционные материалы. Огромный интерес представляет использование сапропелей в качестве органического связующего компонента, который обладает высокой пластичностью, вязкостью, адгези-

99

онными свойствами, адсорбционной способностью. Результаты исследований по разработке теплоизоляционных материалов на основе отходов дерево- и льнопереработки, картонно-бумажного производства позволили определить основные физико-механические показатели новых материалов: плотность – 150…450 кг/м 3 ; предел прочности на изгиб – 0,4…3,0 МПа; водопоглощение – 9…20 %; теплопроводность в сухом состоянии при температуре 25ºС – 0,048…0,075 Вт/м °С. Возможность промышленного изготовления теплоизоляционного материала, соответствующего указанным требованиям, подтверждена в производственных условиях. Разработаны и утверждены в установленном порядке временные технические условия на сапропелевые. Необходимость и возможность организации и расширения производства теплоизоляционных материалов с использованием сапропеля в качестве связующего подтверждаются достаточной сырьевой базой, получением экологически безопасной продукции, относительной дешевизной сырья. Сапропель даже без дополнительной переработки может с успехом заменить торфяное связующее при изготовлении строительных блоков «Геокар», в которых используется высокодиспергированный механическим способом торф.

Высокодисперсная фракция (< 50 мкм) органических сапропелей с высоким содержанием гидролизуемых веществ обладает склеивающей и гидрофобизующей способностью и может быть использована в качестве связующей добавки при производстве древесно-волокнистых плит. Технологический процесс производства древесно-волокнистых плит с использованием сапропелевого связующего прошел ведомственные производственные испытания.

Малозольные сапропели, обработанные раствором едкого натра, предупреждают образование выцветов при обжиге кирпича. Щелочь, а также образующаяся восстановительная среда активно влияют на фазовые превращения в изделиях в сторону увеличения содержания стеклофазы в керамике. На этой основе разработан способ изготовления глиняных лицевых кирпичей с применением в качестве технологической добавки в глину сапропеля для предупреждения образования выцветов на поверхности изделий.

Получение буровых и тампонажных растворов. Снижение эколо-

гической нагрузки на окружающую среду при проведении геологоразведочных работ является одной из острейших проблем. На ее решение направлены исследования по изучению сапропелевых дисперсных систем жидкообразного состояния различного генетического типа в зависимости от степени дисперсности, концентрации твердой фазы, температуры, добавок щелочей, кислот и солей поливалентных металлов. Экспериментально установлено, что по электрореологическим свойствам сапропелевые дисперсии предпочтительнее дисперсий аэросила, диатомита и двуокиси кремния. В связи с этим сапропелевые дисперсии могут быть использованы в качестве рабочих жидкостей для различных гидросистем. Дисперсии

100

сапропеля обладают ингибирующим действием по отношению к процессам коррозии металлических поверхностей.

Исследование реологических свойств дисперсий сапропелей позволило создать рецептуры буровых и тампонажных растворов, прямых и обратных эмульсий, буферных жидкостей. Сапропелевые буровые и тампонажные растворы показали высокий эколого-экономический эффект при бурении скважин на нефть и газ, минерализованные и пресные воды, твердые полезные ископаемые.

Разработанные буровые растворы содержат балластные гуматы в сочетании с полимерами, в качестве которых используются полисахариды и полиакрилаты. При определенных соотношениях этих ингредиентов наблюдается проявление синергетического эффекта. Кроме этого разработаны рецептуры буровых растворов с повышенными (флокулирующими) и пониженными (диспергирующими) свойствами.

Экологически чистые буровые растворы на основе гуматных реагентов обладают регулирующими структурно-реологическими и смазочными свойствами, способствуют сохранению устойчивости ствола скважин, характеризуются низкой водоотдачей, имеют пониженную стоимость. Буровые растворы на основе балластных гуматных реагентов наиболее эффективны при бурении скважин в сложных условиях, обусловленных наличием зон поглощения.

Интенсификация термообработки горючих сланцев. Для обосно-

вания нового направления использования сапропелей была изучена возможность их применения для обогащения высокозольных горючих сланцев с целью интенсификации их термопереработки с целью увеличения выхода смолы и газа, а также улучшения их состава. Применение различных методов исследования позволило установить, что уже на стадии приготовления смеси происходит взаимодействие компонентов, приводящее к изменениям в структуре, следствием чего является уменьшение зольности, кислотности и содержания карбонатов в шихте. Оптимальная концентрация органического сапропеля составила 10 %. При соблюдении такой концентрации наблюдается увеличение выхода газа и смолы на 54 % по сравнению с контрольными образцами. В смоле, образовавшейся в результате термической деструкции модифицированного горючего сланца, при увеличении количества сапропеля наблюдается монотонное повышение содержания алифатических при снижении ароматических углеводородов. Выход гетероатомных соединений в смолу при низких концентрациях сапропеля выше, чем для исходного образца, а с ростом его количества наблюдается тенденция к уменьшению. Содержание смоляных и водорастворимых фенолов при использовании добавок также выше, чем у немодифицированного сланца и достигает максимума также при 10 %-ном содержании сапропеля в шихте. Выход суммарных фенолов в этом случае в 4 раза выше, чем в контрольном образце. Однако для