Утилизация отходов рудника «Ковдорслюда» для производства нового типа калийных минеральных удобрений

УДК 553.677.3/550.42

Н.И.КРАСНОВА, И.В.МАТВЕЕВ, А.А.ТЕРЕШИНА, А.В.АПАНАСЕВИЧ, В.В.ВАСИЛЬЕВА, Л.П.КОРОБЕЙНИКОВА, Ю.С.КОРОБЕЙНИКОВА

Санкт-Петербургский университет

УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ РУДНИКА «КОВДОРСЛЮДА» ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НОВОГО ТИПА КАЛИЙНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

Проект посвящен разработке рекомендаций для производства комплексного калийного, кальциевого и фосфорного удобрения пролонгированного действия из отходов горнодобывающего производства рудников «Ковдорслюда» и ОАО «Ковдорский ГОК». Важной задачей является утилизация отвалов, накопленных за все годы эксплуатации этих активно действующих рудников. Актуальность создания нового комплексного калийного удобрения из флогопита, апатита и кальцита определяется тем, что оно не обладая высокой растворимостью, будет иметь пролонгированный характер действия. В целях экспериментальной проверки возможности применения этих минеральных отходов в качестве удобрений летом 2001 г. были проведены серии микроделяночных полевых опытов с картофелем сорта «Невский», являющимся типичным «калийным» растением, в результате которого установлено влияние на растения не только флогопита и кальцита, но и тонко измельченной франколи-товой породы, являющейся природным источником фосфора. Эксперимент сопровождался мониторингом баланса главных химических элементов в цепочке удобрение - почва - растение. Это является следующим шагом к разработке нового типа комплексного удобрения пролонгированного действия, содержащего необходимые элементы (К, Са, Mg и Р) в доступной для растений форме и не подверженного легкому вымыванию из почвы поверхностными водами.

The project is devoted to development of the recommendations for manufacture complex potassium, calcium and phosphoric fertiliser of long action from the tailings of the Kovdor mining Companies «Kovdorsluda» and Joint Stock «Kovdorsky GOK», Murmansk area. Utilisation of the tailings accumulated during all active mining period at these Companies undoubtedly has tremendous importance for their future development. The urgency of development of the recommendations for creation of new complex potassium fertiliser from a phlogopite, apatite and calcite is determined by that it will not have high solubility, and on the contrary, will have a long «life span» character of action. A new set of field experiments with a potatoes of a sort «Nevsky», being typical «potassium» plant, started in summer 2001. The main task was to determine the complex influence on the plants in addition to phlogopite and calcite also of fine-grained francolite rock as a naturally source of phosphorous. The experiment is accompanied by monitoring of balance of the main chemical elements in a chain: fertiliser - soil - plant. This is an additional step to work out a new type of long-acting complex fertiliser enriching the soil with the necessary elements (K, Ca, Mg, P), in a form that is accessible for plants but not washed away quickly (i.e. leached) by surface water.

В Ковдорском массиве щелочных, ультраосновных пород и карбонатитов с 1963 г. разрабатывается одно из самых больших в мире месторождений флогопита. До настоящего времени крупночешуйчатый флогопит в основном используется как электроизоляционный материал, тогда как

вся мелкочешуйчатая и плохо расщепляющаяся на тонкие пластинки слюда уходит в отвалы, которые теперь хорошо видны из космоса. В последние годы традиционное использование флогопита в электроизоляционной промышленности сократилось, в связи с чем утилизация быстро накапливае-

-- 159

Санкт-Петербург. 2002

мых слюдяных отходов производства является весьма актуальной задачей.

Принципиальная возможность использования флогопита в качестве источника калия определяется тем, что средние содержания К20 в этом слоистом силикате обычно составляет 8-9 % по массе. Калий занимает в структуре слюды межслоевые позиции, располагаясь в шестерной координации, и вследствие относительно слабых сил связи легко выносится из структуры при воздействии различных реагентов.

Впервые результаты опытов по применению слюды в качестве источника калия при производстве удобрения были опубликованы в 1911г. в работе А.А.Стольгане. Автор в качестве источника калия использовал такие минералы, как нефелин, мусковит, биотит, лейцит и другие. Позднее Ф.В .Чириков исследовал доступность для растений калия из силикатов*. Им и его учениками была проделана целая серия опытов по методу изолированного питания. В качестве изучаемых минералов были использованы биотит, нефелиновая порода, мусковит и искусственный К-цеолит. Практическая реализация использования слюды в целях производства минеральных калийных удобрений была осуществлена финской компанией «Кемира Ои». На месторождении кар-бонатитов Силлинярви, кроме добычи главного полезного ископаемого - апатита, был реализован способ утилизации накапливающихся в хвостах обогатительной фабрики слюды - флогопита. Из тонко измельченного флогопита, смешиваемого в определенной пропорции с кальцитом, изготавливается К-, Са-удобрение «Кегтга ЫоШй».

В настоящее время в качестве калийных удобрений наиболее часто используются хлорид, сульфат или нитрат калия. Это удобрения с высоким содержанием доступного для растений калия хорошо растворимы в воде, вследствие чего под воздействием поверхностных реагентов калий частично вымывается из почвы. В связи с

Чириков Ф.В. Агрохимия калия и фосфора. М.: Госсельхозиздат, 1956.

160

этим в последние годы наблюдается тенденция по созданию менее растворимых удобрений пролонгированного действия, не приводящих к нежелательному увеличению концентрации хлора, нитрат- или сульфат-ионов в окружающей среде.

На кафедре агрохимии Санкт-Петербургского университета была проведена серия полевых и вегетационных опытов по использованию ковдорской слюды в качестве калийного удобрения. Основными объектами исследования были ячмень сорта «Потра» и картофель сорта «Невский». Схема полевого опыта включала варианты с внесением различных доз предварительно измельченного флогопита фракции 2,5-0,5 мм, а также с совместным внесением флогопита и кальцита. Эффективность применения флогопита определялась по сравнению с результатами контрольного опыта без внесения удобрения, а также с использованием распространенных калийных удобрений - сульфата и хлорида калия.

О характере потребления калия растениями можно судить по содержанию его в надземной биомассе и клубнях (см. таблицу).

Содержание калия в картофеле (сорт «Невский») в микрополевом опыте с применением флогопита в качестве калийного удобрения

Номер опыта

1 2

3

4

5

6

7

8

9

10

Схема опыта

Контроль №

КР + доза кальцита

№ + 0,5 дозы К2804

КР + 1 доза К2804

№ + 2 дозы К2304

КР + 0,4 дозы слюды

КР + 0,7 дозы слюды

КР + 1,0 дозы слюды

КР + доза кальцита + + доза слюды

Надземная биомасса

2.5 3,0 2,0 3,3

3.6 3,9 3,6

3.6

3.7 4,0

Клубни

1,0 1,1 1,0

1.7 1,6

1.8 1,5 1,5 1,7 1,7

Примечание. КР - азотно-фосфорное удобрение.

Как видно из таблицы, флогопит полностью обеспечивает растения картофеля калием, причем содержания калия в вариантах с внесением слюды и К2804 сопостави-

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.151

мы. Урожай в вариантах с внесением слюды был большим, чем при использовании сульфата калия.

На основе проведенных опытов с культурой картофеля и ячменя можно сделать вывод о целесообразности применения слюды в качестве калийного удобрения. Лабораторные исследования показали возможность использования как крупной фракции (0,25-2,0 мм), так и более мелкозернистой, так как калий в достаточном количестве экстрагируется из обеих фракций флогопита.

Медленная экстракция калия из слюды требует внесения высоких доз или совместного внесения слюды и хорошо растворимых калийных удобрений. В связи с этим наши дальнейшие исследования будут посвящены разработке микробиологического препарата, ускоряющего трансформацию слюды в почве. В настоящее время изучается также возможность использования молотой франколитовой (карбонат-апатитовой) породы в качестве фосфорсодержащего компонента комплексного минерального удобрения.

- 161

Санкт-Петербург. 2002