Карбонат кальция химического синтеза

Карбонат кальция химического синтеза - отход при производстве азофоски представляет практически чистый CaCO3, отличающийся от природного мела более благоприятными физико-механическими свойствами (не гигроскопичен, содержит не более 2% влаги, характеризуется тонким гранулометрическим составом). Из токсичных соединений карбонат кальция химического синтеза содержит 1,2-1,7 (в среднем 1,5%) стабильного нерадиоактивного стронция и до 0,3% фтора. В отличие от каменноугольных зол вследствие высокого содержания CaCO3 соотношение кальций: стронций в карбонате кальция химического синтеза почти такое же, как в дерново-подзолистых почвах 30-40:1. Поэтому экспериментальные данные подтвердили возможность применения этого отхода в качестве известкового удобрения.
В Германии для известкования почв широко применяются металлургические шлаки, а в целом отходы промышленности составляют 3/4 ассортимента известковых удобрений. Приведенные в таблице материалы свидетельствуют о том, что в металлургических шлаках Германии вызывает опасение только высокое содержание хрома, которое все же ниже, чем в отечественных сталеплавильных шлаках (таблица 32).

По аналогии с минеральными удобрениями рассмотрим вероятность загрязнения почвы тяжелыми металлами при известковании почвы различными формами известковых удобрений. Основное известковое удобрение в России, как и в абсолютном большинстве стран за рубежом, известняковая (доломитовая) мука, получаемая путем размола природных карбонатных пород различной твердости. Средняя доза известняковой муки, обеспечивающая положительный баланс кальция в почве, составляет около 5 т/га с периодичностью ее внесения один раз в 6 лет. Таким образом в среднем в год условно в почву поступает 5 т/га : 6 = 0,83 т/га физической массы известняковой муки. Используя данные химического состава этого известкового удобрения, получим следующее среднегодовое поступление тяжелых металлов с известняковой мукой (табл. 33).

Расчетные данные свидетельствуют о том, что среднегодовое поступление в почву с известняковой мукой кадмия, свинца, цинка, никеля, меди и хрома ничтожно мало по сравнению с их фоновым содержанием в почве. Многократное периодическое известкование не может существенно изменить валовое содержание этих элементов в почве. Мало вероятно и увеличение содержания подвижных форм этих элементов, так как при подщелачивании среды в почве подвижность тяжелых металлов в несколько раз снижается. Фоновое содержание стронция в почве составляет 0,03%, или 300 мг/кг. Поэтому среднее ежегодное поступление 0,1 мг/кг стронция не может существенно изменить содержание этого элемента в почве.
Проведенные расчеты в отношение кадмия, свинца, цинка, никеля, меди, хрома и стронция свидетельствуют о том, что внесение известняковой муки совершенно безопасно для загрязнения почвы этими элементами.
Иная ситуация может возникать при известковании почвы известьсодержащими отходами промышленности, в составе которых имеется значительное количество токсических элементов. достигающее не только десятые, но и целые доли процента.
Рассмотрим возможность создания неблагоприятной ситуации по загрязнению почвы стронцием при известковании следующими известьсодержащими отходами промышленности: карбонатом кальция химического синтеза (сокращенно ККС) и каменноугольной золой.
KKC - отход при производстве азофоски представляет из себя практически чистый CaCO3 с незначительным содержанием влаги Содержит в среднем 1,3-1,7% стабильного стронция. Соотношение между кальцием и стронцием 28:1. Каменноугольная зола ТЭЦ образуется при сжигании высокозольных углей имеет невысокую нейтрализующую способность, соответствующую 50-60% CaCO3 и содержание стронция до 2%, при соотношении Ca:Sr = 10:1. Известно, что среднее содержание кальция в дерново-подзолистых почвах составляет около 1%, а стронция 0,03%. Следовательно, нормативное соотношение между этими элементами составляет 33:1. При внесении обеих форм известковых удобрений в равных дозах, соответствующих 5 т/га CaCO3, соотношение Ca:Sr изменится следующим образом. При внесении KKC оно станет 31:1, а при внесении золы - 28:1. В первом случае соотношение Ca:Sr в почве изменяется незначительно, во втором существенно. Результатом наших расчетов является следующий прогноз: при внесении в почву KKC отрицательные последствия в нарушении соотношения Ca:Sr в почве и растениях маловероятны, в то время как каменноугольная зола может существенно изменять этот важнейший показатель как в почве, так и в растениях. В последнем случае не только необходим контроль за соотношением Ca:Sr в почве, но и комплекс мер по недопущению его изменения при известковании золой бурых углей.
Прогноз вероятного загрязнения почвы стронцием при внесении KKC и каменноугольной золы может быть произведен также с использованием иного методического подхода. Известно. что утвержденных нормативов на содержание предельно допустимого количества стронция в почве нет. По Ковальскому такой величиной принято считать 600 мг/кг почвы. Рассмотрим вероятность загрязнения почвы с использованием этого контрольного показателя при использовании KKC и золошлаковыми отходами. Среднее содержание стронция в почве составляет 0,03% или 300 мг/кг. Следовательно, для того, чтобы довести содержание этого элемента до критического уровня, его необходимо удвоить или внести дополнительно 300 мг/кг почвы стронция. 300 мг/кг Sr соответствует следующему количеству этого элемента на гектар:

где 3000000 - масса пахотного слоя в 20 см, кг/га; 300 - содержание Sr в почве, мг/кг.
В карбонате кальция химического синтеза содержится 1,4% Sr или 14 кг в тонне. Следовательно, для того, чтобы внести в почву 900 кг/га Sr потребуется 900:14 = 64 т/га, то с учетом его нейтрализующей способности составит 64*0,96 = 62 т/га чистого CaCO3. Примем как среднюю дозу CaCO3 5 т/га с периодичностью внесения 1 раз в 6 лет. Период времени, в течение которого в почву поступит 900 кг/га Sr с KKC составит 62 т/га : 5 т/га х 6 лет = 74 года.
В каменноугольной золе содержится 2% Sr, или 20 кг в тонне. Для того, чтобы внести в почву 900 кг/га Sr с золой потребуется 900:20 = 45 т/га. В связи с низкой нейтрализующей способностью золы (50%) это количество будет соответствовать 45 * 0,5 = 22,5 т/га CaCO3 При тех же дозах и периодичности известкования период времени для поступления в почву 900 кг/га стронция с золой составит 22,5 т/га : 5 т/га х 6 лет = 27 лет. Приведенные расчеты, хотя и имеют определенную условность, так как не учитывают отчуждение из почвы стронция с урожаями растений и инфильтрационными водами, все же дают объективно научный прогноз использования любых удобрений в земледелии, как источников загрязнения токсичными элементами. Как видим из наших расчетов, применение ККС, как вероятного загрязнителя почвы стронцием, в 2,7 раза безопаснее, чем каменноугольной золы.
Еще более опасная ситуация по загрязнению почвы стронцием может создаваться при применении фосфогипса в качестве химического мелиоранта. Содержание стронция в фосфогипсе достигает 3%, то есть тонна этого отхода содержит 30 кг стронция. При дозе в 10 т/га для мелиорации солонцов будет внесено на гектар 300 кг стронция и его содержание увеличится на 100 мг в кг почвы. Следовательно, трехкратное внесение фосфогипса в среднем удваивает содержание стронция в почве и доводит его до критического уровня. Необходимо учитывать также, что стронций содержится в этом мелиоранте в форме сульфатов, которые отличаются большей растворимостью, чем карбонаты и, следовательно, большей подвижностью в почве Следствием этого может быть загрязнение стронцием грунтовых вод и растительной продукции.
Аналогичный расчет может быть произведен для прогноза изменения содержания в почве хрома при известковании сталеплавильными шлаками, которые в среднем содержат 2-3% хрома Преобладающее содержание хрома в почве составляет 40-80 мг/кг. При внесении в почву средней дозы шлака 5-6 т/га содержание хрома в почве может увеличиться на 40-50 мг/кг. то есть почти удвоиться Максимальное содержание хрома в шлаках может достигать 4-5% и, при дозе 8-10 т/га, это может приводить к поступлению в почву 100 и более мг/кг хрома. Поэтому для прогноза вероятного загрязнения почвы тяжелыми металлами необходим предварительный анализ возможных изменений в почве при использовании отходов промышленности в качестве известковых и других удобрений. Ho окончательный прогноз может быть сделан только по результатам длительных полевых опытов со специальной задачей по изучению накопления TM в почве и растениях при внесении отходов промышленности. Таких опытов в настоящее время крайне недостаточно.

---