ГУМИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ КУЗБАССА

На сегодняшний день Кузбасс добывает 211 млн. тонн угля [3]. Однако большие объемы добычи приводят к кризисной экологической обстановке в области. На долю угольной промышленности приходится 14,6 % (383,92 млн. кубометров в год) неочищенных вод. Угольные предприятия сбрасывают 34,4 % всех взвешенных веществ и 10 % нефтепродуктов. При ведении горных работ, разрушается геологическая среда. Площадь нарушенных земель в Кузбассе, требующих рекультивации, составляет 100 тыс. га, ежегодный прирост 1 тыс. га.       

Угли Кузбасса классифицируются по следующим маркам: бурые; длиннопламенные; газовые; жирные; коксовые; отощенно-спекающиеся; тощие; антрациты. Известно, что самую низкую теплоту сгорания имеют бурые угли  (22–31МДж/кг) залегают выше всех остальных, поэтому их обычно сгребают в отвалы. Между тем, бурый уголь является ценным сырьем для получения гуминовых веществ, содержание которых может достигать 85 %.

ГВ представляют собой смесь макромолекул переменного состава и не регулярного строения. Важной характеристикой ГВ является – способность вступать в реакции с другими соединениями, особенно это касается их реакционноспособной части – гуминовых кислот (гумусовых кислот). Благодаря карбоксильным, гидроксильным, карбонильным группам и ароматическим фрагментам кислоты гумусовые кислоты вступают в ионные, донорно-акцепторные и гидрофобные взаимодействия, т.е. способны связывать различные классы экотоксикантов, образуя комплексы с металлами и соединения с различными классами органических веществ. Тем самым они выполняют функцию своеобразных посредников, смягчающих действие загрязнений на живые организмы – естественные детоксиканты.

Таким образом,  при получении ГВ из ТГИ (твердых горючих ископаемых), возможно, решать одновременно несколько задач, первая – переработка отходов угледобычи,  вторая – получение ценных видов химических продуктов.

Следует отметить, что приоритетным направлением развития Кемеровской области  является  глубокая переработка угля, в том числе и отходов угледобычи (окисленных углей, низкосортны углей)[5].

На сегодняшний день известно, что имея гетерогенность структуры возможности ГВ безграничны, они находят практическое применение в различных областях промышленности, медицине (В медицине проникая в неповреждённую кожу, гуминовые кислоты питают клеточные мембраны, стимулируют ферментную и метаболическую деятельность, восстанавливают нервные волокна, удаляют из кожи 95% ионов тяжелых металлов, токсинов и микрофлоры, оказывают противовоспалительное воздействие на животные ткани, и, являясь активным компонентом лечебной грязи, эффективно используются для лечения заболеваний опорно-двигательной системы. Так же их используют для производства биологически активных добавок (БАД)  и сельском хозяйстве,  а также выявлено, что  ГВ способны стимулировать  биологическую активность почв, что определяет их перспективное использования при рекультивации, что не мало важно для Кузбасса.

В сельском хозяйстве  ГВ  используют как стимулятор роста растений. Так, например,  в работах Кузбасских ученых [сотрудников института углехимии и химического материаловедения] были исследованы гуматы натрия  Naр полученные из Бурого угля группы Б2 («рядовой», пласт Итатский,  Кайчакского месторождения Канско-Аченского бассейна) и естественно-окисленный формы данного угля «сажистый» гуматы натрия  Nас. Эксперимент проводился на породном отвале «Южный» ОАО разреза «Кедровский». Для исследования выбраны участки, лишенные растительности, (поливы гуматами проводили 2 раза за вегетацию – в середине июня и июля) [6].

В результате проведения исследования установлено, что гуматы натрия оказывают стимулирующие действие на накопление сухой массы овса в течение вегетации. Наибольший эффект оказало внесение 0,005% гумата натрия полученного из рядового угля. Наблюдалось увеличение листовой поверхности, количество общих и продуктивных побегов, повышение концентрации фотосинтетических пигментов.[4]

Анализ литературных данных показал, что свойства ГВ меняются от особенностей месторождения  и технологии получения.

Одним из главных технологических приемов получения ГВ из  твердых горючих ископаемых (ТГИ) – водно-щелочная экстракция с последующим осаждением их в кислой среде. Степень извлечения ГВ зависит от условий экстракции, от вида реагентов, концентрации растворов, времени контакта углей с раствором, температуры, соотношения объемов углей и раствора.

Так  в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН (Кемерово) разработан комплекс технологий выделения из бурых углей гуминовых препаратов. Они могут служить в качестве стимуляторов роста и удобрений для сельскохозяйственных растений, а также быть полезными при рекультивации почв.  На сегодняшний день разработан стенд,  который включает в себя блок экстракционной переработки углей и выделения горного воска и битумов, блок получения гуматных препаратов.

Технологическая схема получения гуминовых и фульвокислот в форме гидрогелей и технических паст.

В результате механо-активационной обработки выход водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот увеличивается до 90%. Такой эффект объясняется ударно-сдвиговым воздействием, сопровождающимся разрушением и разупорядочением структуры бурого угля. Образующиеся при этом новые структурные поверхностные группы - активны и вступают во взаимодействие с окружающими молекулами, что в конечном итоге повышает выход и облегчает выделение конечных продуктов. В процессе механо-активационной обработки размер угольных частиц уменьшается от 500 мкм до 5 мкм, то при этом происходит также вскрытие ранее не доступных для контакта микропор, из которых извлекаются дополнительно нативные гуминовые вещества, способные реагировать с гидроксидом натрия, тем самым увеличивая выход водорастворимых натриевых солей гуминовых кислот.

Также ведется работа по повышению эффективности экстракционной переработки бурых углей и торфов посредством их химической модификации алкилированием.   В результате алкилирования органическая масса углей насыщается водородом и при пиролизе или термическом ожижении дает продукты с повышенным содержанием водорода, что важно в плане получения жидких топливных фракций.

Основываясь на многочисленных исследованиях подтвержденными на современных приборах, Кузбасскими учеными ведется работа по созданию модели «структура - свойства». То есть по свойствам исходного образца  гуматосодержащего материала можно будет судить о том сколько получиться из него гуматов и какими они будут обладать свойствами и делать определенные прогнозы по их использованию.

Таким образом, в Кузбассе активно ведутся исследования по производству и применению  ценных химических соединений из БУ  – экстракционные битумы, гуминовые вещества, которые можно использовать в различных отраслях промышленности. Исследования могут послужить основой создания ряда комплексных технологий переработки нетрадиционных для Кузбасса ресурсов.

Список литературы:

1. Жеребцов,  С.И. Комплексные технологии и продукты переработки торфов, бурых и некондиционных углей Кузбасса [Текст] / С.И. Жеребцов, А.И. Моисеев  // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) 2008.– № 12. – С 114–124.
2. .«Зеленая химия»: Получение гуминовых веществ из низкосортных углей // Сборник материалов международного экономического форума «социально-экономические проблемы развития старопромышленных регионов», посвященного 65-летию КузГТУ– [Электронный ресурс ]. – Режим доступа: http://science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/Other/2015/ekonom/pages/Articles/2/Dvoeglazova.pdf (дата обращения 5.06.2016)
3. Информационный портал «Кемеровская область»,  Главное управление по работе со СМИ администрации Кемеровской области, 2016 [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://kemoblast.ru/news/2015/03/12/aman-tuleev-zapustil-v-rabotu-pervuyu-ochered-novoj-obogatitelnoj-fabriki-karagajlinskaya.html (дата обращения 29.03.2015)
4. Макеева, Н.А. Изучение влияния гуматов натрия на динамику роста овса в условиях породного отвала угольного разреза [Электронный ресурс] / Н.А. Макеева // Современные проблемы науки и образования 2014. – № 6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=16679  ,  (дата обращения 1 .02.2015)
5. ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИОННОГО ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО КЛАСТЕРА «КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА УГЛЯ И ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ» В КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ,   2012год, [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://cluster.hse.ru/upload/iblock/0fc/0fc2bcb4ce87ed723701bae62af9c1df.pdf (дата обращения 2.05.2016)  
6. Пурыгин, П. П. Гуминовые кислоты: их выделение, структура и применение в биологии, химии и медицине. / П. П. Пурыгин, И. А. Потапова, Д. В. Воробьев // Самарский государственный медицинский университет [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sworld.com.ua/simpoz3/92.pdf открытый (дата обращения 23.03.2014)