Способ определения агрохимических свойств вивианита торфяных залежей
В способе определения агрохимических свойств вивианита торфяных залежей определяют ориентировочные концентрации элементов, составляют классификационные таблицы изученных типов торфов и соответствующие им таблицы поправочных коэффициентов К для отдельных элементов, в том числе железа и фосфора. По соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов относят пробу к одному из ранее изученных : типов торфов, после чего с помощью поправочных коэффициентов , установленных ранее для этого типа торфов, определяют истинные концентрации элементов и генетическую модель образования вивианита в торфяной залежи. 3 ил,, 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (sl)s 6 01 N 21/67
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4879937/25 (22) 05.11.90 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 .(71) Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья Научно-производственного объединения "Сибгео" (72) В.Г.Матухина, Л.Д.Малюшко, Т,Р.Григорьева vi В.М,Алтухов (73) Сибирский научно-исследовательский . институт геологии, геофизики и минерального сырья Научно-производственного объединения по геолого-геофизическим работам" Сибгео" (56) Кацнельсон С.М., Торфовивианиты— ценное местное фосфорнокислое удобрение. М.: Изд-во с-х. лит. 1937, с. 7 — 11.
Кацнельсон С,М. Торфовивианиты как фосфорнокислое удобрение. M.: Издательство с-х, лит. 1939, с..83 — 144.
Изобретение относится к агрохимии и может быть использовано в сельском хозяйстве при разработке рекомендаций по использованию торфовивианитов и вивианитовых торфов, являющихся нетрадиционным природнымм удобрением.
Цель изобретения — определение генезиса вивианита Ее3(РО4) 8Н20, что позволяет дать наиболее точные рекомендации по использованию определенного вида болотных фосфатов в качестве удобрений для определенных типов почв.
Способ поясняется чертежами.
На фиг.1 приведен фрагмент спектрограммы с аналитическими линиями породообразующих элементов, на фиг.2 и 3 — набор . градуировочных графиков в координатах. Ж, 1819349 А3 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВИВИАНИТА ТОРФЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ (57) В способе определения агрохимических свойств вивианита торфяных залежей определяют ориентировочные концентрации элементов, составляют классификационные таблицы изученных типов торфов и соответствующие им таблицы поправочных коэффициентов К для отдельных элементов, в том числе железа и фосфора. По соотношению ориентировочных концентраций породообразующих элементов относят пробу к одному из ранее изученных . типов торфов, после чего с помощью поправочных коэффициентов, установленных ранее для этого типа торфов, определяют истинные концентрации элементов и генетическую модель образования вивианита в торфяной залежи.
3 ил„3 табл.
IgJ — IgC для линий соответственно Р1
255,33 нм и Fell 292,66 нм. Параллельный сдвиг градуировочных графиков отражает зависимость результатов анализа от минерального состава проб, соответствующую квантованию интенсивностей аналитических спектральных линей по закономерностям квадратичного эффекта Штарка, характерного для электростатического поля кристаллической структуры вещества (теория Бете, 1926) (табл.1).
Реализация способа показана на примере определения генезиса вивианита, в различной степени обогащающего торфы, Измельченную известным способом, например, дроблением и истиранием до
0,07 мм, навеску пробы m = 60+.5 мг просы1819349 пают с помощью аппарата для просыпания проб, например, УСА-5, в горизонтальную угольную дугу переменного тока (!=34+0,5 А), питающуюся от генератора ДГ-2 с фазой поджига дуги 1р = 90 3 . Дугу стабилизируют потоком воздуха со скоростью
7+-0,5 м/с. Спектр пробы фотографируют через 10-ти ступенчатый ослабитель Клера, который помещают перед щелью спектрографа, например, ДФС вЂ” 8. Ширина щели спектрографа 10 мк. Спектр фотографируют на пластинки спектральные тип И размером
13х18 чувствительностью 16 ед., проявляют
4 мин. Для контроля эа соблюдением условий анализа на каждую пластинку экспонируют спектр стандартного образца с известным содержанием анализируемых элементов, На спектрограмме находят спектральные линии. выбранные для определения элементов в качестве аналитических (см, фиг.1), измеряют их интенсивность в ступенях ослабления с точностью до 0,1 ступени.
Сначала предлагаемым способом анализируют коллекцию (эталонную) торфов с 25 известным минеральным и элементным составами, В пример входили высокозольные торфы Омской и Томской областей, большая часть которых обогащены вивианитом
Ре(РО )г 8Н20, Последние, являющиеся 30 смесью торфа и вивианита называются болотными фосфатами. По содержанию фосфора в пересчете íà Р20 в них выделяли 4 группы: собственно вивианит (15 — 28
РгОи), торфовивианит (2,5 — 15 Р Ов), виви- 35 анитовый торф (0,5 — 2,5 P20s) и торф без вивианита.
Строят градуировочные графики в координатах Ig J IgC для породообраэующих элементов, например, для линий Р1 40
255,33 нм (фиг,2), Fell 292,66 нм (фиг,3). Для каждого элемента обозначают твердый график. В качестве твердого графика может быть выбрана зависимость IgJ — lgC для любой группы пород, которая обеспечивает 45 решение задачи или обусловлена наличием стандартных образцов состава, В примере . для фосфора используется график Vl построенный для торфов, в которых фосфор не образует собственных минеральных форм, 50 например, вивианита (концентрация РрО « 0,45, см. фиг.2). Для железа (см. фиг,3) в качестве твердого используется график II, построенный для магматических пород основного состава и минеральных образова- 55 ний, например, сидерит, пирит, вивианит идеальной структуры, в которых форма двухвалентного железа превалирует над трехвалентной.
В качестве твердых графиков для остальных породообраэующих элементов использовались зависимости Igl — IgC, построенные по стандартным образцам магматических.горных пород основного состава(траппы, габбро, базальт). По ориентировочным концентрациям породообразующих элементов, определенным по твердым графикам, для эталонных торфов составляют классификационную таблицу (табл,2), в которой каждый из типов описан с помощью изменяющихся хотя бы по одному иэ породообразующих элементов граничных условий, характеризующих степень концентрирования и наличие определенных минеральных форм основных компонентов в каждом из изученных типов торфов. Так выделение 4-х разновидностей болотных образований: торф, вивианитовый торф, торфовивианит и вивианит с торфом производится, прежде всего, по граничным условиям для фосфора — соответственно: 0 РгО 0,45 (торф, график Vl. фиг.2)
0.45< Р20 < 1,5 (вивианитовый торф, график IV, фиг.3), 1,5 < РгОь <3,6 (торфовивианит, график III, фиг,2), 3,6 < РгО < 7 (вивианит с торфом, график II. фиг.2). Затем для анализируемых элементов в изученных типах торфов эталонной коллекции путем сравнения ориентировочных концентраций с истинными значениями определяют поправочные коэффициенты К (табл.3). К =
=Систин/Сориент, где Сориент ориентировочная концентрация элемента в образцах эталонной коллекции, определенная по основному графику, C«><> — истинная концентрация элемента, К вЂ” поправочный коэффициент соответствующего элемента.
Для указанных разновидностей (позиции 1, 2, 3, 4; табл.2) поправочные коэффициенты для фосфора соответственно равны
Kw = 1 (торф), K>v = 2 (вивианитовый торф), Кц = 3 (торфовивианит), Кц =- 4 (вивианит) (табл.3).
Используя данные табл.1, по относительной интенсивности линии Р1 255,33 нм судят о генезисе вивианита, входящего в состав разновидностей болотных фосфатов.
Так кристаллы вивианита, входящего e состав вивианитовых торфов. согласно данным рентгеноструктурного анализа, имеют несовершенную структуру (участие Fe ), что свидетельствует об окислительных условиях их образования. Для них характерна относительная интенсивность линии Р1
255.33 нм, равная 1= 8 (Кв = 2), При этом значения квантовых чисел валентного электрона фосфора: гпту =- 1, mp =- 1, S = 1/2 (табл.1), ар = 1 свидетельствует о том, что
1819349 новления АТФ из АДФ или АМФ, присутст30 .вующих в составе болотных фосфатов. Без
К20 процесс разрушени.". АДФ и АМФ мо35 ао
55 остов атома фосфора ориентирован по направлению магнитного вектора поля. При
I=6 (Кш=3) кристаллы вивианита имеют более совершенную структуру. а значения квантовых чисел равны: ma = 1, mp = О, S =
= 1/2. При mp =О остов атома фосфора ориентирован по направлению электрического вектора поля, При 1=4 (K> = 4) кристаллы вивианита образуются в анаэробных условиях и имеют идеальную структуру, в которой участвуют ионы 2-валентного железа, При этом md = О, mp = =6, S=-1/2, То есть в этом случае происходит переворачивание спина, для чего необходима дополнительная энергия (правило Хунда). Эта энергия может выделяться при массовой гибели болотных организмов в водных и анаэробных условиях (IO.В,Букин, 1963). При недостатке кислорода происходит разрушение органического вещества, в том числе
АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), являющейся биологическим резервуаром энергии живого организма.
АТФ + Н20 — АДФ* + НзР04+
+ 100000 калорий; где АДФ вЂ” аденозиндифосфорная кислота, которая в свою очередь превращается в
АФМ (аденозинмонофосфорную кислоту)
АДФ+ Н20 — АМФ+ НзР04+ 10000 калорий, Особенно бурное разрушение АТФ происходит в отсутствии калия. При этом локальное выделение большого количества энергии и ортофосфорной кислоты может способствовать процессу образования неорганического фосфата железа. Как правило, в составе вивианитов и торфовивианитов (поз. 4,3 см. табл.2) отсутствует KzO, В большей части изученных торфов и вивианитовых торфов (поз.1 и 2. см. табл.2) К20 присутствует.
Итак, по генезису разливаются;
1) вивианитовый торф (0,5 — 2,5% P206) — образуется в окислительной среде с небольшим количеством К20 в составе терригенной части торфа и со слабым процессом разрушения АТФ органики, Железо в окисленном состоянии, радикал PO з имеет магнитный момент, остов атома фосфора ориентирован по направлению магнитного вектора поля. Для электрона. излучающегодлину волны Р1 255,33 нм вд = 1, mp = 1, S = 1/2.
2) вивианит (15-28% Р205) — образуется в аназробной среде с бурно протекающим процессом разрушения АТФ в условиях отсутствия кислорода и KzO в системе, Железо в двухвалентном состоянии, радикал PO з антиферромагнитен, S=-1/2.
3) торфовивианит (2,5-15 P20s) — занимает промежуточное положение m = 1, вр =О, S =1/2, Используя установленные зависимости (табл.2, 3) для рядовых проб, если они по граничным условиях укладываются в классификационные схемы эталонной коллекции, определяют тип торфа. его генезис, рассчитывают состав и отношение ЕегОз/Р205. Предложенное решение позволяет определить генезис болотных фосфатов и дать обоснованные рекомендации по применению их в качестве природного экологически чистого удобрения в сельском хозяйстве.
1. При значениях FezOg/Р205< 4. образующиеся в восстановительно-щелочной среде наиболее обогащенные фосфором вивианиты можно вносить только в кислые, хорошо снабжаемые водой почвы, 2. При значениях Ее20з/Р205< 4. образующиеся в окислительно-кислой или окислительно-щелочной средах вивианитовые торфы и торфовивианиты можно вносить в любой тип почв.
3. Внесение в качестве удобрения болотных фосфатов любого типа возможно лишь в комплексе с калийными удобрениями, т.к, без Kz0 неневозможен процесс восстажет продолжаться, а выделяющаяся при этом энергия может сжигать сельскохозяйственные растения.
В качестве примера конкретных рекомендаций по разработке могут быть представлены результаты изучения залежей
Таганского и Таймгинского торфяных массивов Томской и Омской областей, В действенном слое Таймгинской залежи скважинами на глубинах от О до 2 м вскрыты болотные фосфаты, для которых характерно: 1) отношение Ре20з/Р20в.< 4 (1,48 — 2,69), содержание Р20в = 0,65 — 4,2, FegOg = 2.4—
8,0%; 2) несовершенная структура хемобиогенного вивианита, сформировавшегося в окислительных условиях (поз.7) (Кре = 0.33 — — 0,67, Кр = 2), Такие болотные фосфаты можно применять в качестве органо-фосфорного природного удобрения для любого типа почв в комплексе с калийными удобрениями, В Таганском торфяном массиве вскрыты два вида болотных фосфатов, которые могут быть использованы в качестве удобрения. Для первого из них. залегающего на глинах от О до 2,5 м, FezOa/PzOs = 1,6, PzOs =
=2,5%, Fe20a = 4 Вивианит хемобиогенный, несовершенной структуры (Кг, = 0,33, Кр = 2, поз.2), сформировавшийся в окисли1819349 тельных условиях, Такой вивианитовый торф может быть применен для любого типа почв в сочетании с калийными удобрениями.
Болотные фосфаты, залегающие глубже
2,5 м, характеризуются следующими показателями: 1) вивианит совершенной структуру, хемогенный Ее20з/РгОь = 2 (поэ.4, Кге > 1, Кг = 4), сформировавшийся в восстановительных щелочных условиях. Содержание PzOs = 15, РегОз = 31, 2) торфовивиа нит (поз.2). В ивианит совершенной структуры: Кге = 1, Кр = 3, сформировался в щелочных, восстановительных условиях, Содержание PzOs = 9,8, РегОз = 27, Отношение РегОз/Р20э = 2,75. Эти болотные фосфаты могут быть применены в качестве удобрения для почв кислого состава, хорошо снабжаемых водой в комплексе с калийными удобрениями.
Предложенное решение по сравнению с прототипом позволяет дать наиболее точные рекомендации по использованию болотных фосфатов за счет того, что при определении генезиса вивианита с использованием данных спектрального анализа вскрываются внутренние энергетические закономерности. При этом было доказано, что удобрительные свойства болотных фосфатов определяются в большей степени совершенством структуры вивианита, определяющей скорость и качество его биохимического превращения в почвах. Это дало возможность установить рекомендуемый тип почв для каждого вивианита, а следовательно, повысить эффективность его использования в сельском хозяйстве.
Формула изобретения
1. Способ определения агрохимических свойств вивианита торфяных залежей, включающий определение содержаний
Pz05 и ГегОз в анализируемых образцах, отличающийся тем, что, с целью определения генезиса вивианита, в горизонтальной дуге переменного тока возбуждают стандартные образцы анализируемых залежей, регистрируют эмиссионные спектры стандартных образцов, по ним определяют ориентировочные концентрации фосфора и железа в образцах и рассчитывают содер5 жание в них ЕегОз и PzOs, классифицируют стандартные образцы по группам, соответствующим четырем видам болотных образований, при этом при 0 РгО 0,45 их относят к торфу, при 0,45 < Р205 1,5 — к
10 вивианитовомуторфу, при1,5< РгО 3,6 — к торфовивианиту, при 3,6 < PzOs <7,0 — к вивианиту с торфом, для каждой группы рассчитывают поправочные коэффициенты
KFegoa и КР о путем сравнения ориентировочных концентраций Р и Fe с их истинными значениями, после чего возбуждают пробу анализируемой залежи, регистрируют ее эмиссионный спектр, по которому рассчи. тывают ориентировочные концентрации P
20 и Fe и содержания Р О и FegOa в пробе, выявляют принадлежность пробы к одной из классификационных групп по величине содержания в ней PzOs, с учетом поправочных коэффициентов, установленных ранее для этого типа торфов, рассчитывают истинные концентрации элементов в пробе и определяют генетическую модель образования вивианита в анализируемой торфяной залежи с учетом того, что при Fe>05 1, Кр о >3 вивианит относят к хемогенному типу, сформировавшемуся с участием иона
Fe в щелочных восстановительных условиг ях, при Кр оз<1 и Kp og = 2 вивианит относят к хемобиогенному типу, сформированному с участием иона Fe в окислительных условиях.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возбуждают эмиссионные спектры образцов и пробы, используя преимущественно метод просыпки-вдувания в режиме: сила тока дуги I 34+.0; 5А, скорость воздушного потока ч 7+0,5 м/с, фаза поджига дуги р 90М масса и росыпаемо45 ro порошка пробы m-"60+5 мт, экспозиция
-15 с, 10
1819349
Таблица I
Относительная мнтенсивност ° компонент для налученмя
Ha(»>!> возиоинык магнитных момент<>а
ПереНомер состояния
Значе ния
ОбоХарактеристика квантового перенэда ход, при котопоч- ка спина
S непопармэовамный
1 ai(l-1)+Н» поляриэован>аи<
lIf 2(<(I»-Ит) для оболочек ром (1-1 магнитного (и) Р! 2$$,33 нн
1В «1х$/2($/2-1)+
2$/4 10!
% 2(Iх2$/4-9/4)«В
I-Э Н,«$/2 И! «Э/2
2 2 1 1/2 $/2 (ав 2, mxt) !
В «Iх5/2($/2-1)+
9/4«Ь (аа-(,аэ«!)
1 х «2(lx2$/4-1/4) 12
И2«Э// И1 " 1/2
И1 1/2
Переход
Е 7, 22-2, ЭЭ
Эра-гр (ь<,/ О, аэ-О) ЭВ
1 1 - !
2-3 И>«Э/2 И<«3/2 If 2(fx9/4-1/4) 4
"1/2 Э/2 2 (ан1> ар О)
10 -!xi /2(Э/2-1)+
1/4 (и/ О <>9> О) И I /2
И I /2
12 (m4 0i mF-l) р 1 1 0 1/2 Э/2 Э
П р и н е ч а н и e. flff 2, 1-1 - магнитный нонент атомэ,<(-поляомэуеность, <>(1 при 1МО, Таблица А! (12,2 Р. 0«<Х На О,ф О,Х tfgO, Х Тип СО поэмцим tI<>O,Х п.п.п. Ti0 вг) нг l торф О 3 О 8 О 16 О 16 О 0,45 О 3 О О 0,5 О 0,5 8 3О О 2О Î !6 О,45 1,5 О О 1 О О,5 О 2 56 8((-4/3 40 60 О 8 2 винианмтовыи торф 20 30 О 18 О 3 l»5 3,6 О О 1 О 1 О 0 5 20 45 3 30 О 8 3,6 7 О 1 О О 1 О 4-3/1 12 24 О 3 41 О 24 О 8 3 то рфов ивманит 4 винианит с торфом П р и и е 4 <»< N c. IIF - H><>xwlx граница классмфицируеного элемента ВГ - верхняя граница Т а б л и ц а 3 Као Ti01 tf«0 Ва Sr М " 2 3 0,083 0,083 торф Зтг-4/5 0,33 О, 17 0 ° 33 0,033 0,67 1 0125 05 О ° 5 О ° 5 0,125 винианито- Зк-4/3 вый торф 0 ° 57 018 0018 2 0125 02 0,5 0,5 О,!25 0,125 1 торфови- - A-3/1 ° ианит 0,18 0,11 3 0,125 0,2 0,5 О, 125 0,125 -1,5 30»«1 вивианит A-I 0< 18 О, 11 4 0 125 О 2 0,033 1 0,5 0,125 П р и н е ч а н и е. Вырамение -1,5 303 1 следует читать: при концентрации Реаоа неньае 302 испольэуется нноиитель 1 ° 5, при других условиях - 1. Значения квантовых чисел оболонки в кристалл. flO tie орбнтальмого (1) Номер С во, Х С0 ВГ) ИГ Зтг-4/5 О 40 Полный ионент оромтапи I««l+S Fe2Ot,Х SiO,Х 1 1« (э<и!, аяо) 10 Ix$/2($/2" 1)Э 1/4«4 (аа О ави!) 1<Г « l x 3/2 (Э/2-1) + 9/4 Э -1 о г с Яаг:(атеиеекое кееоаРа: e -awoAore: -и ееоиком ° - rucaoie; м - ananwmoAie pyooi 9 и/. 2 р p,и pea г оы 1 zgc" Фи8. 5 Составитель Т. Алексеева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Шулла Редактор Заказ 1953 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 4 1 л Ф ° Ьь ч % 1 1819349 ipI
