Gipsz mezőgazdasági felhasználásra Ohióban - a rendelkezésre álló termékek forrásai és minősége

A gipsz szerepe a talajban -A gipsz hidratált kalcium-szulfát (CaSO4 • 2H2O), és gyakran a talaj „kondicionálójaként” forgalmazzák a talaj „laposságának” javítása érdekében. A legtöbb kalciumban gazdag talajmódosításhoz, például a mészkőhöz képest a gipsz viszonylag vízben oldódik, literenként legfeljebb 2 g-ot old. A gipsz oldhatósága beépített állapotban vagy felületen alkalmazva lehetővé teszi a kalcium (Ca 2+) és a szulfát (SO 4 2-) ionok gyors felszabadulását a talaj oldatába. Különösen az oldott só és a Ca 2+ -ionok adagolása csökkentheti a talaj kéregképződését (1. ábra), és más módon javíthatja a talaj szerkezetét. A talaj szerkezetének kialakulását és stabilizálódását elősegítő agyagrészecskék aggregációját egyértelműen fokozza a kalcium jelenléte az agyagcsere helyeken.

1. ábra A szójabab palánta megjelenésének gátlása súlyos felületi kéreggel.

Fontos megjegyezni, hogy a tiszta gipsz nem meszesítőszer, és nem használható a talaj pH-értékének emelésére. A gipsz azonban képes enyhíteni az alumínium (Al 3+) toxicitását a savas talajokban, valamint kalciumot és ként (S) biztosítani a növények táplálkozásához. Néhány természetes és szintetikus gipszforrás egyéb kémiai vegyületeket is tartalmaz, például kalcium-karbonátot (mezőgazdasági mész), kalcium-oxidot (égetett mész) vagy kalcium-hidroxidot (hidratált mész). Ezek az anyagok csináld a talajra kijuttatva meszes hatást fejt ki, de ebben a kiadványban nem tárgyaljuk őket tovább.

Ennek a tájékoztatónak a célja az Ohióban mezőgazdasági felhasználásra szánt gipsz lehetséges forrásainak áttekintése, valamint a reprezentatív minták kémiai és ásványi elemzéseinek eredményeinek jelentése.

A gipszanyagok forrásai és ásványi összetétele

Számos lehetséges gipszforrás áll rendelkezésre mezőgazdasági felhasználásra Ohióban. Ezek tartalmazzák:

A geológiai lerakódásokból bányászott természetes gipsz
A villamosenergia-termelés melléktermékeként előállított szintetikus gipsz
Újrahasznosított öntvénygipsz különböző gyártási folyamatokból
Újrahasznosított gipszkarton gipsz

Természetes gipsz

A gipszet évek óta nyerik geológiai lerakódásokkal Ohio északi részén (Michigan) és más helyeken. A természetes minták ásványi tisztasága a helyi geológiától és a helyszínen alkalmazott bányászati technológiától függ. Port Clinton közelében az észak-ohiói bányákból nyert minták túlnyomórészt gipszből készültek, de tartalmaztak dolomitot [CaMg (CO3) 2] és kvarcot (SiO2) is (1. táblázat). Kis mennyiségű kvarcnak nincs hatása a talaj tulajdonságaira, míg a dolomit meszező anyag és jó magnéziumforrás (Mg).

1. táblázat: Gipszminták ásványtani összetétele.
Forrás	*Ásványok vannak jelen**
Szintetikus gipsz 1	gipsz, kvarc
Természetes gipsz 2	gipsz, kvarc, dolomit
Öntött gipsz 3	gipsz, kvarc, anhidrit
Gipszkarton gipsz 4	gipsz, kvarc, portlandit, kalcit
1 A W.H.-től kapott minták Zimmer állomás Moszkvában, OH, a Cinergy Corporation tulajdonában van 2 minta a Kwest Csoporttól, Port Clinton, OH 3 Minták a Mansfield Plumbing Products, LLC-től, Mansfield, OH 4 minta a Transfer Services, LLC-től (Columbus, OH) * gipsz = CaSO4 • 2H2O, kvarc = SiO2, dolomit = CaMg (CO3) 2, anhidrit = CaSO4, portlandit = Ca (OH) 2, kalcit = CaCO3

Szintetikus gipsz

Egyes széntüzelésű erőművekben szintetikus gipszet állítanak elő a szennyezéscsökkentő intézkedések melléktermékeként. A tiszta levegőről szóló törvény 1990-es módosításai előírják, hogy az elektromos szolgáltatók olyan rendszereket telepítsenek, amelyek a szén elégetése során keletkező füstgázokból eltávolítják a kén-dioxidot (SO2). A kapott anyagokat nevezzük kémény gáz kéntelenítése (FGD) melléktermékek. Az eljárástól függően ezek a melléktermékek különféle ásványi alkotórészeket tartalmazhatnak. A W.H.-nél alkalmazott kényszeroxidációs eljárás Az ohiói moszkvai Zimmer állomás nagy tisztaságú terméket eredményez (1. táblázat), és az anyagot szintetikus gipszként forgalmazzák.

A Zimmer állomáson alkalmazott eljárás során a füstgázokat először hidratált mész szuszpenziójának teszik ki, és eredetileg kalcium-szulfit (CaSO3 • 0,5H2O) képződik SO2 megkötésével (2. ábra). A kalcium-szulfitot ezután oxidálva gipsz képződik. Az oxidációs folyamat során a melléktermék vízzel történő mosása eltávolítja a nemkívánatos kémiai szennyeződéseket, mint például a bór (B) és a higany (Hg). A folyamat utolsó lépése a víz részleges eltávolítását foglalja magában centrifugálás és vákuumszűrés kombinációjával.

A végtermék elérhető gipszkarton gyártáshoz vagy mezőgazdasági alkalmazásokhoz. Annak érdekében, hogy gipszkarton gyártáshoz elfogadható legyen, az anyagnak kevesebb, mint 600 ppm (ppm) összes oldott szilárd anyagnak kell lennie a pórusvízben, és a víztartalma kevesebb, mint 15 tömeg%. Azokat a anyagokat, amelyek nem felelnek meg ezeknek a kritériumoknak, mezőgazdasági gipszként forgalmazzák, és az összes oldott szilárd anyag a fő kritérium az anyag mezőgazdasági felhasználásra történő átirányításakor. Az ohiói erőművi gipsz műtrágyaként megengedett az Ohio Környezetvédelmi Ügynökségen keresztül, és az Ohio Mezőgazdasági Minisztériuma ellenőrzi a kalcium- és sótartalmat.

2. ábra: A súrolási folyamat és a gipszgyártás a Zimmer állomáson
(Az ábra a CINERGY Corp. jóvoltából).

Öntött gipsz

Egyes termékek, például a vízvezeték-szerelvények gyártásához gipszöntvényekre vagy formákra van szükség. A felhasznált öntőformákat potenciálisan őrölhetjük és újrafeldolgozhatjuk más célokra. A jelentéshez elemzett újrahasznosított anyag főleg gipszet tartalmazott, az ásványi anhidrit kis keverékével (1. táblázat), valószínűleg az öntési folyamat során a gipsz dehidratációja miatt. Az anhidrit (CaSO4) kalcium-szulfát hidratáló víz nélkül, és általában hasonló viselkedésű a gipszhez, ha talajra viszik.

Gipszkarton gipsz

A gipszkarton vékony papír alapú gipszből áll. Évente mintegy 30 milliárd négyzetméter gipszkarton készül Észak-Amerikában, és jelentős mennyiséget eldobnak otthonok, irodák és egyéb építmények építésekor. Az új építkezéseken keletkező hulladék 25% -a gipszkarton anyag. Az ebben a tanulmányban elemzett újrahasznosított gipszkarton teljes egészében új építési projektekből származik, és az ohiói Mezőgazdasági Minisztérium műtrágyaként rendszeresen ellenőrzi. A minták kvarcot, kalcium-hidroxidot [Ca (OH) 2] vagy portlanditot és kalcium-karbonátot (CaCO3) vagy kalcitot tartalmaztak (1. táblázat). A bontási gipszkarton a gipsz másik lehetséges forrása, de valószínűleg el kell kerülni a talajon történő alkalmazás miatt a festék vagy más falburkolat esetleges kémiai szennyeződése miatt.

A gipszanyagok fizikai tulajdonságai

3. ábra A mezőn felhalmozott gipsz betakarítás utáni alkalmazáshoz.

Gipszminták növényi tápanyagtartalma

Az összes vizsgált anyag kiváló Ca- és S-forrás lenne a növényi táplálkozás szempontjából (3. táblázat). Dolomittartalma miatt a bányászott gipsz Mg forrása is.

A bór növényi mikroelem, és egyes növényekben viszonylag nagy a B iránti igény; mások azonban érzékenyek lehetnek az emelkedett szintekre. A mosatlan FGD-melléktermékek B-szintje kellően magas lehet ahhoz, hogy a kukoricára mérgező legyen. A melléktermék mosása gipszképződés során a B-tartalmat biztonságos szintre csökkenti, ha ajánlott kijuttatási mennyiségeket alkalmaznak.

3. táblázat: Kiválasztott makro- és mikroelemek 1 koncentrációk a gipszmintákban.
Intézkedés	Egységek	Múzeumminta 2	Szintetikus gipsz	Természetes gipsz	Öntvény gipsz	Gipszkarton gipsz	Ideális elemzés 3
Kalcium	%	22.6	23,0 (0,0) 4	19,1 (2,2)	22,4 (0,0)	21,9 (0,2)	23.3
Magnézium	%	0,01	0,03 (0,01)	1,35 (0,30)	0,05 (0,00)	0,22 (0,01)
Kén	%	18.6	18,7 (0,1)	15,1 (1,2)	19,3 (0,2)	18,1 (0,3)	18.6
Bór	ppm	1 Mikroelem-adatok, amelyeket EPA 3050 módszerrel nyertünk (USEPA, 1996). 2 A múzeumi példány tiszta gipszmintaként szerepel. 3 Számított tartalom 100% -ban tiszta termékben. 4 A zárójelben szereplő szórás.

Gipszminták fémnyoma

Az ebben a vizsgálatban összegyűjtött gipszanyagok kémiai elemzése azt mutatta, hogy a nyomelemek alacsony koncentrációban voltak jelen minden mintában (4. táblázat). Összehasonlításképpen: a fémtartalom jóval alacsonyabb volt, mint a kiváló minőségű bioszilárd anyagok földhasználatára vonatkozó kormányzati rendeletekben (USEPA, 1993) meghatározott koncentrációs határok, és a kiszámított fémterhelés 2,23 tonna ac -1 év -1 (5) Mg ha -1 év -1) 100-10 000-szer alacsonyabb volt, mint az ugyanezen előírások által megengedett éves terhelési ráta (a részletekért lásd az 503. részt - A szennyvíziszap használatának vagy ártalmatlanításának előírásai; a részleteket lásd 503.13., 1–4. A vizsgált források bármelyikéből származó gipsz korlátozás nélkül alkalmazható a nyomelemek terhelésére; azonban, egy adott forrásból származó mintákat mindig fel kell vizsgálni az alkalmazás előtt. Az ohiói agronómiai vagy kertészeti növénytermesztés esetében sem bizonyított haszna a 2 tonna ac -1 év -1-nél nagyobb kijuttatási arányoknak, és valószínűleg a kétévenkénti alkalmazások is megfelelőek. Nagyobb mennyiség csíranövény károsodást okozhat a sótűrő fajokban, különösen, ha az ültetés időpontja közelében alkalmazzák. Őszi alkalmazások ajánlottak.

Hivatkozások

USA EPA. 1993. 40 CFR 503. rész - A szennyvíziszap felhasználásának és ártalmatlanításának szabványai: Végső szabály. Federal Register 58: 9248–9415. Washington DC.
USA EPA. 1996. 3050. módszer. Az üledékek, iszapok, talajok és olajok savas emésztése. SW-846. Washington DC.

4. táblázat: Fém nyomtartalom 1 forrásból származó gipsz mennyiségét összehasonlítva az Egyesült Államok EPA 503. rész szennyező anyagával a kiváló minőségű bioszilárd anyagok koncentrációs határértékei.
Szennyezőanyag (ppm = mg kg -1)	Múzeumi példány	Szintetikus gipsz	Természetes gipsz	Öntött gipsz	Gipszkarton gipsz	503. rész 3. táblázat 2
Arzén	3	4
Réz	5.
Nikkel	1 A 3050-es EPA módszerrel nyert adatok (USEPA, 1996). 2 503. rész - A szennyvíziszap felhasználásának vagy ártalmatlanításának szabványai; 503.13, 3. táblázat (USEPA, 1993). 3 A zárójelben szereplő szórás. 4 NR = nem szabályozott. 5 A molibdén felső határkoncentrációja 75 ppm; 503,13, 1. táblázat (USEPA, 1993).

Ez a kiadvány az Ohio State University Extension és az Élelmiszer-, Agrár- és Környezettudományi Főiskola együttműködési erőfeszítéseivel készült.