Қаражыра кен орны қоңыр көмірінен алынған гумин қышқылының сорбциялық қасиеттерін зерттеу

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

 

С.Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

 

 

 

 

 

Жетписбаев А.

 

 

 

 

 

Қаражыра кен орны қоңыр көмірінен алынған гумин қышқылының сорбциялық қасиеттерін зерттеу

 

 

 

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

 

 

5В060600 - «Химия» мамандығы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Өскемен 2014 ж

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

С.Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

 

 

 

 

«Қорғауға жіберілді» «___»_______2014 ж

п.ғ.к., «Химия» кафедрасы меңгерушісі міндетін атқарушы

______________ Б.К.Шаихова

 

 

 

 

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

 

Тақырыбы: «Қаражыра кен орны қоңыр көмірінен алынған гумин қышқылының сорбциялық қасиеттерін зерттеу»

 

 

5В060600 - «Химия» мамандығы

 

 

Орындаған Хм-10-В тобы студенті «___»___________2014 ж.		А.А. Жетписбаев
Жетекші т.ғ.к., аға оқытушы «___»___________2014 ж.		Б.С .Тантыбаева
Норма бақылаушы «___»___________2014 ж.		Т.А.Свиридова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қаражыра кен орны қоңыр көмірінен алынған гумин қышқылының сорбциялық қасиетін зерттеу 

 

Жұмыстың өзектілігі.

Гумин қышқылдары   ХVIII ғасырдың аяғынан бастап белгілі. Оларды зерттеу барысында көптеген қиыншылықтар кездескен. Гумин қышқылдарының құрылысының күрделілілігі, әр түрлі табиғи көздерден алынуы, қасиеттерінің көп түрлілігі зерттеуде қиыншылықтарға әкелді.  Сондай қасиеттерінің бірі - гумин қышқылдарының жақсы сіңіргіштік қасиеті

Табиғатта гумин қышқылдары кең тараған, олар торфтың (50-60%),, қоңыр көмірдің (60% дейін), тотыққан көмірдің ( жел әсерінен үгілу дәрежесіне орай 0 - ден 100% дейін), қара топырақтың (10%) құрамында кездеседі. 

Қоршаған орта бұл мәселеде бір жағынан шикізат көзі болса, бір жағынан зардап шегетін негізгі нысан болып табылады, ал осыған  байланысты қоршаған ортаның экологиялық тепе-теңдігі яғни ауаның, топырақтың, судың құрамы бұзылады, ендеше адам денсаулығына қауіп төнеді.

Гумин қышқылдары дегеніміз - торф, топырақ, қоңыр көмірден және тағы да басқа нысандардан сілті көмегімен алынатын, генетикалық белгілері яғни шығу тегінің біркелкілігі арқылы біріктірілген, заттар тобы. 

Гумин қышқылдары ертеден зерттеле бастағанымен осы уақытқа дейін олардың құрылысы, құрамы, химиялық құрылымы, оларды құрайтын органикалық қосылыстар  жайлы біркелкі пікір жоқ. 

 С. Оден жіктеуі бойынша гумин қышқылдары суда еритін фульвоқышқылдар, спиртте еритін гиматомелан қышқылдарына және сілтіде   Осы үш форма бір бірімен тығыз байланысты, бірге кездеседі. 

Кейбір ғалымдар осы заттардың табиғатта кездесетініне әлі күнге дейін күмәнді, оларды сілтімен өңдеу арқылы жасанды жолмен алады деп есептейді. 

Осы заттарды зерттеумен   Тюрин, Пономарёва, Кононова, Александрова және т.б. көптеген топырақтанушылар айналысқан. 

ХХІ ғасыр   адамның тіршілігіне орай үздіксіз артып келе жаткан кәсіпорындардың қоршаған ортаны ластауы  жоғары деңгейге жеткен  кезең ретінде танылады.

Күнделікті қоршаған ортаға адамның іс-әрекеті нәтижесінде көптеген мөлшерде неше түрлі газдар, шаң-тозаң бөлінеді де температураның күрт көтерілуіне әкеледі. Жер шарымыздың бір бөліктеріне жауын-шашын мөлшері көбейіп-су басады, ал кей жерде күн шыжып-шөлге айналады. Климат жылдам өзгеріп, адамның оған үйрене алмай, небір шара қолданып үлгермейді. Сондықтанда қоршаған ортамызды қорғау қазіргі кездегі өзекті мәселелердің бірі.

 Сонымен қатар елімізде экологиялық  өзекті мәселелердің қатарына таза су мәселесі жататыны белгілі. Қазіргі таңда су мәселесі, әсіресе түрлі өндіріс салаларынан шығатын зиянды ластағыштармен ластанған ақаба сулар мәселесі толығымен шешімін таба алмай отыр. Биосфераға құрамында зиянды ластағыш заттары бар ақаба сулар тазартылмай тасталу әрекеттері орын алуда. Бұл ақаба сулар биосферадағы тепе-теңдіктің бұзылуына себепкердің басты көзі, ал ол өз кезегімен адамзатқа үлкен қауіп туғызғалы отыр. Сонымен, түрлі өндіріс салаларынан шығатын ақаба суларды тазалаудың көптеген механикалық, биофизикалық, биохимиялық, физика-химиялық, электрохимиялық әдістері белгілі.   

Қойылған мәселені тиімді шешу үшін алдымен экологиялық қауіпсіз, жоғары үнемділікті қажет ететін жаңа сорбциялық жүйелерді іздеп табу.

 

 

 

Зерттеу жұмысының мақсаты:

 

 Қаражыра кен орнында өндірілетін  қоңыр көмірден гумин қышқылын  алып, оны сорбент ретінде қолдану мүмкіндігін   зерттеу.

 

Зерттеу жұмысының міндеті:

 

1.  Қоңыр көмірден гумин қышқылын  алу әдістеріне әдеби шолу  жүргізу   
2.   Қоңыр көмірдің физико-химиялық қасиеттерін зерттеу

3.   Қаражыра кен орнынан  алынған қоңыр көмірден гумин  қышқылын алу 

4.   Қаражыра кен орнынан  алынған қоңыр көмірден алынған  гумин қышқылының сорбциялық  қасиетін зерттеу

 

Зерттеу жұмысының жаңалығы:  
 

Қаражыра кен орнынан алынған қоңыр көмірден гумин қышқылын алу және оның сорбциялық қасиетін зерттеу диплом жұмысының жаңалығы болып табылады. 

 

Зерттеу пәні:  Қоңыр көмірен гумин қышқылын алу, сорбциялау процесі  

 

Зерттеу болжамы: Егер Қаражыра кен орнынан өндірілген қоңыр көмірді тұз қышқылымен белсендіретін болсақ одан алынған гумин қышқылының сорбциялық қасиеті жоғары болады.

 

Зерттеу нысаны: Қаражыра кен орнынан өндірілген қоңыр көмірді тұз қышқылымен белсендіру арқылы алынған гумин қышқылы

Зерттеу әдістері:   Теориялық,  экспериментік, математикалық өңдеу әдістері.

 

 

 

 

 

1 Әдеби шолу

1.1 Қоңыр көмір жайлы мәліметтер

 

  Республика аумағы  бойынша көмір қорлары мынадай  тәртіппен орналасқан:

Шығыс Қазақстанда 4,5 млрд. т жалпы геологиялық қор және 3,04 млрд. т барланған қор;

Батыс Қазақстанда тиісінше – 2,9 млрд. т және 1,79 млрд. т;

Солтүстік Қазақстанда 81,8 млрд. т және 18,52 т;

Оңтүстік Қазақстанда – 33,0 млрд. т және 0,48 млрд. т. Салада 62 өнеркәсіп орны мен өндірістік бірлестік жұмыс істейді (1998), олардың өндіріс көлемі 2698,5 млн. теңге болды.

 

2007 жылы Қазақстандағы көмірдің  барланған қоры 28,6 млрд. тоннаны  құраса, оның ішінде тас көмір  – 3,2 млрд. тоннаға, қоңыр көмір – 25,4 млрд. тоннаға жеткен. Есептелген  қордың 63 пайызы Қарағанды, Екібастұз, Теңіз-Қоржанкөл бассейндерінің, Қушоқы, Бөрілі, Шұбаркөл, Қаражыра сынды кеніштерінде орналасқан. Ал, қалған 37 пайызы Торғай, Төменгі Іле, Майкөбе бассейндері мен басқа кен орындарында жинақталған.

Қаражыра қоңыр көмір кені, Шығыс Қазақстан облысы Абай ауданында, Семей қаласынан оңтүстік-батысқа қарай 110 км жерде орналасқан. Оның Солтүстік жағынан 50 км жерде Семей – Конечное темір жолы мен кеме жүзетін Ертіс өзені өтеді. Алғаш құрамында қалың көмір қабаты бар юра көмірлі түзілімдері 1967 ж. анықталды. 1968 – 69 ж. жүргізілген карталау және бұрғылау жұмыстары көмірлі түзілімдерінің таралу шекаралары мен өнімділігін нақтылауға мүмкіндік берді. Мұнда Қалыңдығы 300 м юра түзілімдері Солтүстік-батысқа созылған жайпақ синклиналь (10×15 км) түзеді. Өнеркәсіптік көмірлілік екі горизонтқа шоғырланған. Төменгі горизонттың (төменгі юра) Қалыңдығы 85 – 90 м, оның құрамында жұмыстық қалыңдықты 5 көмір қабаты, ал Қалыңдығы 50 – 80 м жоғарғысында (ортаңғы юра) 3 көмір қабаты бар. Бұл горизонттардың арақашықтығы 35 – 40 м. Көмір қабаттары кен орнының орталығында біршама қалың, ал шеткі жақтарында бөлшектенеді және жұқарады. Көмірлі қабаттардың Қалыңдығы 1 – 3 пен 5 – 13 м, кейде 17 – 33 м. Көмірлі қабаттардың жатыс тереңдігі 3-тен 265 м-ге дейін, аршылымның орташа Қалыңдығы 80 м. Метаморфталу дәрежесі бойынша қоңыр көмір тас көмір аралығында; күлділігі 14 – 19%, аз күкіртті (0,48%). Жанғыш массаның жылу бөлгіштігі 7,5 мың ккал/кг, гумин қышқылдарының шығымы 1 – 4,7%, шайырдың мөлшері 5,9 – 12,55%. Кен орны көмірінің күлділігі аз, қызуы жоғары энергет. және тұрмыстық отын болумен қатар, шайыр шығымының біршама жоғарылығына байланысты химиялық-технологиялық шикізат ретінде де пайдалануға болады. Көмірдің 600 м тереңдікке дейін бағаланған қоры 1,56 млрд. т, оның басым бөлігі ашық тәсілмен өндіруге қолайлы. Көмірдің күлі титанға (TіO2 – 1,2%), скандийге (46 – 95 г/т), иттрийге (66 – 79 г/т), бериллийге (10 – 50 г/т), мысқа (100 – 300 г/т), т.б. қоспа элементтерге бай. Кен орны әлі барланып бітпеген.

Көмірді жанғыш тас, мұздай ағаш көмірі, жылтыр тас деп әр ел әр түрлі атағымен,ертеден шаруашылығында пайдаланғанымен, адамзат оның неден және қалай пайда болғанын білген жоқ. Кейбіреулер көмір қоюланған ауа десе, екіншілері көмір судан пайда болған деген пікір айтқан. Осы күнгі ғылыми мәліметтерге қарағанда көмір геологиялық ерте заманда өсіп өнген өсімдік қалдықтарынан түзілген. Көмір - жанатын қатты шегінді таужыныс, ол солған өсімдік қалдықтарының биохимиялық, физикалық-химиялық, химиялық және физикалық өзгерістері нәтижесінде қалыптасады. Көмірде органикалық құрамдастармен қатар үдайы минералдық қоспалар болады, олар-дың мөлшері 1-2%-дан 50 %-ға дейін өзгереді. Жанғыш шөгінді жаралымдардың қүрамында минералдыұ заттардың мөлшері 50%-дан асса, оларды көмірлі таужыныстарға немесе жанғыш тақтатасқа жатқызады.Қазба көмір заттың құрамы мен физикалың қасиеттерінің әр түрлілігімен сипатталып, бастапқы өсімдік материалының әркелкі табиғатымен,көмір жаралудың бірінші кезеңі мен өту жағдайларының ерекшеліктерімен, қалыптасу үдерісінде көмірлі алаптар температурасы мен қысымының өзара әрекетімен байланысты болады.Тас көмір бұдан жүз миллиондаған жылдар бұрын жер бетінің көпшілік бөлігін батпақ басып жатқан кезде пайда болған. Ондай жерлерде биіктігі он метрден астам ағаш тәрізді шаңжапырақ пен қырықбуындар өскен. Жапырыла құлаған өсімдік қалдықтары батпаққа батып жинала берген. Іркілген су ауаны өткізбейтіндіктен олар шірімей бара бара шымтезек қабатын құраған. Балшық пен құмның астына көміліп қалған шымтезек миллиондаған жылдар ішінде бірте бірте көмірге айналады. Тас көмірдің өсімдік қалдықтарына пайда болғандығын, оның қабаттарында кездесетін көмірге айналған  ағаш діңі мен бұтағы, жапырақ таңбалары дәлелдейді. Адам тас көмірді ертеден өндіріп келеді. Көмір өндірудің екі әдісі бар. Олар ашық және жабық түрде алынады.Қойнауында көмір сиякты алуан асыл қазынасы бар жерде, оның қазыналары да бір күнде жарала қалған жоқ. Бұлардың әрқайсысының ұзақ тарихы бар. Жер тарихын ғалымда геологиялық уақытпен өлшейді. Геологиялық уақыт эраға, эралар дәуірілерге дәуірлер замандарға, ал замандар ғасырларға бөлінеді. Осы күні ғылым жер құйқасын жер шежіресі деп атайды. Өйткені оны зерттей отырып жердің өзіне, оның көмір сиякты асыл заттарының, тарихын,пайда болу жағдайларын білуге болады. Ғылымда биологиялық эраларды әдетте грек тілінде атайды . Мысалы , ұзақтығы 1500-2000  млн. Жылдық ең  ерте эраны эозой эрасы деп аталады. Бұл эраны жер жыныстарында көмір түзілу белгісі жоқ. Ол кезде өсімдік болмаған. Көмір түзулудің ең алғашқы белгілері одан кейінгі эрада полеазойда байқалады. Полеазой эрасы бес дәуірге бөлінеді: Кембрий,Силурий,Девон,Тас көмір және Перм. Кембрий дәуірінде табиғатта көмір түзілу белгілері кездеспейді. Демек , бұл дәуірлерде өсімдік өсін кемеліне жетпеген. Силурий дәуіріндегі су балдырлары өсіп өнуге қолайлы жағдайлар тұған. Силурий 85 млн. жылға созылған ұзақ дәуір. Сондықтан онда бір жағынан су балдырлары өсіп өніп жатса, сондай ұзақ уақыт ішінде,  олар қырылып , өздері өскен су түбіне бата беретіндей жағдайлар болған. Суға батып кеткен тұнбалар кейін көміртектес жанатын сланецтер түзілген негізгі органикалық заттарға айналған.

Шымтезек құрамындағы қүрделі қосылыстар әр түрлі  жағдайларының әсерінен химиялық өзгеріске ұшырап, бірте бірте оттекті жаңа қосылыстар бөліп шығарады. Осының нәтижесінде, шымтезекке қарағанда көміртегі бай , құрамы одан қарапайым, тығыз, қара қоңыр қатты зат қоңыр көмір түзіледі.  Қоңыр көмір шымтезектей емес, жай көзбен қарағанда бір текті зат. Оның құрамындағы жапырақ,сабақ,тамыр тәрізді өсімдік қалдықтары күшті микроскоп арқылы ғана көрінеді.Қоңыр көмір сілтілердің, соданың ерітінділерінде шамалы  ериді. Қоңыр көмір құрамындағы негізгі химиялық қосылыс гумин қыщқылдары, ал кейбір турлерінде битумдар да болады. Қоңыр көмір құрамындағы 45-78 % органикалық заттар, 8-15% су, 10-40%, минералдық 45% астам келеді.

Табиғи жанғыш кендерге  жер қойнауындағы  жылу энергиясының  көзі болып табылатын  барлық  органикалық заттар жатады. Агрегаттық күйіне қарай барлық отындар: қатты (шымтезек, қоңыр және тас көмірлер, сланцы, антрацит, кокс, жартылай кокс), сұйық (мұнай, мұнай өнімдері, көмір, сланцы өндірісінің өнімдері) және газ тәріздес (табиғи газдар, қатты отындар мен  мұнайды өнеркәсіптік өңдеуден түзілетін газдар) болып бөлінеді. Барлық  жанғыш кендер тірі организмдердің, әсіресе ағаш және өсімдік қалдықтарының ыдырауы нәтижесінде пайда болады.

Көмірлену және карбонизация  процесі – шымтезек түзілу кезеңінен  өткен органикалық заттардың температура, қысым, уақыт әсерінен физикалық және химиялық өзгеру процесі. Шымтезек қабатынан жаңа түзілген  минералдық қабат өсімдіктердің  қалдықтарымен жабылып, оның қабаттарының біршама  тереңдеуінен  кейін екінші кезең, шымтезектің көмірге айналу сатысы басталады.

Геологиялық  терминология бойынша  шымтезектің  органикалық  бөлігінің  көмірге айналуы диагенез, ал қоңыр көмірдің  тас көмір мен антрацитке айналуы метагенез деп аталады. Геологтардың анықтамасы бойынша  көмір дегеніміз өсімдік текті тау жыныстарының шөгіндісі. Шымтезек түзілу сатысында өсімдік  қалдықтарының өзгеруі  көбінесе биогенді сипатта болып, гумин қышқылдарының түзілуімен  аяқталады. Диагенез сатысында  биохимиялық  өзгерістер баяулап, шымтезектің көмірге айналуы  температура мен қысымның  жоғарлауынан  жүзеге асырылады. Осы факторлардан барып ылғалдылықтың өзгеруі, тығыздықтың артуы, кеуектіктің азаюы  болады да, өсімдік қалдықтарының нығыздалуы жүреді. Аталған процестердің нәтижесінде түзілген қоңыр көмірлердің  құрамында біршама  мөлшерде  гумин және карбон қышқылдары болады. Бұл қышқылдар көмірге қышқылдық  және сілтілердің  әлсіз ерітінділерінде  толық және жартылай ерігіштік қасиет береді.

Барлық көмірлер үш бөліктен: органикалық, минералдық және ылғалдан тұрады. Көмірдің органикалық массасының  элементтік құрамына  көміртегі, сутегі, азот, оттегі, күкірт кіреді. Көмірдің минералдық бөлігін карбонаттар,  силикаттар, фосфаттар, сульфаттар, сульфидтер құрайды.