Çok Bileşenli Mineral Gübre Üretimi için Molibden Atıkları

Molibden zenginleştirme atıklarından çok elementli mineral gübre üretmeye yönelik teknoloji, maden atıklarının kapsamlı arıtımını daha temiz üretimle birleştiren yeni bir teknolojidir ve Çin’in çevre bilimi alanındaki gelişme yönünü temsil etmektedir. Çimento üretimine benzer basit bir işlemle, molibden atıkları, potasyum, silikon ve bitki büyümesi için gerekli diğer elementleri içeren çok elementli bir mineral gübreye dönüştürülür. Bu gübre, toprağa sadece büyük miktarda potasyum ve silikon, kalsiyum, magnezyum ve kükürt gibi ikincil besin maddelerini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bakır, demir, çinko, manganez ve molibden dahil olmak üzere bitkiler için gerekli mikro besin maddelerini de etkili bir şekilde takviye eder. Dahası, bu mineral gübre azot, fosfor ve potasyum gübrelerinin emilimini destekler, gübre kullanım verimliliğini artırır, bitkilerin strese karşı direncini güçlendirir, ürün kalitesini iyileştirir, toprak verimliliğini geri kazandırır ve sürdürülebilir arazi verimliliğini korur ve artırır.

Molibden atıklarından elde edilen çok elementli mineral gübrenin üretim süreci şu şekildedir: Molibden atıkları ile dolomit veya yüksek magnezyumlu kireçtaşı hammadde olarak kullanılarak, şaft fırınında veya döner fırında kalsinasyon işlemi gerçekleştirilir. Spesifik üretim yöntemi şöyledir:

• Molibden atıklarında, dolomit veya yüksek magnezyumlu kireçtaşında ve antrasit veya beyaz kömürde bulunan asit oksitlerin ve bazik oksitlerin toplam eşdeğer miktarlarını belirleyin ve hesaplayın.
• Şaft fırını çimento ısıl karıştırma yöntemine göre, fırın sıcaklığının 1200 °C’nin üzerine çıkması için gereken kömür karıştırma miktarını hesaplayınız.
• Yaklaşık 1,1–1,2 olan asit oksit / bazik oksit oranını temel alarak, molibden atıklarının ve dolomit veya yüksek magnezyumlu kireçtaşının besleme oranlarını hesaplayın ve ham karışım formülasyonunu elde etmek için bunları kömürle karıştırın. Döner fırın kalsinasyonu için toz kömür eklenmez.
• Toplam karışımın %0,2%–1%’sini oluşturan alkali metal iyonları içeren bir alkali metal iyonlu kalsinasyon yardımcısı ekleyin.
• Malzemeyi 80 mesh veya daha ince bir toz haline getirin, ardından döner fırına besleyin ve 1200–1350 °C'de kalsine ederek silikat gübre klinkeri üretin. Alternatif olarak, öğütülmüş malzeme bir peletleme makinesine beslenebilir, su ilavesiyle peletler haline getirilebilir ve ardından klinker elde etmek üzere 1200 °C'nin üzerindeki bir şaft fırında kalsine edilebilir.
• Soğutma işleminden (soğuk su granülasyonu) sonra, klinker öğütülerek çok elementli silikon gübresinin elde edilmesi sağlanır.

Bu teknoloji, daha temiz üretim ilkelerine dayanmakta olup, madencilik ve metalurji sektörlerinden kaynaklanan “üç atık”ın (atık gaz, atık su, katı atık) arıtılmasını tarımsal toprak verimliliğinin geri kazanılmasıyla birleştirmektedir. Molibden atıklarından çok sayıda orta ve mikro besin maddesi açısından zengin mineral gübreler üretmek için yenilikçi bir teknoloji ve süreç oluşturmaktadır. Kalsinasyon yöntemini kullanarak, kimyasal ekstraksiyon süreçleriyle ilişkili yüksek enerji tüketimi, yüksek maliyet ve yüksek kirliliği ortadan kaldırır; böylece “üç atık” olmadan daha temiz bir üretim gerçekleştirir.”

2007 yılında, Shenhong Grubu’na bağlı Laiyuan Madencilik Şirketi, Dawan molibden atıklarını ana hammadde olarak kullanarak 1.000 ton ölçeğinde bir mineral gübre (çok elementli silikon gübre) endüstriyel deneme üretimini tamamladı. Ürün esas olarak kalsiyum, magnezyum ve silikondan oluşurken, aynı zamanda potasyum ile demir, bakır, çinko ve molibden gibi eser elementleri de içeriyordu. Ürün, Heilongjiang Eyaleti’nde “çok elementli silikon gübre” olarak gübre tescilini aldı. Heilongjiang, Jilin, Liaoning, Hebei ve Henan’da pirinç, mısır, kış buğdayı, meyve ağaçları, serada yetiştirilen sebzeler, soya fasulyesi ve yer fıstığı üzerinde yapılan saha denemeleri, verim artışı, strese dayanıklılık, haşere ve hastalığa karşı direnç artışı ile kalite iyileşmesi gibi etkiler göstermiştir. 2008 yılında bu teknoloji, Çin Çevre Bilimleri Derneği tarafından yapılan teknik değerlendirmeyi geçmiştir ve 2009 yılında Çin Bilim ve Teknoloji Derneği tarafından ulusal düzeyde yaygınlaştırılması gereken yeni bir teknoloji olarak ilan edilmiştir. 300'den fazla sahada çeşitli ürünlerde yaklaşık üç yıl süren saha denemelerinin ardından elde edilen sonuçlar, bu gübrenin verim artışı, kalite iyileştirme ile zararlılara, hastalıklara, kuraklığa, su basmasına ve düşük sıcaklıklara karşı direnç dahil olmak üzere iyi tarımsal etkiler sağladığını doğruladı. Şu anda, bu teknoloji kullanılarak üretilen gübre, Heilongjiang Eyaleti’nde üretim, tanıtım ve satış izni de almıştır. Geliştiricilere göre, deneme üretim maliyet hesaplamalarına dayanarak, yıllık 300.000 ton molibden atığı deşarj eden bir işletme için, bu atıkları 500.000 ton çok elementli mineral gübreye dönüştürmek yıllık 50 milyon yuan kar getirebilir; aynı zamanda atık havuzu inşaatı, bakımı ve bitki örtüsünün yenilenmesi maliyetlerinden de yılda 5 milyon yuan tasarruf sağlanabilir. Bu kâr, molibden fiyatlarının orta seviyede olduğu durumlarda bir molibden madeninin madencilik ve zenginleştirme kârıyla karşılaştırılabilir; dolayısıyla, molibden atıklarını gübreye dönüştürmek, yeni bir molibden madeni kurmakla eşdeğerdir.

26–27 Mart 2012 tarihlerinde, Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı ile Çin Mühendislik Akademisi, Henan eyaletinin Kaifeng kentinde “Metal Atıklarının Zararsız Tarımsal Kullanımına İlişkin Seminer”i ortaklaşa düzenledi. Henan Kömür Kimya Endüstrisi Grubu A.Ş. ile Pekin Haidahua Atık Kaynakları Değerlendirme Teknolojisi A.Ş. tarafından ortaklaşa hazırlanan “Nan‑ni‑hu Molibden Atıklarının Zararsız Tarımsal Kullanımına İlişkin Endüstriyel Proje İşlem Teknolojisi Raporu”, uzman değerlendirmesinden geçti. Uzmanlar, metal atıklarının zararsız tarımsal kullanımının, ilgili anahtar teknolojiler ve ekipmanların uygulanarak metal atıklarının zararsız hale getirilmesini (yeniden konsantrasyon yoluyla değerli elementlerin veya bileşenlerin geri kazanılması; toksik ve zararlı ağır metallerin ve zenginleştirme katkı maddelerinin giderilmesi; ve suda çözünen sodyum tuzlarının uzaklaştırılması yoluyla) zararsız hale getirilmesi ve orta ve mikro besin maddelerinin aktive edilmesi yoluyla atıkların, tarımsal ürünler için yüksek kaliteli hammaddelere dönüştürülmesi anlamına geldiğini açıkladı. Bunlar, kontrollü salınımlı gübreler, toprak düzenleyiciler, yetiştirme substratları ve diğer yeni tarım ürünlerinin üretiminde kullanılabilir; bu ürünler toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerini iyileştirir, toprak kalitesini ve tarım arazisi sınıfını yükseltir, mahsulün besin ihtiyaçlarını karşılar ve gıda güvenliğini sağlar. “Molibden Atıklarının Zararsız Tarımsal Kullanımı” projesi, Henan Kömür Kimya Endüstrisi Grubu’nun Çin’in ilk büyük ölçekli “demir dışı (molibden) döngüsel ekonomi yeni sanayi üssü”nün inşasının önemli bir bileşenidir. Molibden atıklarının tarımda zararsız şekilde değerlendirilmesi projesi ve destekleyici tesisleri için yapılan yatırım 9,15 milyar yuan’a ulaşmaktadır. Projenin tamamlanmasının ardından, yılda 20 milyon ton molibden atığının tüketilmesi ve kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi, 25 milyar yuanın üzerinde yıllık satış geliri elde edilmesi, 8,5 milyar yuanın üzerinde yıllık kâr ve vergi geliri sağlanması ve yaklaşık 5.500 kişiye istihdam yaratılması beklenmektedir.

Manyetize Bileşik Gübrelerde Kullanılan Atıklar

Yedinci Beş Yıllık Plan dönemi (1986–1990) boyunca, Ma’anshan Madencilik Araştırma Enstitüsü, manyetize demir atıklarının toprak ıslahında kullanılması konusunda Çin’de öncü araştırmalar yürütmüştür. 1984 yılından itibaren, Nanshan Demir Madeni’nden elde edilen manyetik ayırma atıklarını kullanarak manyetize gübreler üretmişlerdir. Atıklar, özel olarak tasarlanmış bir manyetizasyon makinesi kullanılarak manyetize edildi ve ardından manyetize edilmiş atıklar toprağa uygulandı. Yapılan çalışmalar, uygulamadan sonra manyetize edilmiş atıkların toprağın manyetizmasını artırdığını, topraktaki manyetik agregaların yapısını değiştirdiğini ve özellikle topraktaki ferromanyetik maddeleri aktive ederek toprak yapısını, gözenekliliğini ve havalanmasını iyileştirdiğini gösterdi. 1985 yılından itibaren Enstitü, manyetize gübrelerin tarımda kullanımına ilişkin deneysel araştırmaları daha da ileriye götürmek amacıyla Ma’anshan Demir ve Çelik Şirketi’ne bağlı Maden Şirketi ve Kapsamlı Değerlendirme Şirketi ile art arda işbirliği yaptı. Nanshan Demir Madeni’nden elde edilen manyetize demir atıklarının toprak ıslahında kullanıldığı deneyler, saksı testleri, tarla denemeleri ve çeşitli mahsuller ile farklı toprak türleri üzerinde yapılan büyük ölçekli demonstrasyon denemelerini içermektedir. Sonuçlar, manyetize edilmiş atıkların toprağa uygulanmasının mahsul verimini önemli ölçüde artırdığını göstermiştir: ortalama artışlar erken pirinçte 12,63%, orta mevsim pirinçte 11,06% ve soya fasulyesinde 15,5% olmuştur. Sekizinci Beş Yıllık Plan dönemi (1991–1995) boyunca Enstitü, manyetik ayırma tesisinden elde edilen demir atıklarını belirli oranlarda tarımsal kimyasal gübrelerle karıştırdı ve manyetizasyon, granülasyon ve diğer aşamaların ardından manyetize edilmiş bileşik gübreler üretti. Dangtu İlçesi’ndeki Taicang Ekolojik Köyü’nde yıllık 10.000 ton manyetize bileşik gübre üretim kapasitesine sahip bir fabrika inşa edildi. Bileşik gübrelerin bağlayıcısı olarak bentonit yerine manyetize atıkların kullanılması, maliyetleri düşürmekle kalmadı, aynı zamanda gübrenin verimliliğini de artırdı ve yerel çiftçiler tarafından büyük beğeni topladı.

Toprak İyileştirici Olarak Kullanılan Atıklar

Atık maden çamurları genellikle bitkilerin büyümesi ve gelişmesi için gerekli olan Zn, Mn, Cu, Mo, V, B ve P gibi mikro besin maddelerini içerir ve bu nedenle mikro besin gübreleri veya toprak iyileştiricileri olarak kullanılabilir. Örneğin, kalsiyum içeren atık maden çamurları, asitliği nötralize etmek ve toprak kalitesini iyileştirmek amacıyla asidik topraklara uygulanabilir. Kalsiyum, magnezyum ve silikon oksitleri içeren atıklar, asidik toprakların kireçlendirilmesi ve asitliğinin giderilmesi amacıyla tarımsal gübre olarak kullanılabilir. Günümüzde gübre katkı maddesi olarak kullanılan başlıca mineraller veya kayaçlar arasında bentonit, zeolit, diyatomit, serpantinit, perlit ve diğerleri bulunmaktadır.

On yılı aşkın bir araştırma sürecinin ardından, Çin Bilimler Akademisi Jeoloji ve Jeofizik Enstitüsü’nden bilim insanları, toprağın genel verimliliğini etkili bir şekilde artırabilen yeni bir tür mikro gözenekli mineral gübreyi bağımsız olarak geliştirdiler. Bu gübrenin çok yönlülüğü ve düşük maliyeti, Çin’deki geniş alanlarda toprak verimliliğinin artırılmasını mümkün kılıyor. Shao Yucui ve meslektaşları, tuzlu suyla (tuzluluk 4–5 g/L) sulanan toprak üzerindeki etkilerini test etmek amacıyla on farklı doğal minerali toprak ıslah maddesi olarak kullandılar. Sonuçlar, 2.500 kg/hm² oranında uygulanan Düzenleyici 1’in (100% bentonit) toprak hacim yoğunluğunu 12,23% azalttığını ve toprak verimliliğini 12,28% artırdığını gösterdi. Test edilen tüm iyileştiriciler, 0–5 cm'lik toprak tabakasındaki toplam tuz içeriğini azalttı; bu azalma en fazla ,5%'ye ulaştı, ayrıca 0–40 cm'lik toprak tabakasında CO₃²⁻ ve HCO₃⁻ iyonlarını azalttı; maksimum azalma 100% olarak kaydedildi. 2.250 kg/hm² oranında uygulanan 4 numaralı katkı maddesi (100% fosfogips), topraktaki Ca²⁺ ve Mg²⁺ iyonlarını artırırken, K⁺ ve Na⁺ iyonlarını azalttı.

2010 yılında, Guangdong Wanfang Grubu, ana hammadde olarak Baishizhang molibden atıklarını kullanarak 500 ton ölçeğinde bir endüstriyel denemeyi tamamladı ve asidik kırmızı topraklar için bir toprak düzenleyiciyi başarıyla üretti. Bu ürün, pirinç, sebzeler, tropikal meyveler, tütün ve diğer mahsuller üzerinde verim artışı, kalite iyileşmesi ve toprak ıslahı gibi etkiler gösterdi. Buna dayanarak, Güney Çin Tarım Üniversitesi, Guangdong Tarım Bilimleri Akademisi Toprak ve Gübre Enstitüsü ve diğer kurumlarla işbirliği yaparak, güneydeki asidik kırmızı toprak bölgelerindeki çeşitli mahsullere uygun özel gübrelerin geliştirilmesine devam ettiler.

2011 yılında, Pekin Haidahua Şirketi ve Henan Kömür Kimya Endüstrisi Grubu, molibden atıklarının zararsız bir şekilde tarımda yeniden kullanılmasına yönelik endüstriyel projeyi hayata geçirdi; bu proje kapsamında Nan-ni-hu molibden atıkları kullanılarak tam değerli kontrollü salımlı gübreler ve kumlu toprak iyileştirici geliştirildi. Shandong Ziraat Üniversitesi’nde buğday üzerinde yapılan saha denemeleri ile Henan Tarım Bilimleri Akademisi’ne bağlı Bitki Besleme, Kaynaklar ve Çevre Enstitüsü’nde orta ve düşük verimli tarlalarda kumlu toprağın iyileştirilmesine yönelik konumlandırma deneyleri, sırasıyla 27% ve 41%’lik verim artışları göstermiş ve önemli etkiler ortaya koymuştur.

Anhui Aoshan Konsantratör Tesisinde, kükürt ve fosfor gibi değerli elementleri geri kazanmak amacıyla atıkların yeniden konsantre edilmesinin yanı sıra, fosforu arındırılmamış manyetik ayırma atıklarının toprak iyileştirme amaçlı kullanımı da test edildi. Testler, atıklarla zenginleştirilen toprağın mahsul verimini önemli ölçüde artırdığını gösterdi; pirinçte 10%–15% artış, kolza tohumunda yaklaşık 5% artış gözlendi; buğday, soya fasulyesi ve diğer mahsullerde ise büyüme iyileşmesi sağlandı.