Торф — молоде геологічне утворення, що пройшло початкову стадію перетворення торфоутворювачів в умовах надлишкового зволоження й обмеженого доступу повітря. Вихідним матеріалом при утворенні торфу є мохи, чагарники, трав»янисті і деревні рослини, розвиток яких визначається переважно умовами живлення — атмосферного чи ґрунтового. Сутність біохімічних перетворень полягає в руйнуванні мінливих фрагментів рослин і синтезі нових, більш стійких у даних умовах.
У торфоутворенні беруть участь водорості найпростіші, дріжджові і цвілі. Ефективність процесу торфоутворення низька. Акумулюється сменше 20% маси відмерлої рослинності у видгляді торфу. Середня швидкість нагромадження торфу складає близько 1 мм на рік.
Торф»яні родовища по земній кулі розподілені нерівномірно відповідно до кліматичних і грунтово-ботанічних зон. Світові запаси торфу оцінюються в 285 млрд. т. В Азії їх зосереджено близько 50 %, у Європі — 31 %, у Північній Америці — 11 %, а 8 % в інших частинах світу.
Розподіл торф»яних родовищ зв»язано з географічною широтою, рельєфом і геоморфологічною будовою місцевості. В Україні виявлено понад 2500 родовищ торфу із середньою глибиною залягання 1,4 м і запасами більш 2260 млн. т. На сьогодні в Україні вироблено більш 45 % розвіданих запасів.
Унаслідок різноманіття рослин — торфоутворювачів і широкого діапазону умов торфонакопичування склад і властивості торфу змінюються у широких межах. Речовина торфу містить частково розкладені рослинні залишки, продукти їхнього розпаду у вигляді темної аморфної гумусової речовини і мінеральну частину. У природному стані торф містить 85-95 % води, а у твердій частині — до 50 % мінеральних сполук. Органічна речовина торфу містить 48-65 % вуглецю, 4,7-7,3 % водню, 24,7-45,2 % кисню, 0,2-1,2 % сірки і 0,5-4,0 % азоту.
Елементний склад відбиває природу вихідного рослинного матеріалу і характеру його зміни при торфоутворенні, а також визначає ботанічний склад торфу, а умови живлення і вид рослин торфоутворювачів визначають вид торфу.
Торф, що утворився з рослин переважно атмосферного (оліготрофного) живлення із вмістом рослинних залишків не менше 95 % називається верховим, а з рослин багатого (евтрофного) переважно ґрунтового живлення із вмістом таких рослинних залишків не менше 95 % — низинним. Торф у якому10-90 % залишків рослин одного типу, а інша частина іншого типу, а також є з залишки сфагнових мохів мезотрофного типу, називається перехідним.
Технологія вирощування рослин в розсадниках
... вирощування та формування декоративного садивного матеріалу № пп Назва породи Термін вирощування рослин Щорічний відпуск саджанців, тис. шт. Відпад за період вирощування, ... ( живців) у рядках та між рядками. За схемою розміщення рослин встановлюється площа живлення одного саджанця (стп. ... рослин на більш пізніх етапах їх розвитку. Саме тому протягом періоду вирощування на розсаднику більшість рослин ...
Кожен тип складається з підтипів: лісового, лісоболотного і болотного, а підтипи поділяються на групи: деревну, деревинно-дров»яну, деревинно-мохову і мохову. Виділяють 20 видів низинного, 8 перехідного і 12 верхового торфу.
Рівень біохімічного розпаду рослин — торфоутворювачів характеризується ступенем розкладання, який показує частку безструктурного торфу, що втратила клітинну будову, речовини. Ступінь розкладання змінюється від 1 до 75 %.
У залежності від геоботанічної характеристики істотно змінюється склад торфів (табл. 2.2).
При переході від верхового торфу до низинного підвищується вміст азоту, гумінових кислот і фульвокислот, у той час як кількість компонентів, характерних для рослин (бітумів, водорозчинних, легкогідролізуємих, складногідролізуємих речовин і целюлози) знижується в 1,5-3,0 рази.
Таблиця 2.2. — Груповий хімічний склад органічной частини різних типів торфу (% на органічну масу, у чисельнику — середнє значення, у знаменнику — min, max)
|
Компоненти |
Тип торфу |
||
|
Низинний |
Перехідний |
Верховий |
|
| Бітум |
|
|
|
| Водорозчинні і легкогідролізуємі |
|
|
|
| Гумінові кислоти |
|
|
|
| Фульвокислоти |
|
|
|
| Целюлоза (важкогідролізуємі) |
|
|
|
| Лігнін (негідролізуємий залишок) |
|
|
|
Густина сухої речовини торфу залежить від зольності, ступеня розкладання і хімічного складу, зростаючи із зростанням зольності з 1570 до 1710 кг/м3 і падаючи із зростанням ступеня розкладання з 1570 до 1400 кг/м3 при зольності 2 %.
Водопоглинання торфу залежить в основному від анатомічної будови залишків рослин — торфоутворення, структури торфу, колоїдних властивостей гумусу і визначається ботанічним складом і дисперсністю, знижуючись із зростанням ступеня розкладання. Вона коливається від 75 до 2000 %, зменшуючись від торфу верхового типу до перехідного і особливо низинного типу.
Дисперсність в межах одного типу знижується при переході від торфу деревної групи до мохової, а при одній і тій же мірі розкладання низинний торф володіє більш однорідною дисперсністю і відрізняється від верхового меншим вмістом дрібних частинок.
Кислотність торфу є одним з факторів, що обумовлюють інтенсивність мікробіологічної діяльності. Обмінна кислотність, що використовується як додатковий показник якості торфу, знаходиться у прямому зв»язку із вмістом кальцію, який очевидно є головним регулятором кислотності торфу. Показник рН сольової витяжки торфу коливається в межах 2,6-7,4.
Бітуми верхових торфів містять в основному стійкі сполуки (віск, граничні вуглеводні), низинних — біохімічно нестійкі речовини (хлорофіл, ненасичені і кисневи сполуки).
З часом кількість бітумів в торфовому покладі майже не міняється, однак збільшується вміст воску і зменшується вміст смол, що пов»язано з повторними процесами, які відбуваються в торфі.
Екстракт, що витягується з бітумоносних торфів бензином, називають сирим торфовим воском. Він має темно-коричневий колір, містить не більше 40 % смолистих речовин, 10 % механічних домішок і 0,5 % вологи, кислотне число — 30-60, число омилення — 100-160, водне число — 15-30, температура каплепадіння — 70-80 0С.
Сировиною для отримання сирого торфового воску служить торф із вмістом бітуму не менше 5 %, зольністю не більше 8 % і робочою вологістю до 50 %.
Знесмолений торфовий віск отримують екстракцією, охолодженим до 0-5 0С бензином з подальшою промивкою воску чистим розчинником і продуванням гострою парою для видалення бензину. Рафінований торфовий віск виробляють з торфу знесмоленого методом вакуумної дистиляції, чищення селективними розчинниками, а також окисненням перманганатом калію, азотною кислотою, сумішшю азотної і сірчаної кислот, хромовою кислотою і двохромовокислим калієм. Він має світло-жовтий або жовтий колір, температуру плавлення не нижче за 79 0С, кислотне число 120-260, число омилення 180-220, водне число не більше 8. Етерифікацією рафінованого воску спиртами отримують етерифікований рафінований віск.
Торфовий віск широко використовується в точному литті, для отримання полірувальних мастил, поліровки хромованих і нікельованих виробів, для просочення паперу, шкіри, дерева, у виробництві олівців і косметики. У емульгованому вигляді віск входить до антиадгезійних сумішей, що використовуються при отриманні виробів з пенополіуретану, спиртові екстракти воску і смола використовуються при виробництві медичних препаратів, інгібіторів корозії металів, для одержання промивних і промно-консерваційних речовин.
Вміст і склад вуглеводів торфу залежить від типу, виду, ступеня розкладання і умов торфоутворення. Їх кількість від 50 % на органічну речовину у верхового торфу низького ступеня розкладання до 7 % у торфа зі ступеням розкладання понад 55 %. Вони представлені у вигляді полісахаридів, моносахаридів і їх пектинових речовин.
Вуглеводи торфу зосереджені у водорозчинних, легкогідролізуємих та важкогідролізуємих фракціях органічної речовини. Загальну кількість цукру в продуктах гідролізу торфу характеризують за показниками «редукуючі речовини», вміст яких у водорозчинній і легкогідролізуємой фракції до 50 % і в важкогідролізуємій — понад 90 %. Найбільш багаті вуглеводами торфи верхового типу з низьким ступенем розкладання.
За вмістом і якістю вуглеводів торф є сировиною, придатною для хімічної і біохімічної переробки. Гідролізати торфу практично не відрізняються від гідролізатів деревини і можуть використовуватися для виробництва спиртів, фенолів, кормів. Гектозні цукри добре засвоюються тваринами, можуть перероблятися мікроорганізмами в різні продукти, здатні зброжуватися. Пентози не зброжуються і придатні для вирощування кормових дріжджів. Продукти гідролізу пентозанів використовуються в медичній і фармацевтичній промисловості. З торфових гідролізатів можна отримувати білкові продукти, жири, вітаміни і т.д.
До гумінових кислот відносять речовини, що витягуються з торфу 1-2 % розчинами лугів у воді і осаджаються при підкисленні розчину у вигляді аморфної темнокольорової речовини. Залишок органічних речовин, тих, що залишаються у воді після підкислення називають фульвокислотами. У залишку крім власне фульвокислот є полісахариди, пептиди, амінокислоти, феноли.
Вміст гумінових кислот в торфі коливається від 5 до 55 %, причому мінімальна їх кількість знаходиться в торфі мохової групи верхового типу. У торфі низинного типу кількість гумінових кислот завжди вище за 20 %. Вміст вуглецю в гумінових кислотах торфу змінюється від 46 до 61 %, водню — від 2,8 до 6,6, азоту — від 2 до 6 %.
Гумінові кислоти при нагріванні не плавляться, а розкладаються. При висушуванні вони набувають нових вже нез»явних властивостей, що посилюються із збільшенням температури сушки. Сухі гумінові кислоти торфу являють собою блискучу чорну масу з густиною 1,14-1,63 г/см3. Висушені фульвокислоти утворюють тонкі блискучі червонувато-бежові плівки, що розтріскуються у вигляді тонких волокон. Фульвокислоти містять 40-52 % Сdaf, 4-6 % Нdaf, 2-4 % Ndaf, 40-48 % Odaf.
Електронно-мікроскопічні дослідження показали, що гумінові кислоти представлені сферичними частинками розміром від 3 до 10 нм, схильними сполучатися в ланцюжки з утворенням пухких сітчастих агрегатів. При сушці можливе утворення глобул з розмірами 80-2000 нм.
Великий набір і вміст функційних груп визначають високу обмінну місткість, яка росте із збільшенням рН. Загальна кількість кислих груп в гумінових кислотах і фульвокислотах залежить від типу торфу і змінюється відповідно від 5,8 до 7,7 мг-екв/г і від 8,0 до 13,3 мг-екв/г.
Гумінові кислоти використовуються для регулювання структури утворення бідних гумусом грунтів і підвищення їх родючості, для виробництва високоефективних біологічно активних препаратів, барвників для деревини, інгібіторів корозії різного призначення, стабілізації промивних розчинів при бурінні, для підвищення рухливості бетонних сумішей, розрідження цементних шламів, очищення стічних вод.
Енергетичне і сільськогосподарське використання торфу не вичерпує потенційні можливості торфу, що представляють велику цінність для хімічної і біохімічної промисловості, медицини, машинобудування, будівництва і ряду інших галузей. Вирішити цю проблему може комплексна переробка по безвідходній технології з отриманням нових продуктів і матеріалів різного призначення. З 1т сухого торфу можна отримати (кг): гумінових препаратів — 450-700, барвників — 350-450, целюлози — 150-200, бітумів — 50-100, воску — 40-50, парафіну — 20-30, етилового спирту до 45, оцтової кислоти до 15, щавлевої кислоти до 200, кормових дріжджів — 200-220, дьогтю — 80-100, дубильних речовин — до 50 і ряд інших хімічних речовин, на основі розробленої в Білорусії промислово-хімічної класифікації торфу і схеми комплексного його використання.
ЛІТЕРАТУРA
1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.
2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.
3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.
4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.
5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.— М. Недра 1980.— 256 с.
6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.— К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.— 255 с.
7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. — М. : Недра, 1980. — 266 с.
8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.— М : Недра, 1975.— 159 с.
9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.—М. : Недра, 1978.—231 с.
10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.— К. : Наук. думка, 1982.— 166 с.
11. Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.— 3-е изд., перераб. и доп.— М. : Химия, 1976.— 436 с.
