Şlempe ve Cibreden Yavaş Salınımlı Potasyum-Struvit Gübresi Üretimi için Bir Proses Geliştirilmesi

Abstract

Hızlı çözünen klasik gübrelerin ekonomik kayıplar yanında çevre kirlenmesine de yol açması yavaş salınımlı gübrelerin kullanımını gerekli hale getirmiştir. Diğer taraftan, dünyadaki rezervi sınırlı olan kaynakların hızla tükenmekte oluşu, yan ürün ve artıkları değerlendirecek yeni proseslerin geliştirilmesine yol açmıştır. Bu çerçevede fosfatlı gübreler, gerek yavaş salınımlı gübrelerin üretimi ve gerekse fosfat rezervlerinin korunması yönlerinden önemlidir. Bu çalışmada, melastan alkol üretiminin destilasyon basamağında ortaya çıkan potasyum içerikli şlempe ile şarap üretim artığı olan cibreden çıkarak yavaş salınımlı potasyum mağnezyum fosfat gübresi ve yan ürün olarak da aktif karbon üretimi için proses şartları araştırılmıştır. Bu amaçla önce, konsantre şlempe-cibre karışımları azot gazı atmosferinde pirolize tabi tutulmuş ve piroliz ürününün su ile ekstraksiyonuyla potasyum çözeltiye alınmıştır. Ekstraksiyondan kalan ve asitle stabilize edilen katı maddeler aktif karbon özellikleri yönünden karakterize edilmiştir. Potasyum içerikli ekstrakttan yavaş salınımlı gübre bileşeni olan potasyum mağnezyum fosfat (potasyum-struvit, KMgPO4.6H2O) çöktürülerek elde edilmiş, proses şartları ve ürün karakteristikleri ortaya konulmuştur. Kurutulmuş konsantre şlempe-cibre karışımları 600-800?C’de pirolize tabi tutulduktan sonra elde edilen chardan potasyum, su ile yüksek verimle ekstrakte edilebilmektedir. Asit çözeltisiyle işleme sokulan katı kalıntının spesifik yüzey alanının yüksek değerlerde oluşu, karışım bünyesindeki potasyumun aktifleşmeye neden olduğunu ortaya koymaktadır. İkinci basamakta, ekstraksiyon sonucu elde edilen, alkalinitesi yüksek olan potasyum içerikli çözeltiden fosforik asit ve mağnezyum bileşikleri de kullanılarak potasyum-struvit içerikli ürünler elde edilmiştir. Ancak, ekstraktın sahibolduğu alkalinitenin optimal pH’yı sağlamak için kafi gelmediği ve NaOH gibi bir bazın kullanılmasına ihtiyaç bulunduğu belirlenmiştir. Potasyum-struvit çöktürme işleminde sadece ekstrakt kullanıldığında, fazla miktarda ekstrakta ihtiyaç olmakta ve bu durumda safa yakın potasyum-struvit elde edilebilirken, potasyum temelinde hesaplanan verim yaklaşık % 30 civarında kalmaktadır. Stokiometrik orandaki bileşenlerle (K:Mg:P=1:1:1) ve pH’yı optimale yükseltmek üzere NaOH çözeltisi kullanıldığında, potasyum kazanım temelinde verim yaklaşık % 50’ye çıkarılabilmektedir. Stokiometrik orandan fazla mağnezyum ve fosfat bileşeni ve optimal pH’ya ulaşmak üzere de NaOH çözeltisi kullanıldığında, potasyum bazında verim artırılabilirken bu durumda da elde edilen üründe potasyum yüzdesi düşük olmaktadır. K:Mg:P=1:3:3 şartlarında, ekstrakttaki potasyumun yaklaşık % 89’u çöktürülüp kazanılabilmektedir. Bu durumda, potasyum-struvit yanında başka mağnezyum fosfat bileşikleri de çökerek potasyum yüzdesi düşük ürünler elde edilmektedir. Ancak safsızlık olarak bulunan mağnezyum fosfatın, bileşenlerin nütrien elementleri oluşu nedeniyle, potasyum yüzdesi teorik potasyum-struvit bileşimine göre düşük olarak oluşan ürünün gübre değerini fazlaca etkilemeyeceği ifade edilebilir. Çeşitli şartlarda elde edilen potasyum-struvit içerikli ürünlerin kimyasal bileşimi yanında bazı fizikokimyasal özellikleri de belirlenmiştir. Bu çerçevede ayrıca, ürünün su ve bitki beslemede önemli olan bazı maddeleri içeren ortamlarda çözünürlük özellikleri de ortaya konulmuştur. Elde edilen ürünün, uzun süreli temas sonunda potasyum temelinde sudaki çözünürlüğü yaklaşık % 2, kompleksleştiricilerin bulunduğu ortamda ise % 10’dan fazla olarak bulunmuştur. Bu değerler, proses sonunda elde edilen ürünün yavaş çözünen tipten bir gübre materyali olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, bu prosesle şlempedeki potasyum, yavaş çözünen özellikte potasyumstruvit içerikli bir gübre olarak elde edilebilirken, yan ürün olarak da belli amaçlarla kullanılabilir tipten bir aktif karbon kazanılmaktadır.