Способ получения комплексного органоминерального удобрения

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при получении комплексных органоминеральных удобрений с пониженной растворимостью в воде и высокой биологической активностью. Способ включает изготовление гранул из минерального удобрения и гумата щелочного металла, выделяемого щелочной экстракцией из гуматсодержащего вещества. В качестве щелочного агента при щелочной экстракции используют карбонат натрия или карбонат калия при их массовой доле в водном растворе 1-2%, щелочную экстракцию ведут при 90-96^oС с поддержанием pH 8,2-8,4 и добавлением поверхностно-активного вещества в количестве 0,005-0,01 мас.%, минеральное удобрение предварительно нагревают до температуры плавления, после чего вносят в него гумат щелочного металла в виде водного раствора в количестве 0,15-1,0 мас.% по действующему веществу, затем расплав подвергают грануляции в вертикальной грануляционной колонне во взвешенном состоянии при продувании холодным воздухом. Способ позволяет повысить экономичность процесса, экологическую безопасность и качество получаемого продукта за счет расширения диапазона регулирования скорости растворения удобрений при их использовании. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при получении комплексных органоминеральных удобрений с пониженной растворимостью в воде и высокой биологической активностью, применяемых для повышения урожайности сельскохозяйственных культур и производства экологии чистых продуктов.

Получение высоких урожаев экологически чистой сельскохозяйственной продукции должно учитывать самые разные факторы, как, например, вид сельскохозяйственной культуры, климатические условия, агрохимические показатели почвы (содержащие гумус, подвижные формы макро- и микроэлементов), количественный и качественный состав применяемых минеральных и органических удобрений, время и технология их внесения.

Применение только водорастворимых удобрений практически не позволяет производить подачу питания растениям в оптимальном режиме, что существенно понижает эффективность используемого удобрения. Кроме того, высокая растворимость удобрений в грунтовых водах приводит к достаточно значительным потерям их (до 50% и более), и, как результат этого, наблюдается ухудшение экологической обстановки вследствие загрязнения окружающей среды; велика возможность отравления растений. Особенно сильно это проявляется на фоне низкого содержания в почве органической составляющей - гумуса.

Одним из способов повышения эффективности минеральных удобрений (аммиачной селитры, карбамида, сульфата аммония, аммофоса и диаммофоса, нитрофоски и др. ) является их перевод в медленно действующие удобрения, т.е. водонерастворимую форму, например, путем связывания в комплексоны.

К известным химическим методам получения удобрений с пониженной растворимостью в воде является спекание оксидов фосфора, калия, кремния с оксидами микроэлементов. Такие удобрения, называемые фриттами, почти не взаимодействуют с веществом почвы и поглощаются непосредственно корнями растений, охватывающими крупинки удобрений. Данные удобрения могут быть одно- и многокомпонентными.

Так, например, разработана технология калийно-магний-фосфоритных удобрений следующего состава, мас. %: К₂О 16-20; Р₂O₅ 23-24; MgO 1,8-2,0; MnO 0,06-0,07; оксиды Са, Si, Al и Ва (Федюшкин Б.Ф., Гришаев И.Г., Леонтьева С. И. , Фурина В. А. Технология минеральных удобрений с замедленной растворимостью микроэлементов. М.: НИИТЭХим, 1987).

Технология основана на спекании промежуточных продуктов глиноземного производства и фосфатных концентратов. Поташные растворы (300 г/л) смешивают с апатитовым концентратом. Плотность пульпы - 1850 кг/м³, влажность - 30%. Спекание осуществляют во вращающемся барабане (d=l,0 м, 1=16 м) при подаче пульпы сжатым воздухом в противотоке с топочными газами. Время пребывания в печи - 2 ч, температура материала в зоне спекания - 1140-1175^oС. Горячий спек поступает в другой вращающийся барабан (d=1,2 м, l=9,0 м) на охлаждение.

Технология отличается высокими энергозатратами, нестабильностью работы вращающихся барабанов, системы газоочистки, непостоянством химического состава и механических характеристик производимого удобрения, что ограничивает широкое внедрение ее в промышленности.

Уменьшение растворимости удобрений возможно путем получения на их основе солей различных двухвалентных металлов, таких как, магний, железо, цинк, медь, кобальт, молибден, кальций. Наибольшее внимание уделено магнийаммонийфосфату, который применяют как самостоятельно (корневое и внекорневое питание), так и в смеси с другими удобрениями.

В последние годы большое внимание уделяется созданию комплексонов минеральных удобрений с различными микроэлементами (Федюшкин Б.Ф., Гришаев И.Г., Фурина В. А. // Труды НИУИФ. 1989. Вып.257. С.301). В качестве комплексонов использовались как синтетические (диэтилентриаминпентауксусная, этилендиаминтетра-уксусная, оксиэтилидендифосфорная кислоты), так и природные (гуматы, лигнины, торф, лигносульфонаты - отходы целлюлозобумажной промышленности, различные глины, содержащие органические вещества).

Например, глина, содержащая гумусовые вещества в количестве 16-17 мас.% на органический углерод, была использована в качестве источника гумусовых веществ и одновременно как инертный наполнитель в составе жидких суспензионных органоминеральных удобрений (Гришаев И.Г., Бурова М.С. // Сб. XV Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Минск.: Наука и техника. 1993. T.1. C.206).

Разработана рецептура бесхлорного NPKMg-удобрения на основе торфа и его золы (Гришаев И.Г., Назаров В.И. // Сб. докладов международной конференции по экологии. Иркутск. 1996. Т.2. 4.2. С. 177), а также золы и карбамида. Технология включает смешение, гранулирование и сушку. Образуются прочные гранулы неправильной формы и остается до 25% несвязанной золы. Более равномерный гранулометрический состав, соответствующий требованиям, предъявляемым к минеральным удобрениям, формируется при добавлении свежего торфа и суперфосфата (Гришаев И.Г., Назаров В.И. // Сб. докладов международной конференции по экологии. Иркутск. 1996. Т.2. 4.2. С.177).

Особое внимание при создании органоминеральных удобрений уделяется использованию отходов сельскохозяйственных и промышленных производств. Однако, прямое применение отходов, как правило, затруднено из-за низкого содержания полезных веществ и в то же время большого количества вредных балластных примесей. Поэтому возникает необходимость комбинирования различных отходов, их облагораживания, что отрицательно сказывается на экономике производства удобрений в целом. Например, к отходам, встречающимся повсеместно, относится птичий помет, который издавна применяют для повышения плодородия почвы. Прямое внесение свежего помета затруднено из-за плохих физических свойств, наличия патогенной флоры, сезонного использования. В то же время, хранение сырого помета приводит к значительным потерям питательных для растений веществ, а на приготовление компоста требуется не менее 3 месяцев. Термическая обработка помета повышает концентрацию питательных веществ, полностью обезвреживает его от патогенной флоры. Но даже приготовленный таким способом помет недостаточно богат питательными элементами, поэтому с целью повышения его агрохимической ценности дополнительно вводят гипс, торф, древесные опилки, солому, минеральные удобрения.

Разработана рецептура органоминерального удобрения на базе куриного помета и гипса. Удобрительные свойства продукту придают не только основные питательные элементы (N, Р, К), но и микроэлементы, содержащиеся в соотношении, близком к живой природе. В состав удобрения входят, мас.%: N 2-3; Р 3-4; К - до 1,5. Оно применяется, главным образом, под овощные и картофель на большинстве почв (Гришаев И.Г., Назаров В.И. // Сб. докладов межрегиональной научно-практической конференции. Брянск. 1996. Ч.2. С.100).

Недостатком данного удобрения является, прежде всего, низкое содержание N, Р, К, а также необходимость в предварительной подготовке куриного помета, использование гипса, а следовательно, ограничения по агрохимическим показателям почв (в основном для почв с повышенным показателем рН) и спектру сельскохозяйственных культур. Кроме того, применение куриного помета приводит к существенному засорению почв семенами вредных растений, а следовательно, необходимо использование пестицидов, что весьма нежелательно.

Химические и биохимические методы регулирования скорости поглощения питательных веществ растениями, несмотря на множество форм и широкий спектр сырья, не обеспечивают всего разнообразия соотношений макро- и микроэлементов, а главное не позволяют произвольно регулировать скорость растворения удобрений в широких пределах. Модификации водорастворимых удобрений можно достичь физическими методами, которые направлены, в отличие от химических методов, не избирательно на тот или иной элемент, а на всю композицию в целом.

Наиболее распространены методы гранулирования окатыванием и, в особенности, компактированием, таблетирования, экструзии, литья плава смеси. Исходными компонентами являются карбамид, сульфат аммония, диаммонийфосфат, сульфат или хлорид калия, микроэлементы, красящие вещества. В качестве связующего используют карбамидоформальгедидные смолы, парафин, петролатум, стеараты. Смесь веществ подвергают брикетированию. Кроме того, используют поверхностно-активные добавки: монометилолмочевина, диметилмочевина, сульфидноспиртовая барда, поливиниловый спирт, синтетические жирные кислоты, что приводит к увеличению плотности брикетов.

Наиболее плавное регулирование растворимости удобрений достигается путем покрытия их поверхности пленкой, химический состав и толщина которой позволяют регулировать скорость растворения удобрения. Для получения пленки используют: акриловую смолу, воск, парафин, винилацетат, полиакриловую кислоту, эмульгирующийся полиэтилен, карбамидоформальдегидную смолу, битум, синтетический каучук, кремнийорганические композиции. Наиболее часто встречаются оболочки из серы, фосфогипса, спеков микроэлементов, доломита, фосфоритной муки, магнезита (Шпекторов Г.Я., Позин П.М., Михайлов В.И. Удобрения с регулируемой скоростью растворения. М.: НИИТЭХим. 1983). Основными требованиями к покрытиям являются определенная толщина, прочность, плотность оболочки и равномерность ее распределения по поверхности гранул. Выполнение перечисленных требований весьма сложно и технологически трудно осуществимо как на стадии нанесения оболочки, ее совмещения с удобрением, так и при сушке (тепловое дробление нарушает целостность оболочки и ухудшает качество гранул). Производство удобрений с использованием вышеперечисленных связующих, а также пленкообразующих веществ находится в постоянной зависимости от их наличия, стоимости, качества; кроме того, оно отличается сложной технологией, характеризующейся достаточно большими энергозатратами, многостадийностью, низкой экологической культурой (высокая загазованность, запыленность, наличие вредных выбросов в случае использования карбамидоформальдегидных и акриловых смол, полиакриловой кислоты, нефтяного битума, кремнийорганических композиций, серы, сульфидноспиртовой барды, винилацетата).

Известен способ получения комплексного органоминерального удобрения, включающий совместное использование минерального удобрения с гуминовыми соединениями. Способ заключается в планировании гранул минеральной основы оболочкой гумата щелочного металла, причем после планирования гранулы дополнительно обрабатывают раствором гумата щелочного металла и карбамидоформальдегидной смолы (патент РФ 2110503, кл. С 05 С 9/02, 10.05.1998).

Однако указанный способ, который является наиболее близким аналогом предлагаемого, достаточно сложен технологически, т.к. характеризуется значительными энергозатратами, многостадийностью, низкой экологичностью и, кроме того, не позволяет получить комплексное органоминеральное удобрение, позволяющее регулировать скорость растворения удобрений в широких пределах.

Задачей настоящего изобретения является создание композиций органоминеральных удобрений, в которых для обеспечения высокого содержания питательных макроэлементов (N, Р, К), а также микроэлементов (В, Fe, Mn, Ti, Zn, Cu, V, Со, Мо и др.), низкой растворимости в воде используется комплексообразование прочных хелатов между минеральными удобрениями (карбамид, аммиачная и кальциевая селитра, сульфат аммония, сульфат и хлорид калия, преципитат, аммоний- и диаммонийфосфат, нитрофоска, простой и двойной суперфосфат, фосфоритная мука) и буроугольными, торфяными, сапропелевыми гуматами натрия, калия, аммония. При этом значительно понижается растворимость водорастворимых минеральных удобрений в воде; повышается биологическая активность композиций за счет наличия в них широкого набора аминокислот, сахаров, органических карбоновых кислот, содержащихся в фульвокислотах, а также микроэлементов минимальной части гуминовых кислот; механическая прочность вследствие образования между минеральным удобрением и органической компонентой донорно-акцепторных, водородных и ковалентных связей; упрощается технология производства органоминеральных удобрений. Разработанные рецептуры удобрений можно применять на почвах с различными агрохимическими показателями и для различных сельскохозяйственных культур с получением высоких урожаев экологически чистой продукции.

Ожидаемый технический результат от использования предлагаемого способа получения комплексного органоминерального удобрения заключается в повышении его экономичности, экологической безопасности и качества получаемого продукта за счет расширения диапазона регулирования скорости растворения удобрений при их использовании.

Поставленная задача и технический результат решаются предлагаемым способом получения комплексного органоминерального удобрения, включающим изготовление гранул из минерального удобрения и гумата щелочного металла, выделяемого щелочной экстракцией из гуматсодержащего вещества. Отличием предлагаемого способа является то, что при щелочной экстракции в качестве щелочного агента используют карбонат натрия или карбонат калия при их массовой доле в водном растворе 1-2% с поддержанием рН 8,2-8,4 и добавлением поверхностно-активного вещества в количестве 0,005-0,01 мас.%. Минеральное удобрение предварительно нагревают до температуры плавления, после чего вносят в него гумат щелочного металла в виде водного раствора в количестве 0,15-1,0 мас. % по действующему веществу, а затем расплав подвергают грануляции в вертикальной грануляционной колонне во взвешенном состоянии при продувании холодным воздухом. В качестве гуматсодержащего вещества может быть использован низинный фрезерный торф или бурый уголь. В качестве минерального удобрения могут быть использованы карбамид, или аммиачная селитра, или аммофос, или диаммонийфосфат, или сульфат аммония, или нитрофоска.

Пример. Воздушно-сухой низинный фрезерный торф массой 100 г заливают 500 мл водного раствора карбоната калия (К₂СО₃) с массовой долей 1%.

Реакционную массу перемешивают в пропеллерной мешалке при 90-96^oС со скоростью 360-400 об/мин в течение 120 мин. Для стабилизации коллоидного раствора гуматов и предотвращения выпадения осадка поддерживают величину рН реакционной массы на уровне 8,2-8,4 путем корректировки количества К₂СО₃, а также добавляют поверхностно-активное вещество, например ПАВ-7, в количестве 0,01 мас.%. Затем реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, фильтруют через плотный фильтр для отделения твердых частиц и производят спектрофотометрическое определение содержания гумата К.

Определение рН реакционной массы и готового раствора гумата К осуществляют на цифровом рН-метре типа рН-150.

Спектрофотометрический анализ проводят на спектрофотометре типа СФ-46 при длине волны 390 нм, толщина кюветы 10 мм. В качестве сравнительного раствора используют исходный раствор К₂СО₃ с массовой долей 1%. Определяют оптическую плотность раствора гумата К и по калибровочному графику вычисляют количественное содержание гумата К.

Затем осуществлялся этап получения гуматизированного органоминерального удобрения, для чего использовали карбамид производства НАК /АЗОТ, г. Новомосковск, Тульской области, ГОСТ 2081-92.

Методика приготовления гуматизированного карбамида.

Вначале производился расчет рецептуры с учетом содержания гуматов (Na, К) с массовой долей: 0,005; 0,01; 0,015; 0,03; 0,05; 0,10; 0,2; 0,3; 1,0; 1,5 и 2,0 (мас.% на действующее вещество).

Расчетное количество карбамида (50 г) помещалось в круглодонную колбу с пропеллерной мешалкой и капельной воронкой. Колба помещалась в масляную баню и содержимое колбы нагревалось до 140^oС (температура плавления карбамида 132,7^oС). После полного расплавления карбамида в колбу при постоянном перемешивании вносили по каплям расчетное количество гумата (Na, К). Вода испарялась с образованием однородного расплава, который подвергался грануляции во взвешенном состоянии при продувании вертикальной грануляционной колонны холодным воздухом. Образовывались равномерные гранулы размером 1 мм. Количественное содержание гуматов (Na, К) дополнительно определялось спектрофотометрически, после чего проводилось биологическое тестирование комплексного удобрения.

Результаты биологического тестирования органоминерального комплекса карбамид-гумат (Na, К) приведены в таблице 1.

Сравнительный анализ результатов табл. 1 позволяет констатировать, что использование гуматизированного карбамида весьма эффективно.

Сочетание торфяных гуматов (Na, К) с карбамидом дает значительное повышение урожайности сельхозкультур. Например, по сравнению со свободным карбамидом, применение комплекса карбамид (99,7%)+гумат Na (0,3%) вызывает увеличение урожайности (%): яровая пшеница (11,5); гречиха (8,7); вико-овсяная смесь (75,0); многолетние травы (87,8); сахарная свекла (20,0) (табл.1). Эффективность композиции карбамид (99,7%) + гумат К (0,3%) несколько выше (табл. 1). Из табл. 1 видно, что повышение массовой доли гуматов (Na, К) в композиции до 2,0 мас.% вызывает снижение общей биологической активности ее и, как результат этого, уменьшение урожайности сельхозкультур.

Существенно понижается растворимость исходного карбамида, увеличиваются сорбционные свойства комплексного удобрения на почве, а также по отношению к тяжелым металлам, радионуклидам, пестицидам. Кроме того, данный комплекс позволяет достичь равномерного внесения гуминовых веществ в почву, что крайне затруднительно с учетом требования их малых концентраций при использовании сухих порошков.

Формула изобретения

1. Способ получения комплексного органоминерального удобрения, включающий изготовление гранул из минерального удобрения и гумата щелочного металла, выделяемого щелочной экстракцией из гуматсодержащего вещества, отличающийся тем, что при щелочной экстракции в качестве щелочного агента используют карбонат натрия или карбонат калия при их массовой доле в водном растворе 1-2%, щелочную экстракцию ведут при 90-96^oС с поддержанием рН 8,2-8,4 и добавлением поверхностно-активного вещества в количестве 0,005-0,01 мас. %, минеральное удобрение предварительно нагревают до температуры плавления, после чего вносят в него гумат щелочного металла в виде водного раствора в количестве 0,15-1,0 мас. % по действующему веществу, а затем расплав подвергают грануляции в вертикальной грануляционной колонне во взвешенном состоянии при продувании холодным воздухом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что качестве гуматсодержащего вещества используют низинный фрезерный торф или бурый уголь.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве минерального удобрения используют карбамид, или аммиачную селитру, или аммофос, или диаммонийфосфат, или сульфат аммония, или нитрофоску.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2