Способ получения комплексного органоминерального удобрения и активатора

 

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к производству удобрений на основе торфа. Проводят физико-химическое разложение торфа на молекулярном уровне, для этого пропускают смесь торфа с водой через кавитационный насос. Получают за счет протекающих кавитационных процессов торфоводяную пасту, ее разогрев и перемешивание, деструкцию и расщепление молекул на радикалы. Полученную торфоводяную пасту обогащают фосфорными соединениями в том случае, если исходный торф содержит фосфора в виде Р₂О₅ менее 1%. Водным раствором серной кислоты повышают физиологическую активность торфоводяной пасты путем образования сульфогуминовых кислот и разложения минеральной составляющей. Затем добавляют гидроксиды, карбонаты и гидрокарбонаты калия, натрия, аммония до полного перевода гуминовых кислот в гуматы. При этом пропускают реакционную массу через кавитационный насос до тех пор, пока ее температура не достигнет 75-85^oС. После этого отключают насос. Выдерживают полученный продукт от 2 до 4 ч и затем выгружают. Изобретение позволяет получить удобрение и активатор без специального нагрева реакционной среды и без нарушения целостности химического реактора. 2 табл.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к производству удобрений на основе торфа, и может быть использовано в сельском и лесном хозяйствах.

Использование торфа в качестве сырья для получения удобрений известно давно. Согласно этим способам [1] торф обрабатывают щелочными растворами, иногда смешивают с минеральными солями. Общим недостатком этих способов является низкий выход гуминовых соединений (не выше 30% от общего их количества в исходном сырье), большая длительность технологического процесса (иногда несколько суток), что приводит к низкой эффективности конечного продукта, высокой энергоемкости процесса и малой производительности.

Для интенсификации процесса получения удобрения, кроме химической обработки торфа, применяют физические методы. Известен способ [2], при котором готовят торфоводяную смесь, затем добавляют расчетное количество поташа, удобрений и полученную реакционную массу подвергают электрогидравлической обработке в течение 1-1,5 часа. Электрогидравлическое воздействие увеличивает содержание усваиваемого азота, однако не исключает добавление фосфорных и других удобрений.

Кроме того, согласно приведенным в способе примерам недостатком способа является очень низкий (на порядок) выход гуматов. Получают всего 2,20-2,45% гуматов при содержании в исходном сырье 20,66-26,80% гуминовых кислот и, как следствие, низкое качество товарной продукции; Прототипом заявляемого способа является способ получения торфогуминового удобрения [3], суть которого заключается в том, что торфоводяную смесь в химическом реакторе смешивают с реагентами, нагревают и подвергают ультразвуковому воздействию с частотой колебаний 18,5-19 кГц. Колебания создают магнитострикционным генератором УЗГ-4. При этом колебания передаются мембране в днище реактора, а от нее во весь объем реакционной массы.

Ультразвуковое воздействие является эффективным, так как сокращает время технологического процесса от нескольких часов до 75-90 минут и приводит к практически полному выходу из торфа гуминовых кислот, макро- и микроэлементов.

Однако этот способ требует специального нагрева содержимого реактора до 70-75^oС, что увеличивает энергоемкость процесса и удорожает конечный продукт.

Кроме того, технически этот способ трудно осуществим, так как требует нарушения целостности химического реактора для встраивания в днище реактора мембраны от УЗГ-генератора.

Получаемое по этому способу удобрение не содержит почвенные полезные микроорганизмы, которые структурируют почву и помогают растениям усваивать питательные вещества.

От этих недостатков прототипа свободен предлагаемый способ, который по сравнению с известным позволяет получить высокое качество конечного продукта при снижении его себестоимости, без специального нагрева реакционной среды, без нарушения целостности химического реактора.

Техническим результатом изобретения является способ получения комплексного органоминерального удобрения и активатора. Состав удобрения является комплексным, так как представляет собой органическую (гумусовую) и минеральную (набор макро- и микроэлементов) составляющие. Кроме того, получаемое удобрение содержит полезные почвенные микроорганизмы, формирующие структуру почвы и помогающие растениям усваивать питательные вещества. Продукция, получаемая по предлагаемому способу, применяется в открытом и защищенном грунте во всех климатических зонах для всех культур (деревья, кустарники, овощные, корнеплоды, плодово-ягодные, бобовые, зерновые, бахчевые, цитрусовые, декоративные, травы, цветы, грибы), для приготовления компостов и в гидропонике.

Удобрение и активатор гарантирует: процентное увеличение прорастания семян; высококачественную устойчивую рассаду; приживаемость при посадке и пересадке; развитие корневой системы; сокращение вегетативного периода развития растений; сокращение сроков созревания плодов; увеличение массы плодов и улучшение их вкусовых качеств; устойчивость растений к засухе и заморозкам;
устойчивость растений к фитофторозу и др. заболеваниям;
обильную завязь и обильное плодоношение;
увеличение сроков хранения овощей и фруктов;
снижение содержания нитратов и токсического действия ранее примененных ядохимикатов;
благоприятное воздействие на развитие микрофлоры почвы и ее рекультивацию;
экологическую чистоту продукции.

Технический результат достигается тем, что в способе получения комплексного органоминерального удобрения и активатора, включающем обработку торфа раствором щелочи, согласно изобретению проводят физико-химическое разложение торфа на молекулярном уровне, для чего пропускают смесь торфа с водой через кавитационный насос, получают за счет протекающих кавитационных процессов торфоводяную пасту, ее разогрев и перемешивание, деструкцию и расщепление молекул на радикалы, полученную торфоводяную пасту обогащают фосфорными соединениями в том случае, если исходный торф содержит фосфора в виде P₂O₅ менее 1%, далее водным раствором серной кислоты повышают физиологическую активность торфоводяной пасты путем образования сульфогуминовых кислот и разложения минеральной составляющей, а затем добавляют гидроксиды, карбонаты и гидрокарбонаты калия, натрия, аммония до полного перевода гуминовых кислот в гуматы калия, натрия, аммония, при этом пропускают реакционную массу через кавитационный насос до тех пор, пока ее температура не достигнет 75-85^oС, после чего отключают кавитационный насос, выдерживают полученный продукт для дозревания от 2 до 4 часов и затем его выгружают.

Суть способа заключается в следующем.

При прохождении торфоводяной смеси (с реагентами или без них) через кавитационный насос возникает такой нелинейный эффект, как кавитация - возникновение в жидкой среде пузырьков, заполненных паром, или газом, или их смесью. Пузырьки пульсируют, поступательно перемещаются, наблюдается их сложное движение, захлапывание, слияние друг с другом. Пульсация кавитационных полостей может сопровождаться сильным искажением сферической формы и даже дроблением пузырьков. Это создает в реакционной среде мощные гидродинамические возмущения в виде микропотоков, сильных импульсов сжатия (микроударных волн). При этом в результате захлапывания пузырьков происходит сильный локальный разогрев торфоводяной смеси, ионизация, перемешивание, ускорение процессов тепло- и массообмена, то есть инициируются и интенсифицируются физико-химические процессы переработки исходного сырья.

Инициирование химических процессов происходит за счет деструкции и расщепления молекул на радикалы, а интенсификация обусловлена кавитационными явлениями.

Торф на молекулярном уровне разлагается. В зависимости от кавитационной прочности частиц происходит их измельчение и разделение сростков на отдельные зерна, связанные между собой силами слипания, спекания, спайности. При этом частицы не разламываются на более или менее крупные, а под воздействием ударных волн происходит их обкалывание с поверхности, то есть частицы как бы обкатываются. Происходит разложение торфа на глубоком структурном уровне.

Химическими реагентами обогащают торф фосфором, в том случае если он изначально содержит P₂O₅ менее 1%, переводят гуминовые кислоты в гуматы калия, натрия и аммония. Так как ионы хлора и фтора являются нежелательными для растений, а использование азотной кислоты приводит к образованию нитратов, то разложение минеральной составляющей проводят водными растворами серной кислоты, которая активизирует торф, образуя с гуминовой составляющей физиологически высокоактивные сульфогуминовые кислоты.

Интервал температур, который достигается при пропускании пасты через кавитационный насос, является оптимальным, так как при температуре ниже 75^oС процесс получения продукта протекает медленно, что приводит к энергетическим затратам и потере времени, а при температуре выше 85^oС процесс ускоряется, биологическая активность продукции понижается.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость, которая соединена с кавитационным насосом, заливают воду, включают насос и загружают очищенный от примеси торф. При прохождении торфа с водой через насос происходит их смешивание, измельчение и разложение торфа на молекулярном уровне, получение торфоводяной пасты, ее разогрев и перемешивание, деструкция и расщепление молекул на радикалы.

Далее, если торф изначально содержит (в неусвояемом растениями состоянии) до 28% P₂O₅, что свойственно некоторым типам торфов Западной Сибири, то в результате глубокой переработки торфа он переходит в усвояемое состояние и не требуется корректировка конечного продукта по фосфору. Если исходный торф содержит низкое количество фосфора (P₂O₅ менее 1%), то перед внесением щелочного реагента в торфоводяную пасту добавляют соединения фосфора в пересчете на P₂O₅ до 28% (в зависимости от культуры и времени внесения удобрения). Калий вносят в удобрение при переводе гуминовых кислот в гуматы, азотом обогащают удобрение, переводя его в усвояемое состояние из торфа.

Пример 1.

В емкость, соединенную с кавитационным насосом, заливают 100 литров воды, включают насос, загружают 24 кг фрезерного торфа, влажность которого 57%. Так как исходный торф содержит 22,7% P₂O₅, то обогащения пасты фосфорными соединениями извне не производят. Для повышения физиологической активности в пасту добавляют 1,6%-ный водный раствор серной кислоты. После перемешивания в реакционную среду добавляют гидроксид калия, натрия в пропорции 2: 1 до стабилизации концентрации гуминовых кислот в смеси. После стабилизации концентрации гуминовых кислот реакционную смесь продолжают перемешивать до достижения в реакционной среде 75^oС, далее без перемешивания, то есть при выключенном кавитационном насосе, продукт выдерживают в течение 2 часов, после чего его выгружают и анализируют. Результаты анализа приведены в табл.1.

Tl, Pt, Hg, As, W, Ge, In, Bi, Cd, Ga, Pb, Sb - в усвояемой части проб не обнаружены
Как видно из таблицы, в процессе кавитационного воздействия произошла глубокая структурная переработка торфа, в результате которой в усвояемое растениями состояние переведено практически 100% органической (гуминовые кислоты в гуматы) и минеральной (набор макро- и микроэлементов) составляющих.

Пример 2.

Опыт выполнен аналогично примеру 1. Количество воды - 120 л, количество фрезерного торфа, влажность которого 70%, - 21 кг. Для перевода гуминовых кислот в гуматы используют гидроксиды, карбонаты и гидрокарбонаты калия, натрия, аммония в равных пропорциях. Температура, до которой доводят реакционную смесь, - 85^oС. Время дозревания продукта 4 ч.

Результаты исследований приведены в табл.2.

Как и в предыдущем примере наблюдаем практически полный перевод торфа в доступные растениям формы.

Для сравнения эффективности по предлагаемому способу был переработан торф того же состава и из тех же торфопроявлений, как в прототипе (примеры 3 и 4).

Пример 3.

Торф из района озера Юзурган Новосибирской области. Влажность 65%, состав, %: гуминовые кислоты - 31,8; Р₂О₅ - 4,9; Са - 1,8; Fe - 0,6; Mg - 2,6; Si - 0,9; Al - 0,6; К - 0,8; Mn - 1,3; В - 0,01; Au - 0,0002; Cr - 0,001; Мо - 0,0006; Сu - 0,004; Ag - 0,003; Со - 0,001.

Ультразвуковое воздействие с частотой колебаний 18,5-19 кГц позволяет перевести в усвояемые формы (в %) гуминовых кислот (в виде гуматов калия) - 31,4; Р₂O₅ - 4,9; Са - 1,7; Fe - 0,6; Mg - 2,1; Si - 0,8; А1 - 0,4; К - 0,8; Mn - 1,3; В - 0,01; Au - 0,0002; Сr - 0,0007; Мо - 0,0006; Сu - 0,004; Ag - 0,003; Со - 0,0008.

В предлагаемом способе в доступные для растений формы переходит, %: гуминовые кислоты (в виде гуматов калия) - 31,7; P₂O₅ - 4,9; Са - 1,8; Fe - 0,6; Mg - 2,4; Si - 0,9; Al - 0,5; К - 0,8; Mn - 1,3; В - 0,01; Au - 0,0002; Cr - 0,0009; Мо - 0,0006; Сu - 0,004; Ag - 0,003; Со - 0,001.

Предлагаемый способ более полно переводит торф в доступную растениям форму.

Пример 4.

Торф из месторождения Сосновый рям Новосибирской области при влажности 70% содержит, %: гуминовые кислоты - 47,0; Р₂O₅ - 4,8; Са - 1,3; Fe - 0,8; Mg - 0,6; Si - 1,2; Al - 0,8; К - 0,9; Mn - 1,4; В - 0,02; Au - 0,0003; Cr - 0,001; Мо - 0,002; Сu - 0,009; Ag - 0,003; Со - 0,006.

В прототипе в доступные для растений формы переходит, %: гуминовые кислоты (в виде гуматов калия) - 46,8; P₂O₅ - 4,8; Са - 1,1; Fe - 0,6; Mg - 0,4; Si - 0,8; Al - 0,6; К - 0,9; Mn - 1,4; В - 0,02; Au - 0,0002; Сr - 0,001; Мо - 0,001; Сu - 0,009; Ag - 0,003; Со - 0,006.

Предлагаемый способ переводит в усвояемые формы, %: гуминовые кислоты (в виде гуматов калия) - 47,0; P₂O₅ - 4,8; Са - 1,3; Fe - 0,7; Mg - 0,6; Si - 1,0; Al - 0,7; К - 0,9; Mn - 1,4; В - 0,02; Au - 0,0002; Cr - 0,001; Мо - 0,002; Сu - 0,009; Ag - 0,003; Со - 0,006.

Как видно из полученных данных, оба способа переработки торфа в удобрение отличаются высокой эффективностью, но процентное содержание и количество переведенных в усвояемые формы элементов по предлагаемому способу выше.

Во-вторых, предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что не приводит к потере целостности химического реактора, а при наличии емкости вообще не требует использования химического реактора, не требует наличия мешалки, специального перемешивания и обогрева смеси торфа с водой, так как перемешивание смеси и ее нагрев происходят в результате кавитационных явлений при инерционном поступлении воды, торфа и реагентов в насос. Все это уменьшает энергоемкость процесса, удешевляет конечный продукт и повышает его качество.

В-третьих, в отличие от прототипа, конечный продукт выгружают в виде пасты, а не в сухом состоянии, что также является преимуществом способа, так как пастообразное состояние позволяет при высокой концентрации питательных веществ сохранить полезные микроорганизмы. Наличие полезных микроорганизмов повышает качество конечного продукта.

Получаемое комплексное органоминеральное удобрение и активатор являются экологически чистым и безопасным органоминеральным веществом, обладающим способностью химически связывать токсичные вещества и дающим растительным культурам полный баланс питательных веществ и набор почвенных полезных микроорганизмов.

Источники информации
1. Гуминовые удобрения, теория и практика их применения. Гос. изд-во селькохозяйственной литературы, Киев, 1962, часть 2.

2. Способ получения органоминерального удобрения. Авторское свидетельство СССР 1758041, кл. С 05 F 11/02, 1992.

3. Способ получения торфогуминовых удобрений. Патент РФ N 2058279, кл. С 05 F 11/00, 1996.

Формула изобретения

Способ получения комплексного органоминерального удобрения и активатора, включающий обработку торфа едким калием, отличающийся тем, что проводят физико-химическое разложение торфа на молекулярном уровне, для чего пропускают смесь торфа с водой через кавитационный насос, получают за счет протекающих кавитационных процессов торфоводяную пасту, ее разогрев и перемешивание, деструкцию и расщепление молекул на радикалы, полученную торфоводяную пасту обогащают фосфорными соединениями в том случае, если исходный торф содержит фосфора в виде Р₂О₅ менее 1%, далее водным раствором серной кислоты повышают физиологическую активность торфоводяной пасты путем образования сульфогуминовых кислот и разложения минеральной составляющей, а затем добавляют гидроксиды, карбонаты и гидрокарбонаты калия, натрия, аммония до полного перевода гуминовых кислот в гуматы калия, натрия, аммония, при этом пропускают реакционную массу через кавитационный насос до тех пор, пока ее температура не достигнет 75-85^oС, после чего отключают кавитационный насос, выдерживают полученный продукт для дозревания от 2 до 4 ч и затем его выгружают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2