Способ получения комплексного органоминерального удобрения

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к получению комплексных органоминеральных удобрений. Измельченный бурый уголь смешивают с мочевиной и добавляют измельченный глауконитовый песок при массовом соотношении компонентов 0,9:0,9:0,2. Полученную смесь подвергают облучению высокочастотным электромагнитным полем частотой (1500±50) МГц в течение 3-5 мин. Затем ее нагревают до 75-80^oС и выдерживают при данной температуре 5 мин при постоянном перемешивании. Изобретение позволяет повысить производительность и качество продукта при сокращении продолжительности процесса.

Изобретение относится к технологии получения комплексных органоминеральных удобрений и может быть использовано для продуктивного выращивания различных сельскохозяйственных культур и растений.

Известно, что основными элементами питания растений являются углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий и кальций. В меньшей степени для питания растений нужна сера, магний и железо. В малом количестве требуются микроэлементы бор, марганец, медь, цинк и др. Практически все элементы всасываются корневой системой из почвы, вот почему плодово-ягодные, овощные и зерновые культуры так требовательны к плодородию почвы, обеспечивающей их урожайность.

Доказано, что хорошее развитие растений и желаемая прибавка урожая получаются только при полноценном, многоэлементном комплексном питании. Возможность совместить положительные свойства органических и минеральных удобрений, одновременно устранив негативные, было получена в конце XX века с новым классом органоминеральных удобрений /ОрМУ/.

Они активизируют жизнедеятельность почвенных микроэлементов, обменные процессы в почве и тем самым улучшают плодородие почвы, ее структуру.

Питательные вещества из ОрМУ расходуются постепенно, не создавая высоких концентраций в почве, причем гуминовые вещества образуют с микроэлементами (цинк, марганец и др.) комплексы, которые, с одной стороны, не дают им вымываться и рассеиваться, а с другой - делают их доступными растениям.

Применение ОрМУ особенно актуально в экологически загрязненных районах, т. к. они переводят загрязняющие элементы из водорастворимых в труднорастворимый комплекс, в результате чего токсические вещества не попадают в растения.

Патентно-информационный поиск за период 1985-2002 гг. выявил несколько сотен изобретений, касающихся удобрений, из них около 30% - запатентованных ОрМУ. Особое место отводится ОрМУ на основе гуматов - естественных высокомолекулярных веществ, обладающих высокой физиологической активностью. Их выделяют из торфа, бурого и окисленного каменного угла и сапропеля.

В последние годы ученые выявили общие биохимические и экологические функции гуминовых веществ и их влияние на развитие растений. Это - аккумулятивность, т. е. способность гуминовых веществ накапливать долгосрочные запасы всех элементов питания, углеводов, аминокислот в различных средах; транспортная функция - образование комплексных органоминеральных соединений с металлами и микроэлементами, которые активно мигрируют в растение; регуляторная - регулируют минеральное питание, катионный обмен, буферность и окислительно-восстановительные процессы в почве; протекторная - путем сорбции токсических веществ и радионуклидов.

Известен способ получения органоминерального удобрения (А.С. 1167174, 1985 г. ), включающий смешивание минеральных солей с торфом, предварительно обработанным водным раствором аммиака и перекиси водорода в течение 3-3,5 ч при 70-75^oС.

Известен способ получения комплексного удобрения (А.С. 1217859, 1986 г.) путем смешения фосфорита с азотсодержащим раствором, гранулирование и сушку при 80-120^oС, причем в качестве азотсодержащего раствора используют фосфат аммония.

Известен способ получения сложного удобрения (А. С. 1283240, 1987), включающий введение в плав карбамида t=100-140^oC микроэлементов CnSO₄•5Н₂О и порошкообразного оксамида.

Известно органоминеральное удобрение (А.С. 1505921, 1989 г.), содержащее карбамид, двойной суперфосфат, хлористый калий, торф и производное лигнина в виде концентрата сульфитно-спиртовой барды, взятых в определенном соотношении.

Известен способ получения ОрМУ (А.С. 1604813, 1990 г.) включающий смешение птичьего помета с фосфат-, азот- и калийсодержащими компонентами, которые предварительно обрабатывают 35-40% водным раствором серной кислоты в течение 30-40 мин.

Известен способ получения ОрМУ (А.С. 1602861, 1990 г.), путем смешивания равных частей измельченного бурого угля и мочевины и обработке полученной смеси электромагнитным излучением частотой 2450±50 МГц в течение 7-10 мин.

Известен способ получения ОрМУ (А.С. 1634658, 1991 г.) путем обогащения пород угольных шахт (каменный уголь) элементами питания растений, а именно речной водой, содержащей азот и фосфор, пропускаемой через слой породы, характеризующейся соотношением гуминовой кислоты к летучей доле 1:2,8.

Известен способ получения ОрМУ (А.С. 1758040, 1992 г.), включающий смешение торфа с мочевиной, минеральными удобрениями, отходами микробиологического производства и раствором комплексонатов микроэлементов в определенном соотношении.

Известен способ получения ОрМУ с микроэлементами (А.С. 1794939, 1993 г. ), включающий смешение торфа с отходом микробиологического производства, раствором комплексонатов микроэлементов, сульфатом калия и фосфорсодержащим компонентом, гранулирование смеси при 25-40^oС и поддержании влажности шихты 45-55%.

Известен способ получения безбалластного гумата аммония (патент РФ 2015951, 1994 г. ) путем обработки землистого бурого угля водным раствором аммиака в течение 25-30 мин при одновременном тонком активационном диспергировании-перемешивании, а отделение жидкой фазы осуществляют центрифугированием.

Известен способ получения ОрМУ в производственных условиях (заявка РФ 93010332/15, 1995 г.) путем смешения равных количеств бурого угля и карбамида, выдерживания смеси в накопительном бункере в течение суток, а затем нагревания до 60-75^oС в течение 5-10 мин.

Известен способ получения гуминсодержащего ОрМУ (патент РФ 2051884, 1996 г. ), предусматривающий тонкое измельчение бурого угля, обработку его 2-10% раствором КОН, смешение с измельченным фосфорсодержащим удобрением, добавление в полученную массу продукта, полученного путем обработки измельченного бурого угля водным раствором Ca(OH)₂, и последующего смешения с измельченным известняком и глауконитовым песком, а также раствора мочевины в качестве пластификатора, перемешивание всех компонентов, формирование полученной смеси в гранулы, которые выдерживают при 35-45^oС в течение 1-3 ч.

Известен способ получения стимулирующего ОрМУ (патент РФ 2071459, 1997 г. ) путем смешивания аммонизированного раствором аммиака и мочевины торфа, обогащенного микроэлементами, и фракций, получаемых про обработке торфа растворами щелочи и перекиси водорода. Все процессы проводят при 80-90^oС в течение от 1,5 до 3,5 ч. Для нейтрализации повышенной щелочности удобрения и связывание аммиака применяют 25% раствор ортофосфорной кислоты.

Известен способ получения комплексного ОрМУ (патент РФ 2099315, 1997 г. ), включающий измельчение бурого угля и смешивание его с биоактивной добавкой и минеральным удобрением, при этом предварительно бурый уголь обрабатывают водным раствором КОН, а полученную смесь формируют в гранулы и сушат при 60-80^oС, в качестве пластификатора используют раствор аммиачной селитры и мочевины.

Известен способ получения безбалластных гуминовых стимуляторов роста растений (патент РФ 2115642, 1998 г.) путем сушки исходного бурого угля в вихревой камере в среде дымовых газов при 200-250^oС и 350-420^oС, смешения его с водным раствором щелочи и механообработке полученной суспензии в диспергирующем устройстве в течение 0,5-2 ч.

Известен способ получения подкормки растений (патент РФ 2128634, 1999 г. ) на основе жидких комплексных удобрений, содержащих азот и фосфор с последующим добавлением органической составляющей в виде фракции гуминовой кислоты торфа, выделенной водным раствором КОН, и введением в подкормку сперва аммиачной селитры, а затем азотной кислоты в определенном соотношении.

Известно ОрМУ (патент РФ 2151737, 2000 г.), включающее бурый уголь, торф, кальцийсодержащий компонент /внепечную пыль/ и минеральные удобрения - карбамид, фосфорную муку и потом при определенном содержании компонентов.

Известен способ получения ОрМУ (патент 2156229, 2000 г.) путем смешивания с минеральными удобрениями, гранулирования раскисленной мелкой фракции на крупную и сушку.

Известно комплексное ОрМУ (патент РФ 2165401, 2001 г.), содержащее химически обеззараженную фекальную компоненту и смесь измельченного бурого угля и отходов с органическими добавками, а в качестве минеральной составляющей - источники азота, фосфора, калия и отходы добычи фосфоритов (глаукониты) или золоотвалы.

Известен способ получения минерально-органического комплексного удобрения на основе кварцглауконитового песка (заявка на патент РФ 2000100522/12, 2001 г. ), содержащего в качестве питательных веществ Р₂О₅, MgO, CaO, MnO, Na₂O, а в качестве активирующих веществ - сапропелевую массу и мел в определенном соотношении, причем все компоненты смешиваются, вносятся непосредственно в землю и запахиваются.

Известен способ выделения гуминовых веществ из природного сырья (патент РФ 2178777, 2002 г.) путем обработки торфа, или сапропеля, или компоста щелочным раствором в присутствии мочевины и комплексона при нормальных условиях.

Несмотря на такое большое количество запатентованных ОрМУ и технологий их получения, можно отметить следующие присущие в той или иной степени им недостатки, которые можно условно разделить на 3 группы.

I. ОрМУ получают с использованием специального оборудования и длительных технологических операций.

II. ОрМУ получают с использованием отходов животноводческого или древесного производства, что при отсутствии животноводческих комплексов и деревообрабатывающих заводов ограничивает область использования данных способов (технологий).

III. ОрМУ получают с использованием компонентов, вызывающих засоление смеси (например, с использованием мела, известняка, доломита), или слабо влияющих на продуктивность растений, выращиваемых с их использованием, или не обладающих достаточной стойкостью к разложению, что снижает качество ОрМУ при хранении и транспортировке.

Прототипом заявляемого способа получения комплексного ОрМУ выбран способ, описанный в А.С. 1602861, 1990 г.

Сущность прототипа состоит в том, что ОрМУ получают путем смешивания измельченного бурого угля с азотсодержащим минеральным удобрением при массовом соотношении компонентов 1:1, а полученную смесь подвергают обработке высокочастотным ЭМ излучением частотой 2450±50 МГц в течение 7-10 мин.

Основным недостатком прототипа является малое содержание ценных компонентов в конечном продукте, что ограничивает область его использования.

Указанный недостаток устраняется в заявляемом изобретении.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение оптимального содержания питательных веществ без существенного увеличения количества составляющих компонентов и усложнение технологии.

Поставленная задача решается тем, что способ получения комплексного органоминерального удобрения включает смешивание измельченного бурого угля с мочевиной и измельченным глауконитовым песком при массовом соотношении компонентов 0,9:0,9:0,2, облучение полученной смеси электромагнитным полем частотой 1500±50 МГц в течение 3-5 мин и прогревание ее при температуре 75-80^oС в течение 5 мин при постоянном перемешивании.

Отличительными признаками заявленного комплексного ОрМУ являются следующие: сочетание измельченного глауконитового песка с бурым углем и мочевиной и определенное их количественное отношение; облучение смеси ЭМП СВЧ с частотой 1500±50 МГц, 3-5 мин; прогревание смеси при температуре 75-80^oС, 5 мин.

Сочетание данных отличительных признаков позволяет получить новый технический результат при реализации данного способа, который заключается в следующем: снижается норма внесения азотных удобрений; в два раза сокращается время обработки ЭМП; комплексная питательная смесь снабжена необходимыми микроэлементами; комплексная питательная смесь позволяет улучшить структуру почвы и оздоровить ее.

Глауконитовый песок содержит сложный калийсодержащий листоватый алюмосиликат - глауконит. В нем определено более 50 химических элементов, в том числе калий, марганец, железо, алюминий, железо, кремний. Он обладает уникальными свойствами: установлена высокая эффективность и смягчения воды, а также очищения ее от солей тяжелых металлов, ряда органических и неорганических составов, радионуклидов в 25-50 раз.

Исследование показали, что только простое внесение глауконитового песка в почву повышает урожайность зерновых культур и картофеля на 10-15%, снижает скорость вымывания микроэлементов в 2 раза.

Однако нами было установлено, что положительные качества глауконитового песка значительно повышаются, если его в измельченном состоянии (в состоянии "муки") подвергнуть облучению ЭМП СВЧ и прогреванию.

Исследования, проведенные в последние десятилетие XX века показали, что электромагнитные поля (ЭМП) высокой и сверхвысокой частоты (СВЧ) обладают значительной химической и биологической активностью на вещества и ткани. Было установлено, что ЭМП СВЧ усиливают процессы диффузии, повышают концентрацию неорганических ионов, активизируют интенсивность процессов и усиливают свойства химических веществ. Эти свойства ЭМП СВЧ широко применяются в медицине и биологии, а также в сельскохозяйственном производстве для предпосевной обработки семян с целью повышения урожайности. Наши многолетние исследования показали, что обработка ЭМП СВЧ удобрений также способствует их качественному изменению и улучшению питательных свойств и усвояемости растениями. Причем оказалось, что прямые и сопряженные эффекты, возникающие при воздействии ЭМП, зависят напрямую от их интенсивности, частотного диапазона и времени экспозиции. Существует определенный оптимум этих параметров, при котором удается достичь наилучших результатов, а выход за его границы (выше или ниже) либо не приводят к улучшению показателей удобрения, либо ухудшает их. Так, нами была определены оптимальные частота ЭМП СВЧ, равная 1500±50 МГц, и время экспозиции 3-5 мин, при которых получаемое ОрМУ стабильно обладает улучшенными свойствами, а также снижает энергозатраты на производство. Алгоритм получения комплексного ОрМУ, разработанный нами, абсолютно безопасен для человека и прост в эксплуатации.

Увеличение температуры и времени обработки ЭМП нецелесообразно, так как приводит к изменению строения удобрения и уменьшает в нем содержание азота.

Согласно данным рентгеноструктурного анализа и инфракрасной спектроскопии алифатические цепи - фрагменты макромолекул гуминовых кислот внедряются в каналы мочевины и удерживаются в них преимущественно водородными связями. Это обстоятельство способствует образованию клатратного соединения внедрения бурый уголь - мочевина и постепенному вымыванию мочевины и ее водорастворимых комплексов с низкомолекулярными компонентами угля, чему способствует также и глауконитовый песок. Глауконитовый песок разубоживает азотно-гумусовый композит и поставляет в предлагаемое комплексное удобрение дополнительно фосфор, калий, оксиды кальция, марганца, натрия, железа.

Нами экспериментально установлено, что оптимальным соотношением бурый уголь - мочевина - глауконитовый песок является 0,9:0,9:0,2 по массе. Увеличение количества мочевины в смеси приводит к образованию нестабильных, разлагающихся с выделением мочевины, слеживающихся продуктов. Уменьшение содержания мочевины нецелесообразно, так как приводит к снижению содержания азота в удобрении.

Сущность изобретения поясняется примерами реализации.

Пример 1 9 г воздушно-сухого землистого бурого угля марки Б 1 (фракция менее 0,5 мм) Александрийского месторождения (влажность 18%, золы 22%, С 71,7%, Н 5,8%, N+О 0,9%, d₀₀₂ 0,37 нм, La 2,15 нм) смешивают с 9 г мочевины, в продукт добавляют 2 г измельченного глауконитового песка с перемешиванием, подвергают электромагнитной обработке (частота 1500±50 МГц, Р=0,5 кВт) в течение 5 мин и прогревают при t=75-80^oС в течение 5 мин с перемешиванием. Полученное комплексное удобрение представляет собой сыпучий порошок темно-синего цвета, содержащий 25,7% азота, 31,2% гуминовых кислот, 0,3% оксида фосфора (V), 0,6% оксида калия, La 2,28 нм.

Пример 2 9 г бурого угля (фракции 0, 5 мм) смешивают с 9 г мочевины, добавляют 2 г глауконитового песка, перемешивают. Смесь подвергают электромагнитной обработке с частотой 1500±50 МГц в течение 3 мин, нагревают до 75^oС с перемешиванием в течение 5 мин. Продукт представляет собой сыпучий порошок, содержит 25,1% азота, 30% гуминовых кислот, La 2,2 нм.

Контроль за внедрением макромолекул гуминовых кислот бурого угля в каналы мочевины осуществляют методами рентгеноконструктивного анализа и инфракрасной спектроскопии. При внедрении гуминовых кислот в мочевину наблюдается увеличение параметра молекулярной структуры гуминовых кислот La с 2,15 нм до 2,28 нм, значительно возрастает интенсивность максимума ОО2.

Возрастает интегральная интенсивность полос поглощения на ИК-спектрах композита бурый уголь-мочевина 3440 см^-1 и 1600 см^-1, что подтверждает образование клатратного соединения внедрения. Таким образом, нами было экспериментально установлено, что оптимально подвергать смесь бурый уголь - мочевина - глауконитовый песок электромагнитной обработке 1500±50 МГц в течение 3-5 мин, нагреванию 75-80^oС с перемешиванием в течение 5 мин.

Испытание физико-химических свойств заявленного ОрМУ показали, что основные функциональные свойства удобрения, такие как пылимость, слипаемость, усвояемость минеральных компонентов растениями, значительно улучшаются.

Сельскохозяйственные испытания проводились в течение нескольких лет как на опытных полях, так и в хозяйствах Ростовской области. Они показали, что новое ОрМУ способствует повышению коэффициента усвоения растениями питательных веществ, снижает вымываемость легко растворимых питательных веществ, повышает количество усвоенных фосфора и азота. Это приводит к стабильному повышению на 50-70% урожайности сельскохозяйственных культур по сравнению с минеральным аналогом (мочевина) и прототипом с одновременным улучшением биохимического состава продукции. Существенно улучшается способность урожая к длительному хранению, при этом норма внесения удобрения на 25-27% меньше.

Сравнительно невысокая себестоимость и возможность решения целого ряда экологических проблем предполагают быстрое внедрение данного ОрМУ в сельскохозяйственном производстве.

Таким образом, заявляемый способ получения комплексного ОрМУ обладает высокой производительностью и качеством конечного продукта при сокращении продолжительности процесса и снижением трудоемкости. К преимуществам данного способа следует отнести также:
- неограниченные сырьевые ресурсы,
- невысокие затраты на закупку сырья и подготовку его к переработке,
- организация непрерывного производственного цикла,
- получение продукта без балластных компонентов с содержанием не менее 60% гуминовых веществ,
- наличие в составе сырья полезных для растения компонентов, которые входят в состав удобрение как макро- (кальций, кремний) и микроэлементы (Fe, Mn Cu, Mg),
- экологическая безопасность технологии и полное отсутствие отходов производства,
- простота эксплуатации.

Все это является привлекательным для сельскохозяйственных производителей и будет способствовать широкому внедрению предлагаемого изобретения в агротехническую практику.

Формула изобретения

Способ получения комплексного органоминерального удобрения путем смешивания измельченного бурого угля с мочевиной и обработки полученной смеси электромагнитным полем, отличающийся тем, что к полученной смеси добавляют измельченный глауконитовый песок при массовом соотношении компонентов 0,9:0,9:0,2, подвергают ее облучению высокочастотным электромагнитным полем частотой (1500±50) МГц в течение 3-5 мин, затем нагревают до 75-80°С и выдерживают при данной температуре 5 мин при постоянном перемешивании.