Композиции удобрений
Изобретение относится к сельскому хозяйству и касается способа получения композиции удобрения. Способ включает следующие стадии: а) взаимодействие гумифицированного ископаемого, которое выбрано из группы, включающей леонардит, лигнит, ксилолит и торф, в воде в присутствии глюконовой кислоты, которую добавляют к указанному ископаемому в количестве, обеспечивающем доведение рН реакционной среды до значения менее чем 2,5; и b) последовательное добавление к смеси щелочного реагента в количестве, которое обеспечивает доведение рН до значения, соответствующего щелочной среде. Изобретение касается также композиций удобрения в жидкой форме и композиций удобрения в гранулированной форме, которые могут быть получены заявленным способом. Изобретение касается также применения гранулированной композиции в качестве удобрения, в частности, для стимулирования роста растения, применения гранулированной композиции для повышения плодородия пахотных почв или для очистки пахотных почв, загрязненных химическими продуктами и/или токсичными ионами металлов. Изобретение касается также применения жидкой композиции для удобрения локализованным поливом и/или опрыскиванием листьев. Изобретение позволяет усовершенствовать способ получения удобрения в жидкой или твердой форме, обладающего улучшенными свойствами и широкой областью применения. 6 н. и 14 з.п. ф-лы.
Данное изобретение относится к способу получения композиции удобрения с применением ископаемых, содержащих окаменелые остатки органического вещества (далее в описании называемые «ископаемые»), с высоким содержанием гуминовых кислот, в частности, леонардитовой руды, и композициям удобрений, полученным таким способом.
Леонардит представляет собой окисленную форму лигнита, который некоторое время использовался в качестве источника органических материалов, в частности гуминовых и фульвиновых кислот, и который предназначен для применения в качестве добавки для обработки почвы с целью регулирования роста растений.
В Патенте США № 4698090 описывается способ получения жидкой композиции, которая используется для регулирования роста растений, где леонардитовая руда подвергается взаимодействию с органическим хелатообразующим агентом в водной среде при температуре в интервале от 77°C до 107°С. Используемые хелатообразующие средства представляют собой аммониевые соли или соли металлов оксикислот, в частности, таких как глюконовая, глюкогептоновая, винная, тартроновая кислота, галактаровая, глюкаровая, глютаровая и глютаминовая кислота, или глютамины, а также синтетические органические хелатообразующие средства, такие как EDTA.
По окончании взаимодействия способ необязательно включает корректирование значения рН добавлением гидроксида натрия или калия и отделение жидкой фазы, которая используется в качестве удобрения.
В Патенте США № 4786307 описывается способ получения жидких композиций питательных микроэлементов, где продукт экстракции леонардитовой руды в воде с хелатообразующим агентом, который состоит из соли оксикислоты, при рН более 2,5 объединяется с солью катиона металла, представляющего собой питательный микроэлемент, в присутствии оксикислоты с последующим добавлением к реакционной смеси безводного аммиака для корректировки рН до значений в интервале от 7,5 до 9.
Данное изобретение относится к усовершенствованному способу получения удобрения в жидкой или твердой форме, обладающего улучшенными свойствами и широкой областью применения.
В частности, изобретение относится к способу получения композиции удобрения, который отличается тем, что включает стадии взаимодействия окаменелого ископаемого, с высоким уровнем гумификации, которое выбрано из группы, включающей леонардит, лигнит, ксилолит (xylite) и торф, в воде с глюконовой кислотой и последующей экстракции гуминовых соединений добавлением к смеси щелочного реагента, предпочтительно гидроксида калия или гидроксида аммония, для достижения значения рН, соответствующего щелочной среде, предпочтительно значения рН более 9.
Данное изобретение относится также к композиции удобрения, которая может быть получена описанным выше способом; данная композиция удобрения, содержащая продукт реакции глюконовой кислоты с гуминовыми и/или фульвиновыми кислотами, которые содержатся в ископаемом и которые экстрагируются гидроксидом аммония или калия, далее будет определяться термином «глюкогуматный комплекс».
Предпочтительным ископаемым с высоким уровнем гумификации является леонардит, предпочтительно с содержанием гуминовых кислот более 80% (мас.). Далее в описании сделана ссылка на применение леонардита в качестве предпочтительного материала, но с учетом того, что могут применяться и другие окаменелые ископаемые, указанные выше.
На первой стадии способа согласно данному изобретению тонко измельченный леонардит, например, размеры частиц которого в соответствии с определением просеиванием находятся в интервале от 50 до 300 мкм, смешивается с водой, предпочтительно деминерализованной водой или родниковой водой с низким содержанием натрия и серы; количество леонардита относительно воды обычно составляет от 20% до 35% (мас.) и в любом случае является достаточным для получения смеси или суспензии, которая будет стабильной при перемешивании.
Затем при легком перемешивании к смеси леонардита и воды добавляется глюконовая кислота технического сорта (обычно 50% водный раствор глюконовой кислоты в воде), и смесь продолжают медленно перемешивать.
Реакция первой стадии в воде в присутствии глюконовой кислоты предпочтительно проводится при сохранении температуры суспензии на уровне менее 60°C, более предпочтительно при температуре в интервале от 15°C до 30°С. Добавленное количество глюконовой кислоты, выраженное из расчета на 50% (мас.) раствор глюконовой кислоты в воде, обычно составляет от 3% до 10% (мас.) массы леонардита или другого используемого окаменелого ископаемого, так что значение рН суспензии, дополнительно подкисленной вследствие добавления глюконовой кислоты, обычно находится в интервале от 2 до 3, предпочтительно составляет менее 2,5.
Перемешивание смеси, полученной таким образом, обычно продолжается в течение от 2 до 4 часов, после чего смесь необязательно остается в стационарном состоянии в течение приблизительно от 6 до 12 часов при температуре предпочтительно в интервале от 17°C до 30°С.
После этого к смеси добавляется щелочной экстрагент, предпочтительно гидроксид калия или аммония, обычно в количестве, которое обеспечивает значения рН более 9, предпочтительно более 11. Обычно количество гидроксида калия, выраженное из расчета на 48-50% (мас.) гидроксида калия, составляет от 6% до 15% (мас.) массы леонардита.
Перемешивание полученной массы после этого продолжается в течение от 6 до 12 часов с последующим необязательным сохранением в стационарном состоянии в течение до 24 часов.
В первом варианте осуществления данного изобретения продукт, полученный таким образом, может подвергаться сушке и гранулированию для получения гранулированного продукта для применения в качестве удобрения.
Альтернативно, для отделения жидкой фазы, которая может использоваться в таком состоянии для локализованного удобрения поливом, проводится фильтрация.
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения свойства композиции удобрения, полученной таким образом, могут быть дополнительно улучшены добавлением мочевины, и полученный продукт далее будет называться глюкогумат мочевины.
В одном из вариантов осуществления данного изобретения мочевина может добавляться после завершения реакции с гидроксидом калия или аммония, что гарантирует экстракцию гуминовых соединений (гуминовых кислот, фульвиновых кислот и гуминовых материалов).
В этом случае мочевина добавляется к массе смеси в количестве, составляющем от 10 до 60% массы используемого леонардита, причем масса перемешивается в течение от 3 до 6 часов для обеспечения образования связи между атомом азота мочевины и органической массой. После этого продукт поступает в сушильный аппарат и гранулятор. Альтернативно полученная таким образом масса может дополнительно разбавляться водой в количестве, достаточном для получения суспензии, которая может фильтроваться с получением препарата в жидкой форме для применения нанесением на листья и локализованного удобрения поливом.
Альтернативно мочевина может добавляться в жидкую фазу, полученную в результате фильтрации продукта взаимодействия с гидроксидом калия или аммония.
В этом случае количество мочевины обычно составляет от 20% до 60%, предпочтительно от 50 до 60% (мас.), массы жидкой фазы.
Композиция согласно данному изобретению может дополнительно включать другие питательные макро- и микроэлементы, которые предпочтительно добавляются к смеси после перемешивания и завершения реакции с гидроксидом аммония или калия. В частности, питательные макроэлементы могут включать:
- фосфаты (полифосфаты);
- соли калия (карбонат и др.);
- соли кальция (карбонат, фосфат и др.);
- соли магния (карбонат и др.).
Питательные микроэлементы могут включать:
- соединения цинка, такие как оксид цинка и органические соли цинка;
- соли железа;
- соли марганца, соли меди, соли бора, соединения молибдена и кобальта.
Обычно количество питательных макро- и микроэлементов составляет менее 15% (мас.) массы композиции удобрения.
Кроме того, композиция может предпочтительно включать растительные экстракты, в частности, такие как экстракты клещевины обыкновенной и семян лупина, обычно в количестве, составляющем не более 20% массы композиции, предпочтительно в количестве в интервале от 15 до 20% (мас.).
Согласно другому отличительному признаку данное изобретение относится к гранулированным абсорбционным материалам, предпочтительно включающим указанные выше питательные микро- и макроэлементы и/или указанные выше экстракты клещевины обыкновенной и семя лупина, причем композиции согласно данному изобретению превращаются в композиции с высоким уровнем влагопоглощения добавлением в гранулы полимеров, обладающих исключительными абсорбционными свойствами, которые обычно используются в количестве, составляющем от 10% до 50%, предпочтительно от 10% до 25% (мас.), массы композиции.
Подходящие материалы, обладающие исключительными абсорбционными свойствами, включают, в частности, продукты гидролиза крахмала и полиакрилонитрил.
Способ и композиция согласно данному изобретению дополнительно иллюстрируются примерами, приведенными ниже.
Пример 1 - Глюкогуматные комплексы
В данном примере и примерах, приведенных ниже, используется американский леонардит (Северная Дакота или Нью-Мексико), характеризующийся следующими аналитическими показателями, выраженными в процентах из расчета на массу:
| Органический углерод биологического происхождения | 52% |
| Органический азот | 0,75% |
| Общее содержание органического вещества | 90% |
| Содержание органического вещества, способного подвергаться экстракции, выраженное в процентах от общего содержания органического вещества | 85% |
| Содержание гумифицированного органического вещества, выраженное в процентах от содержания способного подвергаться экстракции органического вещества | 93% |
| рН в воде | 3-3,5 |
Леонардит подвергают тонкому измельчению предпочтительно в мельнице стержневого типа со скоростью в интервале от 8000 до 12000 оборотов в минуту, после чего вводят в ротационный смесительный аппарат (аппарат смешения конкретного типа), куда затем добавляют воду до получения мутной смеси; добавляют глюконовую кислоту (50% концентрации) в количестве, составляющем от 5 до 8% массы леонардита, и смесь медленно перемешивают в течение приблизительно 2 часов; полученную массу оставляют в стационарном состоянии в течение примерно от 6 до 12 часов при температуре в интервале от 17°С до 30°С; после этого добавляют жидкий гидроксид калия с концентрацией от 48 до 50% в количестве, составляющем от 6 до 15% массы леонардита, присутствующего в смеси, и полученную смесь медленно перемешивают в течение приблизительно от 6 до 12 часов (в зависимости от используемых температур).
Продукт, полученный таким образом, переносят в сушильный аппарат барабанного типа и гранулятор для получения натурального органического удобрения в гранулированной форме.
Альтернативно эта же смесь может не передаваться в барабанную сушилку и гранулятор, а фильтроваться после подходящего разбавления водой в подходящей центрифуге для получения жидкой композиции удобрения, которая предназначена, в частности, для применения в локализованном удобрении поливом.
Пример 2
Получение композиции осуществляют в соответствии со способом, описанным в примере 1, используя вместо гидроксида калия гидроксид аммония в концентрации 28 градусов Боме.
Глюкогуматные комплексы, полученные в соответствии с описанным выше способом, в частности, в твердой гранулированной форме, представляют собой удобрения с регулируемым высвобождением действующего вещества, которые полезны для повышения плодородности пахотных почв, а также для очистки пахотных почв, загрязненных химическими веществами и/или токсичными ионами металлов.
В частности, их применение приводит к технологическим, агрономическим и экологическим преимуществам, которые могут кратко формулироваться следующим образом.
1. Высокие уровни активности при очистке почв, загрязненных химическими веществами (хлорсодержащими производными, бромсодержащими производными и т.д.), токсинами, токсичными ионами металлов, с улучшением физических, химических и биологических характеристик почвы.
2. Значительное повышение плодородности истощенных почв или почв, на которых не использовалось чередование культур, песчаных почв, засоленных почв, обладающих высокой проводимостью.
3. Высвобождение всех питательных элементов удобрения в почву с повышением способности почвы к катионному обмену.
4. Введение в почву органического вещества с высоким уровнем гумификации, более доступного для растений.
5. Повышение всех видов биохимической активности почвы.
6. Повышение процессов фотосинтеза хлорофилла в растениях.
7. Повышение стойкости растений к стрессу, обусловленному неблагоприятными для почвы климатическими факторами.
8. Повышение всхожести семян.
9. Заметное снижение (до 70%) внесения минеральных и химических удобрений в почву.
10. Общее исключение внесения в почву нитратов традиционными методами подкормки растений.
11. Заметное улучшение сельскохозяйственной продукции с точки зрения качества и количества.
12. Повышение содержания сахаров, витаминов, минеральных солей и каротеноидов (ликопенов) во фруктах и овощах.
13. Уменьшение цикла развития растений с соответствующим перенесением на более ранние сроки поступления фруктов и овощей в продажу.
14. Повышение внутренней защиты растений от паразитов грибкового и бактериального типа.
15. Обеспечение окультуривания почвы, которое всегда является фертильным и продуктивным.
16. Полное отсутствие процессов ферментации введенного органического вещества, поскольку оно полностью минерализовано.
17. Высокие уровни противомикробного действия, обусловленные присутствием в препарате глюконовой кислоты.
18. Полное устранение загрязнения грунтовых вод вследствие вымывания минеральных солей.
19. Максимальная гарантия получения продукции плодоводства и овощеводства, свободной от токсичных элементов и/или загрязняющих химических веществ.
Таким образом, композиции применяются в зависимости от перечисленных выше отличительных признаков и преимуществ, которые должны быть получены.
Пример 3 - Глюкогумат мочевины
75 литров воды, предпочтительно деминерализованной, и 20 кг тонко измельченного леонардита вводят в устройство растворения и медленно перемешивают с добавлением 100 см3 кремнийорганического пеногасителя и 4 кг 50% (мас.) глюконовой кислоты, и полученную смесь перемешивают в течение приблизительно от 3 до 4 часов (в зависимости от рабочих температур).
По истечении указанного периода времени к смеси добавляют 6 кг гидроксида калия в форме хлопьев, и полученную смесь энергично перемешивают в течение 6 часов. Затем массу оставляют в стационарном состоянии на 24 часа, после чего жидкую фазу (коллоидную суспензию) отделяют от твердой фазы с помощью центрифугирования. Некоторое количество жидкой фазы (40 кг) переносят во второе устройство для растворения, снабженное мешалками, где добавляется 60 кг мочевинного азота из расчета на жидкий мочевинный азот с титром мочевинного азота, равным 30%. После этого продукт, полученный таким образом, помещают в контейнеры из непрозрачного полиэтилена, и фактически он готов к применению.
Продукт имеет следующий конечный состав:
| Общее содержание органического вещества, поступившего с леонардитом: гумифицированное органическое вещество | 5,93% |
| Калий: оксид калия (K2О), растворимый в воде | 4,51 |
| Глюконовая кислота | 0,83 |
| Общий азот | 18,05% |
| Мочевинный азот | 18,00 |
В качестве альтернативы описанному выше способу, это же количество мочевинного азота добавляют непосредственно в смесь в первом устройстве растворения, и полученную смесь медленно перемешивают в течение от 3 до 6 часов.
После этого продукт подается в сушильный аппарат и гранулятор для получения гранулированного удобрения.
В частности, применение описанных выше композиций удобрений (глюкогумат мочевины) позволяет устранить недостатки, связанные с применением мочевины, которая является наиболее распространенным азотным удобрением.
Наибольшим недостатком, связанным с применением мочевины, является ее низкая стойкость в почве, которая, в среднем, составляет порядка от 15 до 20 дней в зависимости от типа почвы и температуры окружающей среды, обусловленной географическим положением региона. Другим негативным характеристическим признаком применения мочевинного удобрения является его высокая токсичность, которая в определенных условиях, таких как высокое значение рН, высокие температуры и высокая проводимость, может проявляться в растительности.
Применение глюкогумата мочевины включает следующие технические и агрономические преимущества:
a) заметное повышение стойкости мочевинного азота в почве, которая в зависимости от соотношения ее и присутствующих в препарате глюкогуминовых веществ, может достигать 4 месяцев;
b) полное устранение рисков, обусловленных фитотоксичностью мочевины;
c) медленное, непрерывное и защищенное высвобождение мочевинного азота без проблем выщелачивания;
d) значительно сниженное выделение аммиака в почве после применения препарата;
е) снижение (до 50%) количества аппаратов подкормки из расчета на обеспечение культур азотом благодаря полному отсутствию потерь, обусловленных выщелачиванием и/или неблагоприятными почвоведческими факторами;
f) применение препарата во всех типах предпосевной обработки как экстенсивных, так и интенсивных, в полевых условиях и при защищенной обработке независимо от технических, агрономических условий или температуры окружающей среды;
g) возможность локализованного введения продукта (в борозды для предпосевной обработки);
h) применение на газонах, специализированных посадках цветов, посадках в питомниках, горшечных растениях;
i) введение в растения минерализованного органического вещества с высоким уровнем гумификации;
l) улучшение физических, химических и биологических характеристик почвы.
Жидкие глюкогуматы мочевины, которые составляют предмет примера 3, используют:
- для удобрения посредством полива в теплицах и в полевых условиях в количествах от 10 до 15 кг/1000 м2 поверхностной площади каждые от 8 до 10 дней; и
- для лиственного опрыскивания в количествах от 5 до 6 кг/1000 литров воды каждые от 10 до 12 дней.
Предварительные испытания, проведенные в полевых условиях в овощеводстве, связанном с выращиванием растений семейства тыквенных, сельдерея, листового салата, редиса и томатов, показали повышение продуктивности на от 10% до 20%, качественное улучшение на от 10% до 25% и повышение резистентности к грибковым заражением на порядка от 20 до 25% по сравнению с необработанными культурами.
Пример 4 - Глюкогуматы с высоким уровнем влагопоглощения
Способ осуществляют в соответствии с методикой примера 3 и после добавления гидроксида калия и медленного перемешивания смеси в течение 12 часов к полученной «мутной» смеси добавляют другие питательные элементы (макроэлементы и питательные микроэлементы) в количествах, составляющих не более 15% (мас.) перерабатываемой массы; затем добавляют растительные экстракты клещевины обыкновенной и семян лупина в количестве, составляющем от 15 до 20% всей перерабатываемой массы.
После этого продукт подается в сушильный аппарат и гранулятор. На выходе из гранулятора гранулы, полученные таким образом, подаются в смеситель в отсутствие воздуха, где добавляются вещества, обладающие исключительными абсорбционными свойствами (производные гидролизованного крахмала), в количествах, составляющих от 15 до 25% (мас.) перерабатываемой массы.
Вещества, обладающие исключительными абсорбционными свойствами, фиксируются на внешней поверхности гранул удобрения, которые затем расфасовываются в вакууме для предотвращения абсорбции влаги из окружающей среды.
Понятно, что в описанном примере добавление питательных элементов и экстрактов клещевины обыкновенной и семян лупина является необязательным.
Гранулированные композиции, полученные таким образом, используются, в частности, в качестве удобрений, в особенности для культивации в аридных зонах. Яркими характеристическими признаками такой композиции являются:
i) хорошее удерживание влаги, поступающей в результате полива или в виде влаги окружающей среды, которая всегда доступна в области корневой системы;
ii) значительное снижение явления вымывания почвы, поскольку гранулированное удобрение захватывает присутствующую воду, разбухая в объеме с увеличением массы до 150 раз;
iii) сбалансированная подкормка растений при непрерывной доступности минеральных солей, содержащихся в препарате, которые в стабильном желеобразном растворе всегда готовы к усвоению растениями;
iv) чистое оструктуривание почвы с улучшением ее физического состояния вследствие гипераэрации частиц почвы после увеличения массы гранул;
v) введение всех питательных элементов, которые необходимы для осуществления метаболических функций растений;
vi) исключение шока трансплантации для молодых растений;
vii) заметное снижение количеств полива;
viii) возможность развития корневых систем растений;
ix) в дополнение к введению белковых веществ с высоким содержанием органического азота введение активных ингредиентов растительного происхождения, содержащихся в клещевине обыкновенной и семенах лупина, которые, кроме того, обладают сильным отпугивающим действием в отношении обитающих на суше насекомых и гипогенных нематод.
x) значительное снижение введения питательных элементов (N, P, K и микроэлементов) в почву; невозможность вымывания питательных элементов, содержащихся в гранулах, поскольку они защищены внутри гелеобразной массы, образующейся в присутствии влаги;
xi) возможность окультуривания аридных и пустынных территорий или почв с высокой проводимостью, поскольку влага окружающей среды (которая выделяется на данных территориях в ночное время) позволяет систематически выращивать виды, представляющие интерес для сельского хозяйства и пищевой промышленности.
Обычно размеры гранул композиции удобрения могут находиться в интервале от 0,5 мм до 1 см, и гранулы способны абсорбировать массу, в 150-200 раз превосходящую их собственную массу, благодаря присутствующему в них гелеобразующему веществу, обладающему исключительными абсорбционными свойствами.
1. Способ получения композиции удобрения, отличающийся тем, что он включает следующие стадии:
a) взаимодействие гумифицированного ископаемого, которое выбрано из группы, включающей леонардит, лигнит, ксилолит и торф, в воде в присутствии глюконовой кислоты, причем глюконовую кислоту добавляют к указанному ископаемому в количестве, которое обеспечивает доведение рН реакционной среды до значения менее чем 2,5, и
b) последовательное добавление к смеси щелочного реагента в количестве, которое обеспечивает доведение рН до значения, соответствующего щелочной среде.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество добавленной глюконовой кислоты из расчета на 50 мас.% глюконовой кислоты составляет от 3 до 10 мас.% ископаемого.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочной агент представляет собой гидроксид калия или гидроксид аммония.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что щелочной агент представляет собой гидроксид калия, добавленный в количестве, составляющем от 6 до 15% массы ископаемого, где указанное количество выражено из расчета на 48-50% мас. гидроксида калия.
5. Способ по п.1, где стадия а) осуществляется при температуре не выше 30°С.
6. Способ по п.1, где стадия а) осуществляется при перемешивании в течение от 2 до 4 ч с последующим периодом стационарного состояния продолжительностью от 6 до 12 ч.
7. Способ по п.1, где на стадии b) перемешивание продолжается в течение 6-12 ч с последующим необязательным периодом стационарного состояния продолжительностью до 24 ч.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает добавление в продукт стадии b) веществ, содержащих питательные макро- и микроэлементы.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что включает добавление мочевины в количествах, составляющих от 10 до 60% массы ископаемого.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что включает добавление растительных экстрактов, в частности экстрактов клещевины обыкновенной и семян люпина.
11. Способ по п.1, где продукт, полученный на стадии b), подвергается сушке и гранулированию для получения композиции в гранулированной форме.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что гранулированная композиция смешивается с полимерными веществами, обладающими исключительными абсорбционными свойствами, в частности производными гидролизованного крахмала, для получения гранулированной композиции с высоким уровнем влагоудержания.
13. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что продукт стадии b) подвергается фильтрации с отделением жидкой фазы, которая предназначается для применения в качестве жидкого удобрения.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что в жидкую фазу, полученную фильтрацией, добавляют мочевину в количестве, составляющем от 20 до 60% массы жидкой фазы.
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что ископаемое вещество представляет собой леонардитовую руду.
16. Композиции удобрений в жидкой форме, которые могут быть получены способом по любому из пп.1-10 и 13-15.
17. Композиции удобрения в гранулированной форме, которые могут быть получены способом по любому из пп.1-12.
18. Применение гранулированной композиции по п.17 в качестве удобрения, в частности, для стимулирования роста растения.
19. Применение гранулированной композиции по п.17 для повышения плодородия пахотных почв или для очистки пахотных почв, загрязненных химическими продуктами и/или токсичными ионами металлов.
20. Применение жидкой композиции по п.16 для удобрения локализованным поливом и/или опрыскиванием листьев.
