Удобрения и туки с динамическим дезинтегрированием, способ их изготовления и их применение в сельском хозяйстве
Изобретения относятся к области веществ, способствующих плодородию почвы, и более предпочтительно к удобрениям и тукам, приемлемым, в общем, в любых отраслях сельского хозяйства. Минеральное удобрение предпочтительно щелочного характера содержит в качестве щелочного компонента неорганический карбонат, причем оно содержит по меньшей мере один агент "динамического дезинтегрирования", который способен вызывать в грануле растрескивание, сильную фрагментацию, диспергирование, сильное "диспергирование", действуя изнутри и/или на поверхности гранулы за счет силы, стремящейся расколоть или "взорвать" гранулу, когда гранула контактирует с водой и/или влагой и предпочтительно с почвой и, более точно, с водой или влагой почвы. Предложены способ изготовления удобрения в гранулах с динамическим дезинтегрированием и применение удобрения. Изобретения позволяют сделать гранулы более “эффективными” и избежать или ограничить необходимость обработки почвы. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области веществ, способствующих плодородию почвы, и более предпочтительно к удобрениям и тукам, приемлемым, в общем, в любых отраслях сельского хозяйства, таких, как выращивание зерновых и фуражных культур, полевых культур, масличных культур, зернобобовых культур, включая смежные отрасли, такие как лесоводство, выращивание деревьев в общем, выращивание сеянцев древесных пород, выращивание овощных и бобовых культур, или в любых других отраслях сельского хозяйства, включая луговодство, выращивание биомассы, предназначенной для выработки энергии, культивирование растительных покровов с экологическими и бытовыми целями или для проведения досуга на газонах или участках, покрытых травой, при этом далее в описании и в формуле изобретения употребляется термин "удобрения".
Более предпочтительно настоящее изобретение неограничительным образом относится к удобрениям и тукам, содержащим минеральные вещества и более предпочтительно карбонат кальция любого вида и любого происхождения (природный или промышленно произведенный, такой как, например, PCC или осажденный карбонат кальция), и более предпочтительно к удобрениям, называемым "щелочные минеральные удобрения".
Наконец, настоящее изобретение особым образом относится к получению таких удобрений или туков в виде гранул, которые обладают большой способностью "захватывать" почву, то есть большой способностью к охвату поверхности почвы.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Традиционные гранулированные щелочные минеральные удобрения в общем случае разбрасывают по земле сельскохозяйственного назначения и внедряют посредством обработки почвы. По сравнению с порошком они имеют большое преимущество для пользователя: легкость разбрасывания, меньшая чувствительность к воздействию ветра, значительное уменьшение выделения пыли. Рассредоточение продаж и поставок представляет собой также значительное преимущество для поставщиков.
Однако гранулирование уменьшает агрономическую эффективность этих удобрений: с одной стороны, по причине меньшего охвата почвы тонкодисперсными частицами (существенно меньше точек воздействия на квадратный метр), а с другой стороны, по причине гранулирования (компактированием или иным способом) и/или вследствие добавок, прибавляемых при гранулировании. Добавки благоприятствуют стойкости к ударам в разбрасывателях, благоприятствуют распределению гранул на почве под действием центробежных сил и ограничивают выделение пыли во время рабочих операций или разбрасывания, но сильно вредят диспергированию компонентов, составляющих гранулы, что уменьшает эффективность гранулированных удобрений.
Разумеется, на предшествующем уровне техники известны гранулированные удобрения, но их поведение на почве (помимо других недостатков, связанных с производством, транспортировкой, обращением, выделением пыли и т.д.) определяется "гравитационным распадом", то есть гранулы дезинтегрируются под действием влаги, но осыпаются около себя, покрывая только круг диаметром 2-3 мм.
Поскольку карбонат кальция очень мало растворим в воде, он очень слабо мигрирует в почве. Таким образом, для хорошего диспергирования гранул этого типа необходимо обрабатывать почву, что представляет собой большое неудобство для конечного пользователя особенно в случае агротехнических систем, в которых обработка почвы вынужденно ограничена или невозможна (природные луга, виноградники, леса, площадки для гольфа и т.д.).
Некоторые гранулы содержат растворимые соли, в частности соединения азота в "нитратной" форме. Они являются хорошо растворимыми, очень быстро растворяются и обогащают почву благодаря капиллярной диффузии без необходимости покрывать большую площадь поверхности почвы.
Как противоположный случай, также известны очень мало растворимые удобрения, которые очевидно проявляют эффект только в точке воздействия и покрывают только зону, площадь которой приблизительно соответствует размеру гранул, то есть порядка миллиметров.
Хотя эти проблемы хорошо известны с давних пор, оказалось неожиданностью, что промышленность и заинтересованные пользователи удовлетворены продукцией предшествующего уровня техники, и по сведениям заявителя не существует продукта, нацеленного на устранение этих недостатков в случае "профессионального" применения.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
Таким образом, в настоящем изобретении должны быть сохранены известные преимущества гранул, а также должны быть минимизированы их недостатки за счет придания им большей способности охватывать почву, но так, чтобы они не были существенно чувствительными к влажности перед разбрасыванием, сохраняя при этом стойкость к ударам при производстве, загрузке в мешки или навалом, транспортировке и конечном разбрасывании по почве. Естественно, также безусловным является требование касательно максимального уменьшения выделения пыли и, естественно, сохранения свойств щелочных минеральных туков или удобрений по "питанию" или "удобрению почвы".
Кроме того, настоящее изобретение направлено также на то, чтобы сделать такие удобрения эффективными даже в случае, когда обработка почвы невозможна или затруднена, например, в случае природных лугов или виноградников.
Гранула также должна быть одновременно достаточно прочной механически, чтобы выдерживать процесс производства и транспортировку, как было рассмотрено ранее, и тем не менее быть способной "распадаться" на почве с очень большой зоной охвата почвы, что позволяет избегать или ограничивать обработку почвы (за исключением некоторых видов агрокультур, в случае которых по иным причинам обработка почвы в любом случае является необходимой).
В последующем описании также употребляется только термин "удобрение" для обозначения щелочных минеральных удобрений, предпочтительно на основе карбонатов и более предпочтительно карбоната кальция PCC (осажденный карбонат кальция) и/или GCC (дробленый природный карбонат кальция), однако специалистам в данной области техники понятно, что предлагаемое решение относится также, с оговорками, к азотным, фосфатным, калийным или другим удобрениям, взятым в отдельности или в смеси с удобрениями, и в самом широком смысле к веществам, способствующим плодородию почвы. Слово "удобрение" для простоты означает все эти варианты.
Следует отметить, что настоящее изобретение направлено главным образом на то, чтобы сделать гранулы более "эффективными" и избежать или ограничить необходимость обработки почвы. Изобретение направлено не на уменьшение дозы, а на то, чтобы сделать более эффективной вносимую дозу. Конечный пользователь, вероятно, может продолжить использовать "обычные" дозы, но настоящее изобретение позволит ему не повышать дозы, необходимые в силу эффективности, сниженной вследствие недостаточности диспергирования; при этом он сможет очевидно заметить все улучшения, связанные с известкованием или повышением плодородия почвы, включая более высокое полезное действие благодаря лучшему действию против природного закисления почвы.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Главный принцип, предлагаемый в настоящем изобретении, представляет собой "динамическое дезинтегрирование" гранул.
Под "динамическим дезинтегрированием" понимают любую форму приложения силы, способной порождать микрогранулы на большой поверхности почвы около гранул, нанесенных на почву (расширенная "зона охвата" почвы"), благодаря растрескиванию, сильной фрагментации, сильному "диспергированию", действуя за счет внутренней силы, стремящейся расколоть или "взорвать" гранулу во время ее контакта с почвой, а более точно с водой и/или с влагой почвы. Далее приведено пояснение с целью упрощения понятия "сильная фрагментация".
Прилагательное "сильный" или "сильная" означает в данном случае порядок величины, совершенно четко превосходящий, как будет видно из примеров, степень диспергирования, наиболее близкую к известной.
Из дальнейшего описания будет видно, что целью настоящего изобретения является зона охвата почвы, которая может достигать в диаметре от 2 до 5 см по сравнению с зоной охвата диаметром от 0,3 до 0,7 см, обеспечиваемой гранулами предшествующего уровня техники.
Сравнительный образец в данном случае, естественно, представляет собой гранулы предшествующего уровня техники, при этом, разумеется, можно получать очень хорошую зону охвата, особенно в случае с порошками, но с большими недостатками, такими как выделение пыли, чувствительность к действию ветра и т.д.
Таким образом, по настоящему изобретению используют особенность главного принципа, предназначение которого состоит в том, чтобы вызывать динамическое дезинтегрирование гранулы "удобрения", которое происходит при контакте с водой и/или влагой почвы, то есть вызывать растрескивание или диспергирование, или "взрыв" компонентов (то есть частей, составляющих каждую отдельную гранулу). Таким образом, значительно увеличивается площадь контакта "продукт/почва/вода" и, следовательно, увеличивается размер, или поверхность, или объем зоны влияния гранулы, благоприятствуя, таким образом, реакции нейтрализации, которую ожидают от щелочных минеральных удобрений, или снабжению растения питательными веществами, содержащимися в гранулированных удобрениях.
Таким образом, настоящее изобретение относится к минеральному удобрению предпочтительно щелочного характера, содержащему в качестве щелочного компонента неорганический карбонат и отличающемуся тем, что оно содержит по меньшей мере один агент "динамического дезинтегрирования", который способен вызывать в присутствии воды и/или влаги в грануле и/или на ее поверхности растрескивание, сильную фрагментацию, диспергирование, сильное "диспергирование", действуя внутри и/или на поверхности гранулы за счет силы, стремящейся расколоть или "взорвать" гранулу, когда гранула контактирует с водой и/или влагой и предпочтительно с почвой и более точно с водой или влагой почвы.
Описанное явление означает "динамическое дезинтегрирование", если не указано иное.
Настоящее изобретение предпочтительно относится к минеральному удобрению, отличающемуся тем, что указанный ранее карбонат представляет собой природный или осажденный карбонат кальция.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последующем тексте описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, основанных на указанном ранее "главном принципе" с той же функцией "сильной фрагментации отдельной гранулы", при этом функция благодаря принципу осуществляется за счет внутренней силы, возникающей при контакте со свободной водой или влагой воздуха (по очевидным соображениям следует максимально избегать такого контакта с влагой окружающей среды во время всего процесса производства, хранения и транспортировки, а также во время разбрасывания для того, чтобы динамическое дезинтегрирование происходило на почве или максимально близко к ней для получения максимального эффекта) и/или наиболее предпочтительно с влагой почвы внутри и при необходимости на поверхности гранулы, но в основном внутри гранулы благодаря реакции по меньшей мере одного из компонентов гранулы с водой почвы (или ее влагой) и наиболее предпочтительно с водой, которая содержится в грануле и которая может лучше осуществить свое действие в глубине гранулы.
Заявитель в соответствии с "главным принципом", описанным ранее, предполагал "допировать" щелочное минеральное удобрение, предпочтительно кальциевое удобрение, негашеной известью (CaO).
Однако это закончилось явной неудачей, поскольку негашеная известь может, разумеется, разбухать при контакте с водой почвы и раскалывать гранулы, но до того, поскольку она представляет собой крайне реакционноспособный и жадно поглощающий воду продукт, она реагирует также при контакте только с влагой воздуха и разбухает. Таким образом, гранулы растрескиваются, например, во время транспортировки или хранения, что представляет собой результат, являющийся противоположным от желаемого.
Благодаря этому примеру можно видеть, что та же самая вода, которая могла бы благоприятствовать динамическому дезинтегрированию, препятствует долговременной стойкости гранул.
Это логичное решение было уже проверено экспериментально и за очевидностью отброшено, что создало предубеждение в отношении этой технологии "разбухания"; на практике нельзя ни устранить влагу окружающей среды, ни транспортировать гранулы в мешках в вакууме или в атмосфере азота или с использованием других решений, оказывающихся также невозможными.
Таким образом, промышленность раз и навсегда отказалась от такого решения, поэтому заслуга заявителя состоит в продолжении все-таки этого пути.
Фактически, заявитель пошел по пути очень сильной фрагментации, определенной ранее, но пытаясь использовать не химически активное основание, такое как известь, а по меньшей мере одну кислотную добавку. Эта добавка, реагируя с карбонатом удобрения, может интенсивно продуцировать пузырьки снаружи и предпочтительно внутри гранулы, вызывая таким образом ее растрескивание.
Можно было бы подумать, что кислотная добавка, вступая в реакцию с щелочным кальциевым удобрением, уменьшит эффективность; однако при малом содержании (около 0,5-2% и предпочтительно около 1% масс. в пересчете на сухое вещество), использованном заявителем, этот эффект является пренебрежимым в количественном отношении.
Для максимизации реакции растрескивания логично было бы использовать сильные кислоты, но они представляют опасность при обращении, реагируют, по результатам испытаний, очень сильно и, кроме того, по причине своей высокой реакционной способности создают трудности при введении во время "процесса" производства.
Можно было бы подумать об использовании сильных кислот, микрокапсулированных, например, полимером и т.п., но такие решения очевидно несовместимы с другим безусловным требованием к настоящему изобретению, то есть с требованием экономической приемлемости. На практике найденные технические решения не должны приводить к чрезмерно значительному увеличению стоимости гранул.
Заявителем рассматривалось использование фосфорной кислоты, но фосфор уже имеется в продаже в других вариантах и в данном случае присутствовал бы в очень малом количестве, чтобы представлять собой ценность для сельского хозяйства. Трудность внедрения продукта этого типа в промышленный "процесс" и его коррозионное действие привели заявителя к решению не считать этот путь предпочтительным.
Таким образом, это решение является возможным, но очевидно менее предпочтительным, поскольку трудно предвидеть его последствия в отношении его конкурентной способности, описанной ранее.
Заявителем были испытаны также другие кислоты, которые одновременно являются "слабыми", чтобы не быть чрезмерно реакционноспособными, и не конкурируют с компонентами удобрений или туков видов, рассмотренных в данном описании.
Заявителем были испытаны известные кислоты, легко доступные в продаже, такие как муравьиная и лимонная кислоты, но выделение образовывавшегося газа оказалось недостаточным для вызывания в полевых условиях должного диспергирования компонентов гранул; при этом в лабораторных условиях была достигнута фрагментация, охватывавшая зону приблизительно 8-10 мм, что было, следовательно, лучше, чем в случае гравитационного дезинтегрирования, но не отвечало стремлению достичь очень сильной фрагментации, которая была задумана заявителем.
Меласса (суспензия сахара, получаемая из свеклы), использованная с содержанием 2-3% в пересчете на сухое вещество и примененная в качестве добавки во время гранулирования, хорошо удовлетворяет требованиям по гранулированию, но распад полученных гранул происходит только вследствие гравитации без какого-либо динамического или активного характера.
Соответственно другому варианту заявителем в лабораторных и полевых условиях были испытаны гранулы, изготовленные при введении в них акриловых полимеров, называемых "анионными суперабсорбирующими", на основе сетчатых сополимеров акриламида и акрилата калия с разным гранулометрическим составом (от 300 мкм до 3 мм) и при разном содержании в интервале от 0,1 до 2%. Осуществленные испытания по дезинтегрированию показали интересные результаты по динамическому дезинтегрированию (см. результаты испытаний в полевых условиях). Однако стоимость такой технологии и природа самих используемых полимеров побудили заявителя проявить интерес к альтернативной технологии, являющейся менее затратной и более естественной, то есть не прибегающей к химическому синтезу.
В итоге после всех этих испытаний решение, принятое заявителем, состоит в том, чтобы идти наиболее предпочтительно и с неожиданными результатами совершенно иным путем, то есть используя продукт со средней разбухаемостью типа вспучивающейся глины предпочтительно бентонитового типа (хорошо известная вспучивающаяся глина, которую нет смысла описывать). Эту глину используют как в качестве связующего агента, так и в качестве вторичного агента удерживания в некоторых системах, называемых "дуальные", для изготовления листов бумаги или картона или в качестве утяжелителя в буровых и аналогичных растворах. Ее хорошо известные свойства разбухать в воде никогда не были использованы для осуществления "динамической" фрагментации по настоящему изобретению. Достаточно неожиданным образом использование бентонита для этого специфического применения раскрыло потенциал растрескивания, то есть очень активное содействие так называемому "динамическому дезинтегрированию" в степени, заметно превосходящей степень, которую позволило бы предполагать его простое набухание, в отношении растрескивания как во время контрольных опытов в лабораторных условиях, так и особенно во время испытаний в полевых условиях: после рассмотрения неожиданных результатов, но не привязываясь к теории, заявитель пришел к выводу, что между силой естественного разбухания и физическим напряжением сжатия, приложенным к карбонату во время компактирования при производстве, возникает синергия.
Эта "сила" с непредвидимой величиной является неожиданной и играет большую роль в настоящем изобретении.
Был использован традиционный способ гранулирования, включающий в себя прибавление и ввод мелассы, последующее смешивание в сухом виде удобрения и бентонита, перемешивание при высокой скорости, последующую подачу между двух уплотняющих вальцов для формования непрерывной пластины, своего рода "ковра" толщиной приблизительно от 2 до 3 мм, который затем дробят для получения полигональных гранул, которые далее эродируют и пропускают через сито перед получением окончательных гранул более или менее правильной формы диаметром приблизительно от 2 до 5 мм.
Под выражением "полигональные гранулы более или менее правильной формы" понимают гранулы, объемная фигура которых, рассмотренная под каким-либо углом, имеет вид как правильного многоугольника, так и многоугольника, грани которого (или плоскости) не являются совершенно плоскими, то есть могут быть повреждены, изломаны, стесаны на стадиях изготовления, и/или фасовки, и/или транспортировки, и/или разбрасывания.
Первую серию испытаний по изготовлению с бентонитом марки IMPERSOL™ с разным содержанием от 5 до 1% масс. осуществляли с партиями с начальной массой 10 кг на экспериментальной установке. Эти испытания позволили оценить способ изготовления (отсутствие выделения пыли, возможность компактирования, отсутствие засорения оборудования, хорошая монолитность и хорошая влагостойкость при хранении, транспортировке, обращении и разбрасывании). При содержании в 2% был достигнут превосходный технико-экономический компромисс с хорошими результатами по динамическому дезинтегрированию в лабораторных условиях. Испытание, осуществленное в полевых условиях (см. в конце описания) на илистой почве после модельного дождя (распыление в количестве 15 мм), показало превосходные характеристики динамического дезинтегрирования и фрагментации, выразившиеся в зонах охвата диаметром около 3,5 см.
Затем были проведены другие испытания по изготовлению с партиями по 10 тонн в условиях промышленного производства. Полученные гранулы также показали очень благоприятные диапазоны растрескивания в полевых условиях, составившие в общем случае от 2 до 4 см и даже больше при содержании в интервале от 1,5 до 3% масс., с разбросом результатов от 2 до 3 см при близком содержании в 2% масс.
В техническом паспорте на IMPERSOL™ этот продукт охарактеризован как глина, принадлежащая к группе смектитов. По внешнему виду он представляет собой светлый порошок с содержанием воды не более 14%, остатком на сите 75 мкм (в сухой пробе) не более 30% и плотностью 2,3 г/см3.
Другие приемлемые для использования глины
Другие глины являются приемлемыми для использования, если они благодаря своему строению способны разбухать и вызывают растрескивание гранул. На практике испытания, проведенные заявителем с другими глинами, не обеспечили систематическое получение ожидаемых эффектов.
Другие приемлемые для использования минералы
Были проведены испытания с различными материалами в качестве носителя: с карбонатом кальция природного происхождения, полученным из разных карьеров, доломитами и смесью доломита с карбонатом кальция.
Указанные природные или осажденные (PCC) карбонаты можно использовать в смесях между собой, а также использовать другие минералы, отличающиеся от природного или осажденного (PCC) карбоната кальция, заменяя полностью или частично один или несколько указанных карбонатов такими минералами, как доломиты, природные фосфаты в смеси с удобрением (для использования P2O5, вносимого для питания растений, а не из-за его подкисляющего действия), азотными аммиачными удобрениями или другими удобрениями. Эти вещества хорошо известны специалистам в данной области техники, поэтому в данном описании они не описаны подробно.
Азотные нитратные удобрения и соли калия не рассмотрены, поскольку они хорошо растворимы естественным образом.
Настоящее изобретение может быть лучше понято при чтении следующих далее примеров, приведенных неограничительным образом.
A. Примеры компактирования
Заявителем были осуществлены испытания по компактированию с использованием различных компонентов, предназначенных для придания свойств динамического дезинтегрирования.
В этих испытаниях по компактированию были приняты следующие показатели для оценки перспективности и результатов по каждому испытуемому продукту и для отбора продуктов в зависимости от различных показателей:
• стойкость пластинок;
• качество дезинтегрирования в горячем состоянии;
• испытания на холоде в воде и на влажном хлопке;
• стоимость продуктов.
B. Примеры и результаты по дозированию
Бентонит Impersol™ был испытан при содержании 5, 2, 1 и 0,5% масс. материала в порошке, служившего в качестве носителя.
В случае других продуктов эффективно исследованный диапазон был более широким к более низкому содержанию: 0,01%. Верхняя граница была продиктована уменьшением в зависимости от содержания элементов, способствующих плодородию почвы, или от значения нейтрализующей способности гранул и от повышения себестоимости.
Содержание добавки около 10% является возможным и было исследовано, но связано с излишними затратами по сравнению с улучшением свойств.
Затем содержание постепенно понижали.
Нижняя граница со значением 0,5% соответствует улучшению, которое почти незаметно относительно необработанного контрольного образца и, таким образом, определяет нижнюю границу (значение в 1% представляется более реалистичным).
Ранее приведенные примеры ограничивают эффективный диапазон (включая в расчет удорожание для конечного пользователя), находящийся предпочтительно около значения в 2%.
C. Результаты в случае бентонита
Были использованы гранулы с добавкой описанного ранее бентонита Impersol™ в разных количествах.
В случае каждого значения содержания и также варианта без добавки (контрольный образец) на земле сельскохозяйственного назначения размещали 16 гранул в решетке с клетками 5×5 см. Кусок пластинки, полученной после уплотняющих вальцов, также размещали в середине решетки (затем пластинку дробили для получения гранул). Исследование этого куска пластинки представляет интерес, хотя, разумеется, он представляет собой гранулы, которые используются в полевых условиях.
Посредством ранцевого распылителя марки Berthoud™, оснащенного щелевой форсункой, над этой решеткой осуществляли дождевание в количестве 15 мм.
Количество модельного дождя контролировали дождемером.
Осуществляли фотографирование до и особенно после моделирования дождя в случае каждого из испытуемых значений содержания и контрольного образца.
На приложенной фиг.1 (зона 67) показано испытание контрольных гранул, то есть без бентонита. Гранулы и кусок пластинки остались целыми или почти целыми даже после дождя в количестве 15 мм.
На приложенной фиг.2 (зона 70) показаны гранулы, содержащие 1% бентонита. Можно заметить видимые следы динамического дезинтегрирования по настоящему изобретению уже с хорошим охватом зоны.
На приложенной фиг.3 (зона 69) показаны результаты при содержании 2% бентонита. Можно видеть дезинтегрирование, превышающее дезинтегрирование, показанное на фиг.2, при этом некоторые гранулы превратились в порошок, охвативший уже значительную зону. Можно видеть также динамическое дезинтегрирование, проявившееся на куске пластинки.
На приложенной фиг.4 (зона 68) показаны результаты при содержании 5% бентонита. Можно видеть, что осталась только одна гранула (внизу слева), которая, кажется, разрушена меньше других, тем не менее следы белого цвета охватывают широкую зону вокруг нее.
Сравнение документов, фотографий и графиков показывает очень хорошую согласованность.
Методика оценки охваченной поверхности
1) Измерение поверхности захвата почвы
Полученные фотографии были приведены к единому масштабу.
При сравнении наложением отклонения заметны визуально.
Для большей точности и фактичности границы захвата почвы каждой из 16 гранул в случае каждого испытуемого варианта отмечали двумя вертикальными чертами:
необработанная контрольная гранула перед дождем;
необработанная контрольная гранула после дождя в количестве 15 мм;
обработанная гранула с 1% Impersol™ после дождя в количестве 15 мм;
обработанная гранула с 2% Impersol™ после дождя в количестве 15 мм;
обработанная гранула с 5% Impersol™ после дождя в количестве 15 мм.
Затем измеряли расстояние между двух черт.
Далее суммировали значения 16 диаметров, что дает достаточно репрезентативное и во всех случаях воспроизводимое значение захвата поверхности почвы.
Эти значения полностью подтверждаются визуально.
Эти значения были использованы в качестве индикаторов рабочих характеристик.
Значение одномерной переменной "сумма диаметров по 16 гранулам" возводили в квадрат для определения двухмерного параметра поверхности, более близкого к требуемому результату (параметр "охват поверхности").
Полученные значения сравнивали между разными вариантами.
Можно видеть, что варианты "необработанная контрольная гранула перед дождем" и "необработанная контрольная гранула после дождя в количестве 15 мм" являются идентичными. Таким образом, при всех других равных условиях результаты динамического дезинтегрирования можно связать только с влиянием использованных добавок.
2) Полученные кривые
По полученным результатам было построено несколько кривых в зависимости от содержания Impersol™:
- значение нейтрализующей способности (фиг.5);
- удорожание (фиг.6);
- сумма диаметров по 16 гранулам (фиг.7);
- охваченная поверхность (предыдущее значение, возведенное в квадрат) (фиг.8).
Значения площадей охваченных поверхностей умножали на коэффициент в интервале от 1 и приблизительно до 10 в зависимости от испытуемого варианта.
Из размещения кривых друг под другом становится ясно, что для оптимального диапазона нужно найти компромисс между:
увеличением охваченной поверхности;
повышением стоимости;
уменьшением значения нейтрализующей способности.
Эти кривые могут помочь специалистам в данной области техники адаптировать значения и диапазоны содержания, описанные ранее, к особому применению, предусматриваемому ими.
3) Выбор диапазона содержания добавки
С учетом кривых этот компромисс найден заявителем при содержании около 2% и предпочтительно в интервале от 1 до 3%, поскольку при содержании около 2% находится точка перегиба кривой увеличения площадей (точка, исходя из которой стоимость увеличивается быстрее, а значение нейтрализующей способности уменьшается быстрее, чем происходит увеличение охваченной поверхности).
Из этого ясно следует, что при содержании добавки больше 5% эффект не увеличится в большой степени, при этом наклон кривой "поверхности" становится очень малым.
Можно отметить появление плато асимптотического типа при содержании больше 5%.
Таким образом, кривые, приведенные в приложении, полностью подтверждают значения содержания и его диапазоны, описанные ранее.
В то же время оказалась неожиданностью констатация того, что при содержании приблизительно 4-6% и особенно 5-6% на кривой "Сумма диаметров по 16 гранулам - f (% содержания добавки)" появляется "плато".
Это плато показано на фиг.7 "Изменение суммы диаметров по 16 гранулам".
Касательно уменьшения доли мелких частиц, подлежащих повторной переработке в ходе технологического процесса (поскольку гранулы, обработанные Impersol™, на выходе из уплотнителя, кажется, дают меньше пыли (частиц диаметром меньше 1 мм)), следует отметить, что это уменьшение уровня образования пыли представляет собой значительное преимущество в рассматриваемой области промышленности.
Нижняя граница диапазона находится около значения 0,5-0,7% (результат очень посредственный, но стоимость низкая), а верхняя граница находится около значения 5-6% или 6-7%, поскольку при большем значении можно отметить два вредных эффекта, состоящих в том, что значение нейтрализующей способности или содержание полезных элементов удобрения понижается, когда содержание глины возрастает, при этом стоимость становится настолько высокой, что эффект дополнительного дезинтегрирования не оправдывает это удорожание.
Таким образом, диапазон, являющийся эффективным и достаточно малозатратным и не приводящий к излишнему "снижению" значения нейтрализующей способности или содержания, составляет от 2 до 4%, предпочтительно 2-3%, а оптимальное значение, видимо, составляет около 2%, то есть от 1,8 до 2,3% согласно приложенным фигурам.
Специалисты в данной области техники могут понять, что нижняя граница продиктована появлением заметного эффекта динамического дезинтегрирования, в то время как верхняя граница скорее продиктована тем, что дополнительное динамическое дезинтегрирование не является достаточно значительным, чтобы оправдывать дополнительную стоимость.
Специалисты в данной области техники могут понять также, что эти диапазоны могут варьировать от одной глины к другой, однако мало отклоняясь от приведенных ранее значений, и что они, следовательно, могут регулировать содержание в зависимости от используемой вспучивающейся глины, проведя несколько простых испытаний по стандартной программе и сравнив их с примерами, приведенными в настоящем описании. Наконец, специалисты в данной области техники могут экстраполировать полученные ранее значения на другие вспучивающиеся глины, поскольку изготовитель указывает процентную степень разбухания в их технических паспортах: так, например, можно легко вести отсчет по сравнению с продуктом Impersol™, в отношении которого в техническом паспорте, редакция 02 от 23.08.2002, указано разбухание не менее 11 мл/г (испытание CTIF, рекомендация 403).
Подробная методика испытаний по дезинтегрированию в полевых условиях для охарактеризования настоящего изобретения
Цель
Это испытание имеет целью наблюдение за изменением обработанных или необработанных гранул на увлажненной земле сельскохозяйственного назначения, которую посредством ранцевого распылителя поливают в эквиваленте 15 мм дождя.
ПЛАН ЭКСПЕРИМЕНТА
1-й этап
- Подготовка исходя из почвы соседнего поля искусственной делянки размером приблизительно 1×1,30 м с хорошим обзором для облегчения фотографирования без помех со стороны растительности.
- Начальное искусственное увлажнение для достижения влажности, сравнимой с влажностью исходного участка, поскольку отобранная почва сильно высыхает.
Исходное состояние доводят просушиванием до отсутствия свободной воды и до состояния, соответствующего полевым условиям.
- Разбивка на 12 квадратов размером приблизительно 30×30 см.
- Размещение 16 гранул по клеткам со стороной 6 см в решетке размером приблизительно 24×24 см в каждом квадрате и помещение фрагмента изготовленной пластинки в центр.
- Испытание трех продуктов, признанных наиболее эффективными во время предыдущих испытаний, и фотографирование в случае контрольного образца и трех значений содержания добавок, отличающихся в зависимости от продукта:
• суперабсорбирующий сетчатый сополимер акриламида и акрилата калия, такой как продукт AQUASORB™ KC, выбранный предпочтительно, но не ограничительно;
• глина со средней разбухаемостью описанного ранее типа, такая как продукт IMPERSOL™, выбранный предпочтительно, но не ограничительно;
• лимонная кислота; как было указано ранее, лимонная кислота представляет собой слабую кислоту, которая может быть использована по настоящему изобретению, но, однако, очевидным образом является менее предпочтительной, чем вспучивающаяся глина или глина со средней разбухаемостью или суперабсорбирующий сетчатый сополимер. Этот продукт используют в данном случае для лучшей маркировки "разумных "границ" по настоящему изобретению;
• для большей наглядности визуального сравнения необработанные контрольные образцы размещены в верхнем ряду, прямо под ними размещены обработанные образцы с большим содержанием (максимальный контраст), еще ниже размещены образцы со средним содержанием, и, наконец, в самом низу размещены образцы с низким содержанием.
Каждому первичному квадрату присваивают номер от 63 до 74 сначала сверху вниз, затем по следующим столбцам слева направо.
• Образец A: Aquasorb KC™:
• контрольный образец A: контрольный образец без Aquasorb KC™ (№ 63);
• A, 0,1%: содержит 0,1% Aquasorb KC™ (№ 66);
• A, 0,15%: содержит 0, 15% Aquasorb KC™ (№ 65);
• A, 0,2%: содержит 0,2% Aquasorb KC™ (№ 64).
• Образец B: Impersol™:
• контрольный образец B: контрольный образец без Impersol™ (67);
• B, 1%: содержит 1% Impersol™ (70);
• B, 2%: содержит 2% Impersol™ (69);
• B, 5%: содержит 5% Impersol™ (68).
• Образец C: лимонная кислота, порошок:
• контрольный образец C: контрольный образец без лимонной кислоты (71);
• C, 0,5%: содержит 0,5% лимонной кислоты (74);
• C, 1%: содержит 1% лимонной кислоты (73);
• C, 2%: содержит 2% лимонной кислоты (72).
- Получение фотоснимков по каждому квадрату с целью последующего сравнения изменений.
2-й этап
- Получение фотоснимков на следующих стадиях:
• T1 при 0 мм искусственных осадков;
• T2 при 5 мм искусственных осадков;
• T3 при 15 мм искусственных осадков.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Ясно выявлены различия:
между контрольными образцами и образцами с добавками;
между случаями разного содержания одной и той же добавки;
между разными добавками.
- Сравнение в случае трех значений процентного содержания Aquasorb™ (+ контрольный образец) при 15 мм.
В случае Aquasorb™ очень хорошее дезинтегрирование при 0,2% заметно отчетливее, чем при 0,1 и 0,15%.
- Сравнение в случае трех значений процентного содержания вспучивающихся глин (+ контрольный образец) при 15 мм.
Достигнуто превосходное дезинтегрирование.
> Сравнение в случае трех значений процентного содержания лимонной кислоты (+ контрольный образец) при 15 мм.
Имеется некоторый эффект по сравнению с контрольным образцом, но существенно менее заметный, чем в случае других добавок. Таким образом, лимонная кислота является наименее эффективной из трех испытанных продуктов.
Заключение соответствует оценкам, указанным ранее.
Специалисты в данной области техники могут понять, что удобрение технически адаптируют для каждого отдельного случая с целью формирования зоны охвата почвы, которая может достигать от 2 до 5 см в диаметре для гранулы стандартного размера с толщиной от 2 до 5 мм, причем эта гранула имеет вид многоугольника более или менее правильной формы, и могут без труда вносить технические коррективы, исходя из описания и примеров, приведенных ранее.
1. Минеральное удобрение предпочтительно щелочного характера, содержащее в качестве щелочного компонента неорганический карбонат и отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один агент "динамического дезинтегрирования", который способен вызывать в грануле растрескивание, сильную фрагментацию, диспергирование, сильное "диспергирование", действуя изнутри и/или на поверхности гранулы за счет силы, стремящейся расколоть или "взорвать" гранулу, когда гранула контактирует с водой и/или влагой и предпочтительно с почвой и, более точно, с водой или влагой почвы,
где агент динамического дезинтегрирования выбран из слабых кислот, таких как муравьиная, лимонная или, менее предпочтительно, фосфорная кислота, или
агент динамического дезинтегрирования представляет собой суперабсорбирующий анионный полимер типа сетчатых сополимеров акриламида и акрилата калия, нерастворимых в воде, или
агент динамического дезинтегрирования представляет собой бентонит с содержанием воды не более 14%, остатком на сите 75 мкм (в сухой пробе) не более 30% и плотностью 2,3 г/см3,
причем гранулы выполнены с возможностью формирования зон охвата почвы, которые могут достигать от 2 до 5 см в диаметре для гранулы стандартного размера с толщиной от 2 до 5 мм.
2. Минеральное удобрение по п. 1, отличающееся тем, что карбонат представляет собой природный или осажденный карбонат кальция (РСС).
3. Минеральное удобрение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что гранулы имеют вид многоугольника более или менее правильной формы.
4. Минеральное удобрение по п. 1, отличающееся тем, что бентонит представляет собой глину, принадлежащую к группе смектитов и внешне имеющую вид светлого порошка с содержанием воды не более 14%, остатком на сите 75 мкм (в сухой пробе) не более 30% и плотностью 2,3 г/см3.
5. Минеральное удобрение по п. 1, отличающееся тем, что в гранулы вводят бентонит в количестве от 0,5-0,7 до 6-7% масс. в пересчете на сухое вещество материала, подлежащего гранулированию, предпочтительно от 1 до 6-7% и более предпочтительно от 1 до 5%, предпочтительно около 2, 3 и 4% или более предпочтительно 2% масс. в пересчете на сухое вещество.
6. Минеральное удобрение по п. 2, отличающееся тем, что карбонат кальция полностью или частично заменяют одним или несколькими другими минералами, такими как доломиты, природные фосфаты в смеси с удобрением, азотными аммиачными удобрениями или другими веществами, способствующими плодородию почвы, или их смесями.
7. Способ изготовления удобрения в гранулах с динамическим дезинтегрированием по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что осуществляют традиционное гранулирование путем прибавления и введения мелассы, смешивания в сухом виде удобрения и агента динамического дезинтегрирования, который представляет собой или содержит:
бентонит из расчета от 0,5-0,7 до 6-7%, предпочтительно от 1 до 6-7%, более предпочтительно от 1 до 5%, предпочтительно около 2, 3 и 4% и более предпочтительно 2% масс. в пересчете на сухое вещество материала, подлежащего гранулированию, при этом осуществляют перемешивание при высокой скорости, последующую подачу между двух уплотняющих вальцов для формования непрерывной пластины, своего рода "ковра" толщиной приблизительно от 2 до 3 мм, который затем дробят для формования полигональных гранул, которые далее эродируют и пропускают через сито перед получением окончательных гранул в форме более или менее правильных многоугольников.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что удобрение содержит природный карбонат кальция или осажденный карбонат кальция (РСС).
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что карбонат кальция полностью или частично заменяют одним или несколькими другими минералами, такими как доломиты, природные фосфаты в смеси с удобрением, азотными аммиачными удобрениями или другими веществами, способствующими плодородию почвы, или их смесями.
10. Применение удобрения по пп. 1-6 в области веществ, способствующих плодородию почвы, более предпочтительно удобрений и туков, приемлемых, в общем, во всех отраслях сельского хозяйства, таких как выращивание зерновых и фуражных культур, полевых культур, масличных культур, зернобобовых культур, включая смежные отрасли, такие как лесоводство, выращивание деревьев в общем случае, выращивание сеянцев древесных пород, выращивание овощных и бобовых культур, или в любых других отраслях сельского хозяйства, включая луговодство, выращивание биомассы, предназначенной для выработки энергии, культивирование растительных покровов с экологическими и бытовыми целями или для проведения досуга на газонах или участках, покрытых травой.
