Способ получения ионообменной смеси "рекультивин"

Изобретение относится к агрохимии и может быть использовано при получении ионообменной смеси для рекультивации нарушенных вечномерзлых почв. Описывается способ получения ионообменной смеси для вечномерзлых почв. Способ включает смешение 88 мас. % насыщенного клиноптилолита и 12 мас. % насыщенного анионита ЭДЭ-10П. Перед смешиванием исходные клиноптилолит фракции 0,3-0,4 мм и анионит подвергают предварительной обработке, обеспечивающей получение насыщенного определенными биогенными катионами клиноптилолита и насыщенного определенными ионами биогенных элементов анионита. Изобретение обеспечивает ионообменную смесь, насыщенную необходимыми растениям элементами питания в оптимальных соотношениях с учетом агрохимических свойств исходной вечномерзлой почвы. Внесение указанной ионообменной смеси в вечномерзлую песчаную почву в нормах 4-12 т на 1 га под многолетние травы при рекультивации приводит к повышению плодородия этой почвы за счет повышения содержания питательных веществ в этой почве в 3-5 раз при увеличении содержания гумуса в 4,3 раза, нитратного азота, подвижных форм фосфора и калия - в 3,8-5,5 раза и при снижении кислотности почвы с рН 4,6 до рН 5,9. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к агрохимии и может быть использовано при получении ионообменной смеси для рекультивации нарушенных вечномерзлых почв.

Из уровня техники известны следующие способы получения ионообменных смол.

Так, из описания к патенту РФ №2032319 (опубликован 10.04.1995) известна искусственная почва, которая содержит, мас. %: цеолит 15-33, полимер, растворимый в воде, 10-23, экстракт растительный конденсированный 5-10, сине-зеленую водоросль Nostos Zinckia 0,03-0,06, сапропель - остальное. Сапропель увлажняют 10%-ным раствором растительного экстракта. Полимер и цеолит вносят в порошкообразном виде.

Наиболее близким аналогом к патентуемому способу является способ получения искусственной почвы на основе клиноптилолита, заключающийся в смешении катионита и анионита в определенных пропорциях с последующим уравновешиванием полученной смеси с раствором смеси питательных веществ. В качестве анионита используют материал, получаемый последовательной обработкой клиноптилолита сначала растворимой солью магния при температуре не менее 50°С, а затем гидрофосфатом щелочного металла или аммония при температуре не более 35°С.

Недостатком известного способа является то, что полученная искусственная почва не учитывает местные условия, где вечномерзлые почвы имеют низкое плодородие, которое необходимо поднять. Кроме того, недостатком получаемой искусственной почвы является высокая стоимость (около 800 руб/кг, при норме внесения 10 т на 1 га)

Техническим результатом патентуемого решения является повышение плодородия и урожайности вечномерзлых почв за счет использования при их рекультивации ионообменной смеси со свойствами, учитывающими состав вечномерзлой почвы и повышающей содержание питательных веществ в этой почве в 3-5 раза.

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа получения ионообменной смеси для вечномерзлых почв путем смешения катионита-клиноптилолита и анионита, заключающийся в том, что смешивают 88 мас. % насыщенного клиноптилолита и 12 мас. % насыщенного анионита, перед смешиванием осуществляют предварительную обработку клиноптилолита и анионита:

клиноптилолит используют фракции 0,3-0,4 мм,

заливают его водой и насыщают раствор биогенными катионами за счет добавления к полученному раствору клиноптилолита при постоянном перемешивании твердых солей хлорида калия, сульфата аммония, семиводного сульфата магния,

затем вносят соли микроэлементов и железа, настаивают полученный раствор в течение 24 часов при периодическом перемешивании,

далее отделяют раствор от насыщенного клиноптилолита,

дважды промывают насыщенный клиноптилолит водой,

после второй промывки обрабатывают клиноптилолит питательным водным раствором, содержащим нитрат калия, кальциевую селитру, дигидрофосфат калия, нитрат аммония, семиводный сульфат магния, хлорид марганца, сульфат меди, сульфат цинка, хлорид кобальта,

полученную смесь настаивают 1 сутки при периодическом перемешивании, после чего раствор отделяют от насыщенного клиноптилолита,

из исходного анионита ЭДЭ-10П щелочью вытесняют присутствующие хлорид-ионы, доводят рН раствора до значения не более 7,8,

затем добавляют воду и вводят в анионит ионы биогенных элементов: NO₃^-, SO₄^2-, H₂PO₄^-, B₄O₇^2-, MoO₄^2-,

и оставляют для набухания на 24 часа,

в реактор для насыщения добавляют гидроксид натрия и оставляют для прохождения реакции насыщения на 2 часа при периодическом перемешивании,

по истечении 2-х часов раствор отделяют и осуществляют две промывки анионита водой, затем

добавляют гидроксид натрия, выдерживают два часа при перемешивании и затем осуществляют две промывки и отделяют анионит, в который добавляют воду и нитрат калия, дигидрофосфат калия, сульфат натрия, тетраборат натрия, молибдат натрия, полученную смесь оставляют на 1 сутки,

отделяют раствор, промывают полученный анионит, измеряют рН анионита,

при рН 6.7-7.2 осуществляют обработку анионита водным раствором, содержащим нитрат калия, кальциевую селитру, дигидрофосфат калия, нитрат аммония, семиводный сульфат магния, хлорид марганца, сульфат меди, сульфат цинка, хлорид кобальта, полученную смесь настаивают 1 сутки при периодическом перемешивании, после чего раствор отделяют от анионита.

1. Насыщение клиноптилолита биогенными катионами.

В реактор загружают 1 кг (в пересчете на сухой вес) клиноптилолита фракции 0,3-0,4 мм, заливают 2 л воды и последовательно с интервалом 20 мин при постоянном перемешивании вносят следующие соли (в виде твердых солей), г:

KCl - 89;

(NH₄)₂SO₄ - 22;

MgSO₄⋅7H₂O - 5,3,

затем в реактор вносят соли микроэлементов и железа - девятиводный сульфат железа, хлорид марганца, сульфат меди, сульфат цинка, хлорид кобальта в следующих количествах, г:

Fe₂(SO4)₃ 9H₂O - 7,0;

MnCl₂ 4H₂O - 1,2;

CuSO₄ 5H₂O - 0,25;

ZnSO₄ 7H₂O - 0,25;

CoCl₂ 6H₂O - 0,06,

смесь настаивают 24 часа при периодическом перемешивании (1 раз в 1 час, продолжительность каждого перемешивания - 1 минута),

вся обработка и насыщение клиноптилолита ведется при комнатной температуре. С понижением температуры на 10° время обработки и насыщения следует увеличить в 2 раза,

по окончании процесса раствор отделяется от насыщенного клиноптилолита любым доступным способом: декантацией с последующим помещением цеолита на сито для отделения остатков раствора, вакуумной фильтрацией на фильтре и т.п.,

затем проводят двукратную промывку насыщенного клиноптилолита водой в количестве 2 литра воды на 1 кг цеолита, при этом время каждой промывки - 30 минут при периодическом перемешивании (5-7 раз). Удаление раствора проводят, как было описано выше.

После второй промывки клиноптилолит обрабатывают питательным раствором. Для этого к 1 кг влажного насыщенного цеолита добавляют 2 л воды, смесь перемешивают и в нее при перемешивании вносят соли микроэлементов, мг:

KNO₃ - 1,42;

Ca(NO₃)₂ 4H₂O - 1,42;

KH₂PO₄ - 540;

NH₄NO₃ - 160;

MgSO₄ 7H₂O - 480;

MnCl₂ 4H₂O - 3,8;

CuSO₄ 5H₂O - 0,5;

ZnSO₄ 7H₂O - 0,5;

CoCl₂ 6H₂O - 0,12.

Смесь настаивают 24 часа при периодическом перемешивании (1 раз в час по 0,5 минуты).

В конце процесса раствор сливают и насыщенный цеолит выгружают из реактора.

Таким образом, последовательность операций следующая:

- определяют влажность исходного клиноптилолита;

- загружают клиноптилолит в реактор;

- загружают соли макро- и микроэлементов

- выдерживают 24 часа при периодическом перемешивании;

- сливают раствора;

- осуществляют две промывки;

- обрабатывают питательным раствором;

- сливают раствор;

- выгружают насыщенный клиноптилолит.

2. Обработка анионита ЭДЭ-10П

Анионит ЭДЭ-10П представляет собой высокомолекулярное соединение трехмерной гелевой структуры, содержащее функциональные группы – вторичные, третичные и четвертичные алифатические аминогруппы, способные обменивать свои ионы на катионы и анионы раствора.

Суть обработки анионита ЭДЭ-10П заключается в вытеснении присутствующих в исходном анионите хлорид-ионов щелочью, добавляемой порциями до значения рН раствора не более 7,8.

Затем в анионит добавляют воду и вводят ионы биогенных элементов NO₃^-, SO₄^2-,

Н₂РО₄^-, В₄О₇^2-, MoO₄^2- и добавляют воду. Введение данных элементов позволяет произвести насыщение анионита необходимых растениям элементов питания.

Процесс обработки состоит в следующем.

К 5 л воды добавляют кг (в пересчете на сухой вес) товарного анионита ЭДЭ-10П в С1-форме добавляют 5 л воды и оставляют для набухания на 2 часа.

В реактор добавляют 107 г гидроксида натрия (NaOH) и оставляют для прохождения реакции насыщения на 2 часа при периодическом перемешивании (каждые 15 минут по 15 секунд).

По истечении 2-х часов раствор отделяется и проводятся 2 промывки анионита по 5 литров воды каждая.

Эта операция, включая две промывки, повторяется.

В третий раз в реактор добавляется 31,8 г NaOH. Смесь выдерживается 2 часа при перемешивании и затем проводятся 2 промывки, как было описано.

После 3-й обработки анионита промывается водой дважды по 5 л воды. Промывочная вода сливается.

Затем в реактор приливают 5 л воды и соли в следующих количествах, г:

KNO₃ - 206;

KH₂PO₄ - 142;

Na₂SO₄ - 268;

Na₂B₄O₇ 10Н₂О - 6;

Na₂MoO₄ - 3.

Смесь оставляют при периодическом перемешивании на 24 часа.

Раствор сливают и проводят две промывки по 5 литров воды каждая.

После промывки измеряют рН шихты. Оно должно быть в интервале рН 6.7-7.2.

После этого делается обработка водой аналогично обработке клиноптилолита.

Готовый анионит выгружается.

Определяется его влажность.

Затем проводится приготовление субстрата.

Для этого смешивается (в расчете на сухой вес):

88 мас. % насыщенного клиноптилолита,

12 мас. % насыщенного анионита.

Готовый субстрат фасуется.

Таким образом, последовательность операций следующая:

- определение влажности исходного анионита;

- загрузка анионита и воды реактор;

- трехкратная обработка щелочью последующими промывками;

- обработка солями;

- 2 промывки;

- обработка водным раствором;

- слив раствора;

- выгрузка.

- смешение с насыщенным клиноптилолитом,

- упаковка.

Таким образом, получена ионообменная смесь, насыщенная необходимыми растениям элементами питания в оптимальных соотношениях с учетом агрохимических свойств исходной вечномерзлой почвы. Стоимость полученной ионообменной смеси составляет 336 руб за 1 кг.

Внесение в вечномерзлую песчаную почву ионообменной смеси в нормах 4-12 т на 1 га под многолетние травы при рекультивации приводит к повышению плодородия этих почв (таблица 1).

Содержание гумуса увеличивается в 4,3 раза, кислотность снижается с рН 4,6 до 5,9. Увеличивается содержание нитратного азота, подвижных форм фосфора и калия в 3,8-5,5 раза.

1. Способ получения ионообменной смеси для вечномерзлых почв путем смешения катионита-клиноптилолита и анионита, заключающийся в том, что смешивают 88 мас. % насыщенного клиноптилолита и 12 мас. % насыщенного анионита, перед смешиванием осуществляют предварительную обработку клиноптилолита и анионита:

клиноптилолит используют фракции 0,3-0,4 мм,

заливают его водой и насыщают раствор биогенными катионами за счет добавления к полученному раствору клиноптилолита при постоянном перемешивании твердых солей хлорида калия, сульфата аммония, семиводного сульфата магния,

затем вносят соли микроэлементов и железа, настаивают полученный раствор в течение 24 часов при периодическом перемешивании,

далее отделяют раствор от насыщенного клиноптилолита,

дважды промывают насыщенный клиноптилолит водой,

после второй промывки обрабатывают клиноптилолит питательным водным раствором, содержащим нитрат калия, кальциевую селитру, дигидрофосфат калия, нитрат аммония, семиводный сульфат магния, хлорид марганца, сульфат меди, сульфат цинка, хлорид кобальта,

полученную смесь настаивают 1 сутки при периодическом перемешивании, после чего раствор отделяют от насыщенного клиноптилолита,

из исходного анионита ЭДЭ-10П щелочью вытесняют присутствующие хлорид-ионы, доводят рН раствора до значения не более 7,8,

затем добавляют воду и вводят в анионит ионы биогенных элементов: NO₃^-, SO₄^2-, H₂PO₄^-, B₄O₇^2-, MoO₄^2-,

и оставляют для набухания на 24 часа,

в реактор для насыщения добавляют гидроксид натрия и оставляют для прохождения реакции насыщения на 2 часа при периодическом перемешивании,

по истечении 2-х часов раствор отделяют и осуществляют две промывки анионита водой, затем

добавляют гидроксид натрия, выдерживают два часа при перемешивании и затем осуществляют две промывки и отделяют анионит, в который добавляют воду и нитрат калия, дигидрофосфат калия, сульфат натрия, тетраборат натрия, молибдат натрия, полученную смесь оставляют на 1 сутки,

отделяют раствор, промывают полученный анионит, измеряют рН анионита,

при рН 6,7-7,2 осуществляют обработку анионита водным раствором, содержащим нитрат калия, кальциевую селитру, дигидрофосфат калия, нитрат аммония, семиводный сульфат магния, хлорид марганца, сульфат меди, сульфат цинка, хлорид кобальта, полученную смесь настаивают 1 сутки при периодическом перемешивании, после чего раствор отделяют от анионита.

2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве солей микроэлементов и железа используют девятиводный сульфат железа, хлорид марганца, сульфат меди, сульфат цинка, хлорид кобальта.

3. Способ по п. 1, заключающийся тем, что отделение раствора от насыщенного клиноптилолита осуществляют декантацией с последующим помещением цеолита на сито для отделения остатков раствора или вакуумной фильтрацией на фильтре.