Удобрения в виде сферических гранул и способ их получения
Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Сферическая гранула удобрения, удельная плотность которой составляет более 1,94 г/см2, и пористость составляет менее 3%. Способ получения сферических гранул удобрения включает смешивание пылевидного удобрения, где размер более 20% частиц указанной пыли составляет менее 150 мкм, прессование указанного удобрения при температуре от 25 до 200°C и мягкое дробление с получением более 85% сферических гранул. Изобретения позволяют уменьшить образование пыли при транспортировке удобрения, снизить эффект слеживания и, следовательно, уменьшить выброс пыли в окружающую среду, сохранять высокое качество удобрения, обеспечить оптимальную гомогенность удобрения, контролировать возможную сегрегацию частиц продукта, а также сократить затраты, связанные с производством удобрения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 1 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к удобрениям, получаемым из любого материала природного или синтетического происхождения, которые применяют для введения в почвы или растительные ткани для доставки одного или более питательных веществ, необходимых для роста растений, в частности к удобрениям в виде гранул, имеющих форму сферы.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для правильного роста растения нуждаются в питательных веществах (азот, калий, кальций, цинк, магний, железо, марганец и т.д.), которые обычно можно найти в почве. Иногда для достижения желаемого роста растений необходимы удобрения, так как они могут способствовать их росту.
Такой рост растений достигается двумя способами: традиционный способ представляет собой добавки, которые обеспечивают питательные вещества. Второй способ, с помощью которого действуют некоторые удобрения, заключается в повышении эффективности почвы путем изменения ее влагозадержания и аэрации. Удобрения обычно обеспечивают в различных пропорциях три основных макроэлемента:
Азот (N): рост листьев;
Фосфор (P): развитие корней, цветов, семян, фруктов;
Калий (K): рост сильного стебля, движение воды в растениях, стимуляция цветения и плодоношения;
три вторичных макроэлемента: кальций (Ca), магний (Mg) и сера (S);
питательные микроэлементы: медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn), молибден (Mo), цинк (Zn), бор (B), а иногда имеют значение кремний (Si), кобальт (Co) и ванадий (V) плюс редкие минеральные катализаторы.
Наиболее надежным и эффективным способом обеспечения доступности питательных веществ в соответствии с требованиями растений является контроль их высвобождения в почвенный раствор с применением удобрений с медленным высвобождением или с контролируемым высвобождением питательных веществ.
Удобрения и с медленным высвобождением (SRF), и с контролируемым высвобождением (CRF) постепенно подают питательные вещества. Тем не менее, удобрения с медленным высвобождением и удобрения с контролируемым высвобождением различаются по многим параметрам: технологией, по которой их применяют, механизмом высвобождения, долговечностью, факторами, контролирующими высвобождение и многим другим.
Твердые удобрения включают гранулы, гранулы приллированного удобрения, кристаллы и порошки. Приллированное удобрение представляет собой тип гранулированного удобрения, имеющее наиболее близкую к сферической форму гранул, получаемое путем затвердевания свободно падающих капель в потоке воздуха или жидкой среды. Большинство удобрений с контролируемым высвобождением (CRF), применяемых в коммерческих питомниках, представляют собой приллированные удобрения, покрытые серой или полимером. Эти продукты были разработаны для обеспечения медленного высвобождения питательных веществ в корневую зону во время развития сельскохозяйственных культур.
Питательные вещества высвобождаются из покрытых приллированных удобрений путем осмоса со скоростью, которая положительно коррелирует с повышенной температурой. Скорости высвобождения связаны с типом и/или толщиной покрытия на грануле приллированного удобрения.
Доступные удобрения CRF имеют разную долговечность. Большинство производителей имеют продукты с периодами высвобождения 3, 6, 9 или 12 месяцев. Продукты с разной долговечностью получают путем смешивания гранул приллированных удобрений с различной толщиной покрытия: гранулы приллированного удобрения с более тонким покрытием сначала высвобождают питательные вещества, а позже гранулы с более толстым покрытием высвобождают питательные вещества. Для кратковременных культур, таких как однолетники, вероятно, потребуются продукты с периодом высвобождения 3 месяца, а для долгосрочных культур, таких как древесные многолетники, потребуются удобрения с периодом высвобождения 12 месяцев.
В US 2935387 описан способ прессования для получения гранулированного продукта. В US 3026194 раскрыт способ улучшения частиц хлористого калия, получаемых из предварительно спрессованных и высушенных мелких частиц, включающий смачивание указанных частиц достаточным количеством водного раствора и сушку частиц, в результате чего улучшается физическая прочность частиц.
US 3048478 относится к способу получения гранулированной химической соли с превосходными характеристиками хранения и, более конкретно, к способу, который включает стадию спекания частиц гранулированной неорганической соли с узким диапазоном размеров для получения спрессованных частиц, менее хрупких и имеющих улучшенные характеристики хранения и технологические свойства.
В GB 1079673 описаны улучшения или связь с агломерацией материала, содержащего поташ, где тонкоизмельченный гранулированный поташ, содержащий соль руды, например, менее 48 меш, агломерируют, например, для применения удобрений, путем увлажнения тонкодисперсных частиц водным раствором, содержащим фтористоводородную кислоту или фторид металла, преобразуя увлажненные частицы в агрегаты, например, в гранулирующем барабане или на гранулирующем диске или барабанном окомкователе, и затвердевания агрегатов путем сушки при повышенной температуре ниже температуры плавления, например, от 200 до 650°C. Раствор фтористоводородной кислоты или фторида металла может быть нанесен до, во время или после гранулирования, и предпочтительный раствор содержит около 10 мас.% фторидного соединения, которое применяют в массовом отношении к гранулированному материалу приблизительно 2:100. Гранулы предпочтительно перемешивают в процессе сушки.
В документе GB 1073682 описан способ прессования хлористого калия, где смесь хлорида калия и до 10 процентов добавки, состоящей из мочевины, нитрата аммония или смеси нитрата аммония и фосфата, имеющую температуру плавления ниже 400°F, прессуют при давлении от 200 до 10000 фунтов на погонный дюйм на подшипник с применением одиночного или двойного валкового пресса, и полученный листовой материал измельчают. Добавка может быть смешана с сухим или концентрированным раствором или суспензией. Прессование может быть проведено при температуре от 20 до 80°C.
В US 3513230 описан способ улучшения устойчивости к физическому разрушению компактов сульфата калия, образованных путем прессования исходного материала сульфата калия под давлением. Устойчивость к физическому разрушению таких компактов улучшают за счет регулирования содержания влаги в исходном материале во время прессования до приблизительно от 0,5 до 2,0 мас.% и прессования исходного материала при давлении от приблизительно 12000 до 40000 фунтов на квадратный дюйм (от 82,7 МПа до 275,8 МПа). Устойчивость таких компактов к физическому разрушению дополнительно улучшают за счет прессования исходного материала при температуре приблизительно 90°C. Компакты сульфата калия могут быть подвергнуты гранулированию для получения количества гранул, имеющих повышенную устойчивость к физическому разрушению. Сопротивление таких гранул к физическому разрушению может быть дополнительно улучшено путем увлажнения гранул водой и последующего выпаривания воды из увлажненных гранул.
US 3532486 относится к улучшенному способу прессования и последующему гранулированию жидких углеводородсодержащих водорастворимых твердых мелких частиц путем смешивания с такими загрязненными мелкими частицами небольшого количества свободных от углеводородов жидких водорастворимых мелких частиц одного и того же материала и последующего прессования и гранулирования смеси мелких частиц.
В CA 988315 обсуждается прессование поташа.
В US 6379414 раскрыт способ получения гранулированных калийных удобрений, которые имеют стабильный срок хранения также при высокой относительной влажности воздуха. Такой гранулят содержит добавку в форме оксида магния и/или оксида кальция в форме тонкодисперсного порошка, которую добавляют путем дозирования перед стадией прессования. Результатом является высокая конечная прочность на разрыв, даже если гранулят хранится при влажных условиях.
В US 2010040882 раскрыт способ получения частиц хлорида калия из порошковидного хлорида калия, обладающего устойчивостью к поглощению влаги и усадке. Исходный материал содержит хлорид калия с распределением по размеру от 30 меш до 100 меш, а также связующее вещество на основе клейковины.
В US 20130031943 раскрыто гранулированное склеенное удобрение, представляющее собой хлористый калий, включающее один или более питательных микроэлементов и один или более связующих ингредиентов. Удобрение получают путем прессования исходного материала, представляющего собой хлористый калий, с одним или более питательными микроэлементами и одним или более необязательными связующими веществами с образованием склеенной композиции хлористого калия. Затем склеенную композицию хлористого калия, дополнительно обрабатывают, например, путем дробления и калибровки, с образованием склеенного гранулированного продукта, представляющего собой хлористый калий, и включающего питательные микроэлементы.
Предпочтительно, чтобы у не более чем 20% частиц порошка размер частиц составлял менее 150 мкм (также упоминается в данном документе как "пылевидное удобрение" или "пыль"), поскольку размер частиц менее 150 мкм у более чем 20% частиц порошка станет причиной того, что объемная плотность общей массы порошка будет слишком низкой для эффективного процесса, что приведет, например, к встряхиванию машины, причем конечный продукт будет иметь повышенную пористость, высока будет вероятность остановки технологического процесса и т.п.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, раскрытыми здесь, предложен способ получения удобрений в виде сферических гранул, включающий одностадийное прессование.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение в виде сферических гранул может растворяться с меньшей скоростью, чем удобрения в виде гранул несферической формы.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления способ может включать прессование пылевидных, тонкодисперсных, стандартных частиц удобрения или их комбинации, с применением переменного давления в прессе и путем "одностадийного" прессования.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления переменное давление может обеспечивать превосходный контроль над различными характеристиками конечного продукта удобрения, такими как пористость, удельная плотность.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления контроль над различными характеристиками может обеспечивать разнообразные свойства, такие как замедленное высвобождение конечного продукта и тому подобное.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления спрессованное удобрение может быть покрыто одним или более покрытиями.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, после прессования удобрения может быть осуществлена последующая обработка, например, для улучшения поверхности гранул удобрения и подготовки ее для покрытия.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления для гранулы удобрения значение распределения частиц по размерам (PSD) может составлять от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 2 до 6 мм, и унифицированный индекс (UI) может составлять от 70 до 100 для одного определенного значения PSD продукта, от 40 до 100 для комбинированных продуктов.
Согласно некоторым вариантам осуществления смесь гранул нескольких диаметров может быть создана для получения строго требуемых значений PSD и UI.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Настоящее изобретение станет полностью понятным из подробного описания, приведенного ниже, и сопроводительных графических материалов, которые приведены только для иллюстрации и примера и, таким образом, не ограничивают изобретение каким-либо образом, где:
На фиг. 1 представлена блок-схема, изображающая способ прессования и получения удобрения в виде сферических гранул в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления.
Фиг. 2 представляет собой схематическую иллюстрацию типичной поверхности прессующего валка в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию типичной поверхности прессующего валка в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4А и 4В представляют собой фотографии сканирующего электронного микроскопа, демонстрирующие пластичность поташа в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, раскрытыми в данном документе, предложен способ получения удобрений в виде сферических гранул, включающий одностадийное прессование.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления термин "удобрение" может включать любой материал природного или синтетического происхождения, который применяют для введения в почвы или растительные ткани для доставки одного или более питательных веществ, необходимых для роста растений, включая, например, удобрения, содержащие одно питательное вещество ("простые"), такие как нитрат аммония, мочевина, известково-аммиачная селитра, суперфосфат, например "простой суперфосфат" (ПСФ), фосфогипс, тройной суперфосфат (ТСФ) или их смесь; сложные удобрения, такие как двухкомпонентные (NP (азотно-фосфорные), NK (азотно-калийные), PK (фосфорно-калийные)) удобрения, например, моноаммонийфосфат (MAФ) и/или диаммонийфосфат (ДАФ), трехкомпонентные NPK- (азотно-фосфорно-калийные) удобрения; удобрения, содержащие один или более основных источников питательных микроэлементов железа, марганца, бора, молибдена, цинка и меди и т.п.; сложно-смешанные удобрения, например, содержащие N, P и K; органические удобрения, такие как торф, отходы животноводства, растительные отходы сельского хозяйства и осадки сточных вод; и/или другие элементы, такие как кальций, магний и сера.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение предпочтительно содержит одно или более азотных удобрений, таких как аммиак, безводный нитрат аммония, мочевина и нитрат натрия; фосфатных удобрений; калийных удобрений, такие как поташ, хлорид калия, сульфат калия, карбонат калия или нитрат калия.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение предпочтительно представляет собой поташ, сульфаты, такие как сульфат калия, полисульфаты; и в некоторых вариантах осуществления может содержать питательные микроэлементы, такие как Zn, B, Cu, Fe, Mo в концентрациях от 0,1 до 2%.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение может содержать 48% SO3 из сульфата, 14% K2O, из поташа, 6% MgO из сульфата магния и 17% CaO из сульфата кальция (также известно, как Polysulphate™).
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение может быть окрашено неорганическими или органическими пигментами, например оксидом железа, или полимерными красителями.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение в виде сферических гранул может иметь превосходные характеристики и/или одно или более преимуществ по сравнению с удобрениями в виде гранул несферической формы, например, удобрением, которое спрессовали, но не в сферической форме. Например, удобрение в виде сферических гранул может растворяться медленнее, чем удобрения в виде гранул несферической формы, см. ниже, например, таблицу 1, которая иллюстрирует сравнение между процентом высвобождения K2O из поташа сферической формы и поташа несферической формы (спрессованный).
Таблица 1
| Время | Высвобождение % (K2O) | |
| Сутки | Поташ сферической формы | Спрессованный поташ |
| 0 | 0 | 3 |
| 5 | 3 | 18 |
| 10 | 5 | 22 |
| 15 | 8 | 27 |
Как показано в таблице 1, процент высвобождения K2O из поташа несферической формы (спрессованного) может быть в 3-6 раз выше по сравнению с процентом высвобождения K2O из поташа сферической формы.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления тот факт, что удобрение в виде сферических гранул высвобождается с более низким процентом и/или скоростью, позволяет уменьшить частоту его введения в растение. Это свойство имеет высокую коммерческую ценность, поскольку обеспечивает удобрение, которое можно применять с меньшей частотой с уменьшением или без влияния на поглощение питательных веществ растением.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления получение удобрения в виде гранул сферической формы обеспечивает различные преимущества, в том числе, например, уменьшенное образование пыли при транспортировке удобрения, снижение эффекта слеживания и, следовательно, уменьшение выброса пыли в окружающую среду, часто возникающего как побочный эффект. Удобрение в виде сферических гранул также позволяет сохранять высокое качество удобрения, поддерживая исходное распределение частиц по размерам продукта, такое, как при получении. Кроме того, согласно некоторым иллюстративным вариантам осуществления получение удобрения в виде сферических гранул позволяет обеспечить оптимальную гомогенность удобрения и может позволить контролировать возможную сегрегацию частиц продукта.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления удобрение в виде сферических гранул характеризуется относительно высокой удельной плотностью (у.п.) и высокой гомогенностью.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления способ по настоящему изобретению позволяет контролировать распределение частиц по размерам удобрения в виде сферических гранул. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, если на удобрение наносят защитный покрывающий агент, его можно применять в относительно небольших количествах и можно легко и эффективно распределять однородным образом.
В соответствии с этими вариантами осуществления применение меньшего количества защитного агента по сравнению с известными способами получения гранул удобрения позволяет снизить затраты и материалы в соответствии со способом по настоящему изобретению.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления в способе по настоящему изобретению применяют пылевидные удобрения, имеющие по меньшей мере 20% частиц размером менее 150 мкм, для получения сферических гранул удобрения. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сферическая форма может препятствовать образованию расщепленных частиц во время процесса получения и таким образом, в отличие от других известных сегодня способов получения, конечный продукт по настоящему изобретению не должен подвергаться сортировке по размеру в порту перед упаковкой и отправкой.
В отличие от существующих продуктов, известных в области техники, требующих обработки перед отправкой и упаковкой, продукт по настоящему изобретению таким образом устраняет необходимость в дополнительной обработке перед отправкой и, следовательно, экономит время и деньги.
Кроме того, добавление противопылевого агента, предназначенное для предотвращения образования пыли, является излишним и, таким образом, способ становится рентабельным.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ по настоящему изобретению уменьшает до минимума образование тонкодисперсных частиц, которые обычно возникают в результате образования пыли и разрушения продукта. В способах получения, известных в данной области техники, повторно применяют такие тонкодисперсные частицы путем их возвращения в процесс прессования. Важным преимуществом настоящего изобретения является тот факт, что способ сводит к минимуму образование таких тонкодисперсных частиц, обеспечивая тем самым очень высокий выход конечного продукта (более 95%) и устраняя необходимость повторного применения тонкодисперсных частиц, таким образом экономя время и деньги.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления термин "сфера" и/или "сферический" и/или "псевдосферический" в контексте данного документа может относиться, например, к любому круглому геометрическому объекту в трехмерном пространстве, например, имеющему форму круглого или эллиптического шара.
Обычно прессование пыли представляет собой сложный процесс, который предполагает многократное применение остатков пыли и пылевидного остатка, который возвращают в процесс прессования, чтобы увеличить конечный выход. Кроме того, конечный продукт после завершения процесса прессования должен быть физически разрушен, для того чтобы получить конечные гранулы удобрения. Это связано с тем, что применение обычных способов прессования приводит к получению листа из гранул удобрения, прилипших друг к другу, которые необходимо разделить на отдельные гранулы. Помимо сложности обработки такой стадии, обычный способ прессования также приводит к получению продукта, который может иметь выпуклости и вмятины, влияющие на скорость высвобождения удобрения и вызывающие отклонения в профиле высвобождения.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, описанными здесь, способ по настоящему изобретению включает только одну стадию прессования (также называемую здесь "одностадийное" прессование), в конце которой получают конечное спрессованное удобрение в виде сферических гранул, с применением, например, переменного давления на стадии прессования.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, способ по настоящему изобретению, как подробно описано ниже, включает применение прессующих валков, имеющих углубления сферической формы, которые расположены близко друг к другу, что позволяет осуществлять изолированное получение гранул удобрения и сводить к минимуму получение излишнего или непригодного материала во время выполнения способа.
В отличие от обычных способов прессования, обычно приводящих к образованию более чем 60% непригодного материала (такого как тонкодисперсные частицы, разрушенные частицы и т.п.), который необходимо возвратить в процесс (также известный как "повторно проводимый"), способ по настоящему изобретению обеспечивает точное и высокопроизводительное получение удобрений в виде сферических гранул с высокой удельной плотностью с выходом более 95% за одну стадию.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления термин "переменное давление" может относиться к любой удельной силе в диапазоне от 3 до 30 кН/см.мм.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления переменное давление может обеспечивать превосходный контроль над различными характеристиками конечного продукта удобрения, например, пористостью, удельной плотностью ("у.п.") и т.п.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления применение переменного давления к пылевидным удобрениям может обеспечить контроль над одной или более из следующих характеристик: пористость конечной сферической гранулы, проникновение воды в гранулы, скорость растворения и/или срок хранения, например, применение высокого давления к пылевидным удобрениям во время прессования может снизить проникновение воды в гранулы и уменьшить пористость гранулы, тем самым обеспечивая стабильную и ожидаемую скорость растворения, например, предпочтительно 80% растворение в течение по меньшей мере 4 месяцев.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления применение переменного давления к пылевидным удобрениям может увеличить удельная плотность и соответственно улучшить устойчивость удобрения к разрушению и/или впитыванию влаги и может улучшить прочность гранулы, а также предотвратить образование пыли.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, применяя переменное давление к пылевидным удобрениям, можно получить удобрение в виде сферических гранул, имеющих гладкую поверхность. Согласно некоторым вариантам осуществления гладкая поверхность гранулы удобрения может защитить гранулу от истирания, влажности и/или повреждений.
Применяемые сегодня способы прессования обеспечивают получение листа из гранул, который необходимо разбить с применением силы (обычно с помощью дробилки). Такое разрушение приводит к получению гранулы с острыми краями, шероховатой поверхностью с выпуклостями и вмятинами, неоднородным размерам частиц и многому другому.
Способ по настоящему изобретению обеспечивает получение однородных сферических гранул удобрения, подвергнутых мягкому дроблению, с получением более 95% сферических гранул, которые имеют гладкую поверхность, однородный и равномерный размер и не требуют существенной сортировки по размеру.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, применяя переменное давление к пылевидным удобрениям, можно получить удобрение в виде сферических гранул. Согласно некоторым вариантам осуществления сферическая форма может улучшить устойчивость гранулы к разрушению и может улучшить прочность гранулы, а также предотвратить образование пыли.
Согласно некоторым вариантам осуществления способ может включать применение одного или более связующих веществ. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления применение связующих веществ может увеличивать скорость прессующих валков и, следовательно, влияет на скорость получения и качество конечного продукта, а также позволяет изменять скорость высвобождения.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления одно или более связующих веществ могут включать любой подходящий материал или соединение, которые могут механически и/или химически притягивать или удерживать материалы вместе, с образованием комплекса, включая, например, органические или неорганические связующие вещества, такие как крахмал, бентонит, силикат натрия, лигносульфонаты, меласса, гидратированная известь, битум, портландцемент, глина, кислоты (азотная, хлористоводородная, фосфорная, серная), целлюлозная камедь, сахароза, вода, растворимое стекло, цементы или их комбинации.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления контроль за различными характеристиками способа может обеспечить разнообразные свойства, характеризующие конечный продукт, например, уникальный профиль замедленного высвобождения.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления способ по настоящему изобретению может обеспечивать условия для получения сферических гранул удобрения различной формы с получением конечного продукта с частицами разного размера.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, наличие частиц с различными размерами, может обеспечивать конечный продукт удобрения с модифицированными свойствами, например, с некоторыми быстродействующими частицами, которые обладают более быстрой скоростью растворения вследствие их мелкого размера, смешанными с более крупными частицами, которые будут растворяться медленнее. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ по настоящему изобретению может включать применение пресса, включающего два или более прессующих валка, имеющих поверхность с множеством полусферических вогнутых отверстий, которые могут быть объединены для создания сферических форм при прессовании материала.
Как подробно объяснено ниже, отверстия могут иметь различные размеры и/или величины для того, чтобы обеспечить получение удобрений в виде сферических гранул различных размеров.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления различные значения PSD сферических гранул удобрения по настоящему изобретению могут влиять на время высвобождения, например, мелкие частицы (низкое значение PSD) будут растворяться быстрее, чем более крупные частицы, имеющие большее значение PSD.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения предложено спрессованное удобрение в виде гранул, имеющих сферическую или псевдосферическую форму.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления спрессованное удобрение может быть покрыто одним или более покрытием, выбранным из группы, включающей: воски, масла, стеариновую кислоту, лимонную кислоту, соединение диоксида кремния, полимеры, анилины, сульфат аммония, неорганический солевой раствор, нефтепродукты, амины, основные растворы, воду, цементы, растворенные соли, расплавленные материалы, гидрофобные соединения или их комбинацию.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, после прессования удобрения может быть осуществлена последующая обработка, например, для улучшения поверхности гранул удобрения и подготовки ее для покрытия.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления последующая обработка может включать промывку или воздействие на спрессованное удобрение одним или более из следующих: вода, водные растворы (органические и неорганические), например, вода, солевой раствор, кислота и основные растворы, органические растворы, амины, органические соли, амины, воски, масла, лигносульфонаты, полимеры, например, для изменения скорости высвобождения удобрения из конечного продукта и/или предотвращения слеживания или образования пыли.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления для сферической гранулы удобрения значение распределения частиц по размерам (PSD) может составлять от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 2 до 6 мм, и унифицированный индекс (UI) составляет от 40 до 100.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления смесь гранул нескольких диаметров может быть создана для получения строго требуемых значений PSD и UI, например, значение PSD 20% частиц составляет 2 мм, значение PSD 60% частиц составляет 4 мм и значение PSD оставшихся 20% частиц составляет 6 мм.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления термин "пресс", в контексте данного документа, может относиться к независимым прессам, стационарным прессам, прессам с предварительным дроблением, прессам с транзитной станцией, промышленным прессам, электромеханическим прессам, коммерческим прессам, вертикальным и/или горизонтальным прессам, прессам с подачей под давлением, прессам с гравитационной подачей, прессам с горизонтальной подачей и т.п. На фиг. 1 представлена блок-схема, изображающая способ прессования и получения удобрения в виде сферических гранул в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления изобретения.
На указанной фигуре загружаемый материал 102 необязательно смешивают с добавками 104. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления загружаемый материал 102 может включать тонкодисперсные частицы удобрения, имеющие единое значение PSD от 1 до 2000 или, альтернативно, имеющие комбинацию размеров частиц (различные значения PSD) от 1 до 2000.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления добавки 104 могут включать любой подходящий материал, который может облегчать прессование удобрения и/или улучшать одну или более характеристику удобрения, например продление срока хранения, защита от влаги и/или окисления, включение питательных микроэлементов и/или макроэлементов и т.п. Например, добавки 104 могут включать связующее вещество в концентрации от 0,1 до 20 мас.%.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления смесь загружаемого материала 102, необязательно с добавками 104, может быть необязательно гомогенно смешана при или без нагревания от 20 до 200°С на стадии 106 с получением гомогенной смеси.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления смесь может быть создана с применением любого подходящего смесителя, выбранного, например, из группы, включающей: барабаны, смеситель с лемехом, лопастной смеситель, плужный лемех, высокоскоростной (шнековый смеситель) и т.п.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения гомогенную смесь подают в пресс и прессуют на стадии 108.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения загружаемый материал 102, необязательно с добавками 104, может быть подан непосредственно в пресс и спрессован на стадии 108, например, с помощью устройства подачи под давлением, шнекового питателя или гравитации, без прохождения стадии 106.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления прессующие валки на стадии 108 могут содержать заданные вогнутые области на поверхности каждого валка, которые могут быть синхронизированы при прессовании для того, чтобы образовать форму сферы, например, как показано на фиг. 2 и 3.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления зазор между прессующими валками может быть определен до начала прессования, например, величина зазора может составлять от 0 до 5 мм.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления скорость валков на стадии 108 может быть изменена в соответствии с желаемым качеством шариков, например, от 0,1 м/с до 10 м/с. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления стадия 108 может включать применение давления к спрессованному материалу, причем давление можно регулировать и варьировать.
Например, давление, приложенное к валкам, можно регулировать в соответствии с оптимальными условиями от 15 до 100 кН/л.см.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления на стадии 110, полученные на стадии 108 хлопья могут быть подвергнуты мягкому дроблению, для обеспечения более 85% сферических гранул удобрения, предпочтительно более 85% сферических гранул удобрений, наиболее предпочтительно более 95% сферических гранул удобрения.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления на стадии 112 материал может быть подвергнут сортировке по размеру для отделения тонкодисперсных частиц (менее 15% от общего выхода, предпочтительно менее 10% от общего выхода и наиболее предпочтительно менее 5% от общего выхода).
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления тонкодисперсные частицы могут быть возвращены обратно в систему, причем их добавляют к смеси на стадии 106.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления сортировка по размеру 112 может быть выполнена с применением любого подходящего устройства отбора или фильтра для обеспечения сортировки частиц, размер которых меньше и/или больше определенного размера, например, гранулы более 2 мм направляют на стадию окончательной упаковки, а частицы с размером менее 2 мм возвращают обратно в процесс.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления стадия 114 необязательно включает смачивание и/или полирование полученных сферических гранул удобрения для обеспечения последующей обработки гранулы.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления следует понимать, что стадия смачивания и полирования, применяемая в способе по настоящему изобретению, существенно сокращена по сравнению с полированием, требуемым в способах известных в данной области техники.
Применяемые в настоящее время способы приводят к разрушению листа из гранул на стадии получения. Это приводит к образованию необработанных гранул с острыми краями и неравномерной поверхностью, имеющей выпуклости и углубления. Такие типы гранул требуют значительного смачивания и полирования для получения гладкой сферической гранулы.
Напротив, настоящее изобретение обеспечивает способ получения гладких сферических гранул удобрения непосредственно в конце прессования.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления гранулы, выходящие из пресса, могут иметь небольшие выпуклости в области соединения двух полусфер. Эта область может быть удалена на стадии 114 посредством смачивания и мягкого полирования.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления смачивание (от 0,5% до 3%) может быть выполнено в барабане (время пребывания от 1 до 30 минут), смесителе, шнековом смесителе, двухшнековом смесителе или псевдоожиженном слое и/или с помощью системы распыления.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления смачивающие материалы, которые могут быть применены на стадии 114, могут включать, например, водные, основные и кислотные растворы в разной концентрации или солевые растворы, насыщенные или разбавленные растворы (например, растворимое стекло, сульфат аммония, поташ или другие).
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, органические материалы могут быть применены для сглаживания формы сферической гранулы удобрения, уменьшения воздействия на окружающую среду и/или предотвращения слеживания.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления последующая обработка гранул может также включать добавление растворимых или нерастворимых химических кислот или оснований в концентрациях от 0,01 до 5%, и необязательного покрытия гранулы такими веществами, как масло, воск, противослеживающие и противопылевые агенты, например, в концентрациях от 0,01 до 5%. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления питательные микроэлементы могут быть также добавлены в гранулы.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления гранулу, прошедшую обработку, можно необязательно дополнительно сушить в барабанной сушилке или сушилке с псевдоожиженным слоем на стадии 116, например, при температуре от 60 до 200°С.
В соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления на стадии 118 гранулы могут быть необязательно покрыты одним или более покрытиями.
Например, материал покрытия может быть выбран из группы, включающей: солевые растворы, воду, масла, воски, полимеры, противослеживающий агент или их комбинации.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления покрытие гранулы одним или более покрытиями может препятствовать образованию пыли, поглощению влаги, слеживанию и адгезии с другими продуктами, например, во время объемного смешивания.
Теперь обратимся к фиг. 2, которая представляет собой схематическую иллюстрацию поверхности прессующего валка в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления поверхность прессующего валка может включать в себя множество вогнутых полусфер 202, которые могут быть объединены с поверхностью второго прессующего ролика, и при прессовании создавать форму сферы.
Как показано на фиг. 2, поверхность прессующего валка также может включать "мертвые пространства" 204 между вогнутыми полусферами 202.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления существование пространств 204 снижает выход способа.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления размер пространств 204 может быть уменьшен, если уменьшен диаметр вогнутых полусфер 202, а более вогнутые полусферы 202 могут уместиться на поверхности прессующего валка.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления размер пространств 204 также может быть уменьшен, если вогнутые полусферы 202 имеют множество диаметров, как показано, например, на фиг. 3.
Теперь обратимся к фиг. 3, которая представляет собой схематическую иллюстрацию поверхности прессующего валка в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления настоящего изобретения.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления поверхность прессующего валка может включать в себя множество вогнутых полусфер 302, 304 и 306, которые могут быть объединены с поверхностью второго прессующего ролика, и при прессовании создавать форму сферы.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления диаметр вогнутых полусфер 302 больше диаметра вогнутых полусфер 304, который больше диаметра вогнутых полушарий 306.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления применение вогнутых полусфер 302, 304 и 306, имеющих различные диаметры, обеспечивает более высокий выход (более 95%) и продукт с различными размерами гранул, что обеспечивает условия для различной скорости растворения конечного продукта, как подробно описано выше.
Теперь обратимся к фиг. 4А и 4В, которые представляют собой фотографии сканирующего электронного микроскопа, демонстрирующие пластичность поташа в соответствии с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления предпочтительные удобрения, применяемые в способе по настоящему изобретению, включают удобрения, которые представляют собой производные калия, и наиболее предпочтительно поташ и полисульфат.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, поташ и другие производные калия, такие как полисульфат, демонстрируют хорошую пластичность и имеют высокое сцепление с другими материалами, имеющими разные характеристики.
На фиг. 4А и 4В показана высокая пластичность поташа и высокое сцепление с другими материалами.
Пример 1
Оборудование:
Пресс Sahut Conrehur 250/40.
Тип шин: карманы, диаметр кармана от 3 до 6 мм.
Смеситель с лемехом 200 л
Сортировочная установка Boltom
Барабан для нанесения покрытия с системой распыления
Сушилка с псевдоожиженным слоем
Загружаемый материал:
Пылевидный поташ.
Размер частиц: менее 200 микрон.
Содержание KCl: 97%
Влажность менее 0,1%
Без противослеживающих добавок
Описание:
Материал подавали при температуре окружающей среды (20°С) до 160°С.
Пресс работал в особых условиях для получения шариков диаметром 3, 4 и 5 мм и удельной плотностью от 1,90 до 1,99 г/см3.
Устройство подачи под давлением, скорость и зазор между шинами изменяли для получения гранул с минимальным расстоянием между ними.
Устройство подачи под давлением удаляли, и материал подавали непосредственно в пресс (гравитация), для снижения скорости потока устанавливали небольшие клапаны.
Начальный зазор между валками составлял 0,3 мм. Валки синхронизировали для того, чтобы получить высококачественные сферические шарики.
Скорость валков составляла от 5 до 40 об/мин. Приложенное давление составляло от 30 до 60 кН/л.см.
Производительность составила 103 кг/ч при от 3 до 15 об/мин. Выход составил 93% (т.е. 7% тонкодисперсных частиц).
После гранулирования материал подвергали последующей обработке в барабане для уменьшения неровностей.
Для повышения качества продукта (гладкости) осуществляли смачивание и сушку.
Результаты:
Размеры полученных шариков: 6,3 мм × 6,2 мм × 3,8 мм (объем: 0,07 см3/гранула).
Пористость (БЭТ (по методу Брунауэра, Эммета и Теллера), адсорбция-десорбция N2) 0,04 см3 SMTP/г до 0,1%
Плотность: от 1,94 до 1,99 г/см3
Объемная плотность: свободная: от 850 до 1,200 кг/м3, насыпная плотность после уплотнения: от 900 до 1200 кг/м3
Хотя изобретение описано с помощью некоторых конкретных примеров, возможно внесение многих изменений и вариантов. Поэтому понятно, что в объеме прилагаемой формулы, изобретение может быть реализовано иначе, чем конкретно описано.
1. Сферическая гранула удобрения, удельная плотность которой составляет более 1,94 г/см2, и пористость составляет менее 3%.
2. Гранула по п. 1, где указанное удобрение выбрано из группы, включающей удобрения, содержащие одно питательное вещество ("простые"), нитрат аммония, мочевину, известково-аммиачную селитру, суперфосфат, "простой суперфосфат" (ПСФ), фосфогипс, тройной суперфосфат (ТСФ) или их смесь; сложные удобрения, двухкомпонентные (NP (азотно-фосфорные), NK (азотно-калийные), PK (фосфорно-калийные)) удобрения, моноаммонийфосфат (MAФ), диаммонийфосфат (ДАФ), NPK- (азотно-фосфорно-калийные) удобрения, удобрения, содержащие один или более основных источников питательных микроэлементов железа, марганца, молибдена, цинка, бора и меди; сложно-смешанные удобрения, содержащие N, P и K; органические удобрения, торф, отходы животноводства, растительные отходы сельского хозяйства, азотные удобрения, аммиак, безводную аммиачную селитру, мочевину и нитрат натрия; фосфатные удобрения; калийные удобрения, поташ, хлорид калия, сульфат калия, карбонат калия, нитрат калия или полисульфат.
3. Гранула по п. 2, где указанное удобрение представляет собой поташ.
4. Гранула по п. 2, где указанное удобрение представляет собой полисульфат.
5. Гранула по п. 1, удельная плотность которой составляет по меньшей мере 1,96 г/см2.
6. Гранула по п. 1, скорость высвобождения которой составляет менее 5% в течение 5 дней.
7. Гранула по п. 1, скорость высвобождения которой составляет менее 10% в течение 10 дней.
8. Способ получения сферических гранул удобрения, включающий:
смешивание пылевидного удобрения, где размер более 20% частиц указанной пыли составляет менее 150 мкм,
прессование указанного удобрения при температуре от 25 до 200°C и
мягкое дробление с получением более 85% сферических гранул.
9. Способ по п. 8, включающий мягкое дробление с получением более 95% сферических гранул удобрения.
10. Способ по п. 8, где удельная плотность указанных сферических гранул составляет более 1,94 г/см2, и пористость составляет менее 3%.
11. Способ по п. 8, дополнительно включающий возвращение менее 15% тонкодисперсных частиц обратно в процесс.
12. Способ по п. 11, дополнительно включающий возвращение менее 5% тонкодисперсных частиц обратно в процесс.
13. Способ по п. 8, дополнительно включающий покрытие указанных гранул одним или более покрытием.
14. Способ по п. 13, где указанное одно или более покрытие выбрано из группы, включающей воски, масла, стеариновую кислоту, лимонную кислоту, соединение диоксида кремния, полимеры, анилины, сульфат аммония, неорганический солевой раствор, нефтепродукты, амины, основные растворы, воду, цементы, растворенные соли, расплавленные материалы, гидрофобные соединения или их комбинацию.
