СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК C05F11/02 

Изобретение относится к способам получения органоминеральных удобрений, повышающих плодородие почвы и урожайность сельскохозяйственных культур. Такие удобрения находят все более широкое применение в растениеводстве, особенно в почвах с низким содержанием гумуса.

При получении органоминеральных удобрений источником гуминовых веществ обычно является либо бурый уголь, либо торф.

Торф характеризуется повышенной влагоемкостью, что ограничивает его применение в производстве органоминеральных удобрений.

Бурым углям свойственно высокое содержание гуминовых веществ (до 70%). Удобрения на их основе можно использовать для любых почв в разных климатических зонах для возделывания различных сельскохозяйственных культур. Однако для перевода гуминовых веществ в усвояемую для растений форму обычно применяются жесткие условия обработки бурых углей, что резко снижает физиологическую и биологическую активность удобрений. С другой стороны, гуминовые вещества органоминеральных удобрений на основе необработанного угля остаются не доступными для растений.

Для перевода гуминовых веществ бурого угля в растворимое состояние уголь подвергают разрушающему химическому или физическому воздействию. Известными химическими способами воздействия являются либо окисление угля азотной кислотой при нагревании с последующей нейтрализацией щелочами (например, авт. свид. СССР №588219, кл. C 05 F 11/02, 1978 г.), либо обработка угля окислителями и затем щелочами (например, авт. свид. СССР №1763437, кл. C 05 F 11/02, 1992 г.).

Недостатками химических способов разрушающего воздействия являются длительность и многостадийность процесса и низкая эффективность получаемых удобрений. Щелочные гуматы хорошо растворяются в воде, что приводит к избыточной концентрации гуматов сразу после внесения удобрений во влажную почву. Высокая концентрация гуматов угнетает растения. Затем под воздействием атмосферных осадков гуматы вымываются из почвы, что приводит к недостатку стимуляторов роста растений. Кроме того, при обработке угля азотной кислотой образуются побочные продукты нитрования гуминового комплекса угля, а при окислительно-щелочной обработке образуются полифенолы, альдегиды и др., присутствие которых в удобрениях приводит к гибели микрофлоры в почве и ухудшает качество гуминовых веществ.

Примером разрушающего физического воздействия на бурый уголь может служить его обработка высокочастотным электромагнитным излучением частотой 2450-50 МГц (авт. свид. СССР №1602861, C 05 F 11/02, 1990 г.).

Такая жесткая обработка приводит к потере гуминовыми веществами бурого угля физиологической и биологической активности.

Известны способы, сочетающие физическое и химическое воздействие, например обработка угля аммиачной водой при одновременном воздействии ультразвуковыми колебаниями частотой 15-20 кГц (авт. свид. СССР №1404501, кл. C 05 F 11/02, 1988 г.) либо обработка аммиачной водой при одновременном тонком активационном диспергировании угля (патент РФ №2015951, C 05 F 11/02, 1994 г.).

Последние два известных способа получения удобрения отличаются значительно более мягкими условиями как физического, так и химического воздействия и обеспечивают высокий выход гуминовых веществ в виде растворимых в воде гуматов аммония.

Недостатками этих известных способов является высокая растворимость и, следовательно, высокая вымываемость получаемых гуматов, что, во-первых, препятствует их удержанию в почве на длительные сроки, а во вторых, может привести не к стимулированию растений, а к их угнетению (избыток ростостимулирующих веществ в почве угнетает растения). Существенным недостатком указанных способов является также отсутствие в получаемых удобрениях необходимых для растений макро- и микроэлементов.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является способ получения органоминерального удобрения, включающий обработку бурого угля нагреванием при 75°С, с одновременным смешиванием угля с карбамидом при массовом соотношении 1:1. Высокотемпературную обработку угля проводят в течение 2-3 часов (патент РФ №2044720, кл. C 05 F 11/02, 1995 г.). При такой обработке выделяется аммиак, который взаимодействует с гуминовыми кислотами бурого угля, образуя гумат аммония. Кроме того, содержащийся в карбамиде азот является одним из основных питательных веществ для почвы.

Способ-прототип отличается простотой и позволяет получать удобрение с замедленным по сравнению с карбамидом выходом азота в почву.

Недостатком известного способа-прототипа является его высокая трудоемкость, энергоемкость, низкая производительность. Кроме того, наблюдается ухудшение качества гуминовых веществ бурого угля из-за высокой температуры обработки в течение длительного времени. Известно, что любая длительная высокотемпературная обработка гуминосодержащего сырья отрицательно сказывается на свойствах гуминовых веществ - в их структуре происходят необратимые изменения, приводящие не к увеличению, а к уменьшению их подвижности (водорастворимости), в результате чего падает физиологическая и биологическая активность удобрения. Существенным недостатком способа-прототипа являются также длительность обработки (2-3 часа) угля. Кроме того, получаемые удобрения несбалансированны по содержанию основных элементов питания растений (отсутствие в удобрении фосфора и калия).

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение, удешевление способа производства органоминерального удобрения, повышение его производительности с одновременным повышением качества удобрения за счет сбалансированного состава по основным макро- и микроэлементам питания растений за счет высокой физиологической и биологической активности и способности восстанавливать плодородие и структуру почвы.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения органоминерального удобрения, включающим обработку бурого угля путем активирующего химического воздействия и смешивание его с питательными компонентами, в котором в отличие от прототипа бурый уголь в течение 10-20 минут обрабатывают при температуре окружающей среды 20-25% аммиачной водой при массовом соотношении твердой и жидкой фаз 1:(0,019-0,025), затем смешивают последовательно с фосфоритной мукой (ФМ) при массовом соотношении ФМ : уголь=(0,8-1,5):1 и карбамидом (КА) при массовом соотношении КА : уголь=(0,3-1,0):1.

При повышенной потребности выращиваемых растений в калии его вводят в удобрение в виде твердой неорганической соли вместе с фосфоритной мукой и карбамидом в количестве СК : уголь=(0,3-1):1.

Источником органического гуминосодержащего вещества в предлагаемом способе является мало используемый бурый уголь, запасы которого в нашей стране весьма велики. Важно отметить, что бурый уголь богат также столь необходимыми для развития растений и получения полноценной сельскохозяйственной продукции микроэлементами, такими как магний, марганец, бор, цинк, медь и др. Некоторые бурые угли, например угли местного Кумертауского месторождения Башкирии, содержат также фосфор и калий.

В качестве фосфорсодержащего сырья в предлагаемом способе используют фосфоритную муку (ФМ) из малоиспользуемого полиминерального сырья, например бедной фосфоритной руды Верхнекамского месторождения, которая содержит мас.%: P₂O₅ - 22; К₂О+Na₂O - 1,6; CaO - 37,4; MgO - 1,1; Fe₂О₃ - 4,9; АlО₃ - 2,6; SO₃ - 1,0 и др. Большинство регионов России располагают значительными запасами подобной фосфоритной руды.

Важным отличием предлагаемого способа от известного способа-прототипа являются мягкие условия обработки бурого угля, не приводящие к потере его гуминовых веществ (ГВ) физиологической и биологической активности. Такими условиями являются щелочная обработка при температуре окружающей среды (20°С), например, 20-25% аммиачной водой. В результате такой обработки происходит химическая реакция взаимодействия ГВ с аммиачной водой с образованием гуматов аммония (ГА) и глубокие изменения в структуре бурого угля с образованием ячеистой структуры. Такая структура повышает сорбционные свойства угля, что в свою очередь способствует образованию стойких против вымывания органоминеральных комплексов.

Оптимальное соотношение аммиачной воды и бурого угля было найдено экспериментальным путем. Заявляемое соотношение обеспечивает тонкий баланс между процессом образования высокоподвижных ГВ и процессом образования ячеистой структуры. В полостях ячеистой структуры при смешении с другими компонентами размещаются молекулы карбамида, солей калия, гуматов аммония и минеральные элементы фосфоритной муки. В результате этих процессов образуются физиологически и биологически активные органоминеральные комплексы, обеспечивающие пролонгированность действия удобрения.

Массовое соотношение ФМ : уголь выбирают в пределах (0,8-1,5):1, что позволяет получить органоминеральные удобрения, обладающие новыми свойствами восстанавливать плодородие и структуру почвы. Такие свойства достигаются за счет повышения содержания гумуса или снижения кислотности почвы. Так, удобрениям с массовым соотношением ФМ : уголь=(0,8-1,1):1 характерно высокое содержание органических веществ, в частности физиологически и биологически активных гуматов аммония. Применение таких удобрений особенно в почвах с низким содержанием гумуса создает благоприятные условия для развития микроорганизмов, улучшает структуру почвы, повышает содержание гумуса и стимулирует рост растений. Однако применение удобрений со значением соотношения ФМ : уголь<(0,8:1) в дозах, обеспечивающих полноценное питание растений макроэлементами, недопустимо, поскольку из-за высокой концентрации гуматов аммония происходит не стимулирование роста, а наоборот угнетение растений.

Удобрениям же с соотношением ФМ : уголь=(1,1-1,5) характерно высокое содержание столь необходимых для кислых почв кальция и фосфора. Применение таких удобрений за счет снижения кислотности повышает плодородие почвы. Однако при выборе соотношения компонентов ФМ : уголь>(1,5:1) эффективность удобрений резко снижается. Обусловлено данное обстоятельство низким содержание комплексообразующих гуматов аммония. В этой связи значительная часть минеральных солей не участвует в образовании органоминеральных комплексов, что снижает коэффициент их использования.

Сущность другого существенного отличия заявляемого способа от прототипа заключается в значительном расширении в удобрениях диапазона соотношения компонентов КА : уголь. Величину этого соотношения выбирают в зависимости от содержания азота в почве в пределах (0,3-1,0):1. Если удобрения предназначаются для применения в почвах с повышенным содержанием азота (более 12 мг/100 г почвы, по Кирсанову), соотношение КА : уголь устанавливают в пределах (0,3-0,5):1, для почв с средним содержанием азота (8-12 мг/100 г почвы) - (0,5 - 0,8): 1, а для почв с низким содержанием азота - (0,8-1,0):1.

Использование в предлагаемом способе природных веществ и мягких условий их обработки позволяет обеспечить экологическую безопасность и безотходность способа и экологическую чистоту получаемого удобрения.

Получаемое по предлагаемому способу удобрение содержит как подвижные (водорастворимые) гуматы аммония, так и сбалансированное количество макро- и микроэлементов. Такой состав получаемого удобрения и наличие органоминеральных комплексов обеспечивает пролонгированность его действия и тонкую естественную дозировку необходимых для растения элементов питания в течение 2-4 лет. Кроме того, растворимые гуматы способствуют образованию гумуса и питательной среды для микроорганизмов. Наличие в удобрении карбамида и солей калия, которые добавляют для отдельных видов растений в повышенном количестве, не нарушает сложного комплекса протекающих в почве превращений - карбамид и соли калия полностью усваиваются растениями, так как поступают из органоминеральных комплексов удобрения к корневой системе растений в пролонгированном режиме.

Примеры осуществления способа.

Пример 1

Бурый уголь (твердая фаза - Т) в количестве 364 кг перемешивают в течение 15 минут при температуре окружающей среды с 6,30 л 25%-ной аммиачной воды (жидкая фаза - Ж), соотношение Т:Ж=1:0,020. Добавляют 454 кг фосфоритной муки (ФМ), (соотношение ФМ : уголь=1,25:1), 174 кг карбамида (КА), (соотношение КА : уголь=1:2,09) и перемешивают в течение 15 минут. Содержание питательных веществ в полученном продукте N:Р=8:10, а содержание гуматов аммония составляет около 2%.

Полученное удобрение рекомендуется для кислых почв с рН 5,5.

Пример 2

404 кг бурого угля обрабатывают 8 л 25%-ной аммиачной воды при перемешивании в течение 15 минут при температуре окружающей среды, соотношение Т:Ж=1:0,019. Добавляют 454 кг ФМ (соотношение ФМ:уголь=1,12:1), добавляют 133 кг хлористого калия и перемешивают 15 минут. Содержание питательных веществ в полученном продукте Р:К=10:8, а содержание гуматов аммония составляет 2,1%.

Полученное удобрение рекомендуется для нейтральных и слабокислых почв с низким содержанием гумуса и для растений, требующих повышенного содержания калия.

Пример 3

325 кг бурого угля обрабатывают 6,5 л 22%-ной аммиачной воды в течение 15 минут при температуре окружающей среды, соотношение Т:Ж=1:0,02. Добавляют 363 кг ФМ и 173 кг КА (соотношение ФМ : уголь=1,12:1, КА : уголь=1:1,88), затем добавляют 133 кг хлористого калия и перемешивают в течение 10 минут. Содержание питательных веществ N:Р:К=8:8:8.

Удобрение рекомендуется для слабокислых и нейтральных почв при выращивании сахарной свеклы и других культур.

Пример 4

200 кг бурого угля обрабатывают 4 л 25%-ной аммиачной воды в течение 15 минут при температуре окружающей среды, Т:Ж=1:0,020. Добавляют 454 кг ФМ, 193 кг КА (соотношение ФМ : уголь=2,27:1, КА : уголь=1:1,04) и 150 кг хлористого калия. Перемешивают 15 минут. Содержание питательных веществ N:P:K=9:10:9, а содержание гуматов аммония составляет около 1%.

Удобрение полносоставное, рекомендуется для кислых почв относительно богатых гумусом.

Пример 5

160 кг бурого угля обрабатывают при перемешивании 3,1 л 25%-ной аммиачной воды в течение 15 минут, соотношение Т:Ж=1:0,019. Добавляют 454 кг ФМ, 217 кг КА (соотношение ФМ : уголь=2,84:1, КА : уголь=1:0,73) и 166 кг хлористого калия. Перемешивают 15 минут. Содержание питательных веществ N:Р:К=10:11:10.

Удобрение рекомендуется для кислых почв.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает полное сохранение физиологической и биологической активности гуминовых комплексов бурого угля, позволяет активизировать гуминовые вещества бурого угля, что обусловливает в дальнейшем длительное (2-4 года) протекание в почве как процессов образования гумуса, так и усвоения растениями питательных элементов удобрения. Предлагаемый способ позволяет получать удобрение, содержащее все необходимые макро- и микроэлементы питания растений.

Опытные партии удобрения по предлагаемому способу были получены на предприятии ОАО “Минудобрения” (г.Мелеуз, Республика Башкортостан) и испытаны в полевых условиях на технических культурах в хозяйстве им. Салавата Мелеузовского района. Исследовалось влияние удобрений на урожайность и качество продукции и на агрохимические свойства почвы. Испытания показали, что действие удобрения является многосторонним: повышается плодородие почвы за счет накопления органического вещества (гумуса) и обогащение питательными макро- и микроэлементами, удобрение стимулирует всхожесть семян и ускоряет вегетацию и сроки созревания урожая. Внесение удобрения повышает урожай: например, прибавка урожая сахарной свеклы составила 190 ц/га (при внесении комплексного минерального удобрения (NPK) прибавка составила 180 ц/га), при этом значительно увеличилась сахаристость корнеплодов: в контрольном варианте (без удобрений) сахаристость составила 16,1%, а при внесении испытываемого удобрения - 20,5%. Для сравнения вносили чисто минеральное удобрение, содержащее фосфор, азот и калий, сахаристость составила 19,7%.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения органоминеральных удобрений для растениеводства, особенно в почвах с низким содержанием гумуса. Способ включает обработку бурого угля путем химического воздействия и смешивание его с питательными компонентами. Бурый уголь обрабатывают при температуре окружающей среды 20-25%-ной аммиачной водой в течение 10-20 минут при массовом соотношении твердой и жидкой фаз 1:(0,019-0,025). Затем обработанный аммиачной водой уголь смешивают последовательно с фосфоритной мукой (ФМ) и карбамидом (КА) при массовом соотношении ФМ : уголь=(0,8-1,5):1, КА : уголь=(0,3-1,0):1. Изобретение позволяет упростить способ получения удобрения, повысить его производительность и качество удобрения. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения органоминерального удобрения, включающий обработку бурого угля путем химического воздействия и смешивание его с питательными компонентами, отличающийся тем, что бурый уголь обрабатывают при температуре окружающей среды 20-25%-ной аммиачной водой в течение 10-20 мин при массовом соотношении твердой и жидкой фаз 1:(0,019-0,025), затем смешивают последовательно с фосфоритной мукой (ФМ) и карбамидом (КА) при массовом соотношении ФМ : уголь=(0,8-1,5):1, КА : уголь=(0,3-1,0):1.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно вводят соли калия (СК) в количественном соотношении СК : уголь=(0,3-1):1.