СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2006 года по МПК C05G1/00 C05F11/02 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологии получения гуминового удобрения из твердых горючих ископаемых.

Известен способ получения гуминовых удобрений (пат. РФ №2104988, 6 C 05 F 11/02, 20.02.98), согласно которому угли, содержащие гуминовые кислоты, смешивают с карбамидом и/или гидроксидами щелочных металлов в соотношении 1:0,2-0,35, затем смесь подсушивают до 6-12 мас.% влаги и подвергают сверхтонкому измельчению до 10 мкм. При этом содержание основного вещества в продукте составляет 81-87 мас.%.

Недостатки данного способа сводятся к следующему:

1. Значительные энергетические затраты на сушку шихты с влажностью 25-30% до влажности 10-12%.

2. Сниженное содержание гуматов в готовом продукте, обусловленное использованием в технологическом процессе подсушенного угля, в котором при сушке происходят усадочные явления за счет сжатия его пористой структуры и уменьшения внешней и внутренней реагентной поверхности.

3. Повышенное содержание пыли при производстве гумата, которое создает высокую запыленность помещения, в связи с этим повышает затраты на создание специальной системы вентиляции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гуматов щелочных металлов (пат. РФ №2036190, 6 C 05 F 11/02, 08.12.92), согласно которому готовят смесь, состоящую из угля и карбонатов калия и/или натрия, в соотношении 1:0,8-1,2 и подвергают ее диспергированию. Полученный продукт выдерживают в течение суток. В результате получают готовый продукт, содержание растворимого вещества в котором составляет 87,0-94,5 мас.%.

Однако заявляемое соотношение угля и химической присадки (0,8-1,2) в известном техническом решении превышает стехиометрию образования гуматов. В результате в получаемом продукте наряду с водорастворимым гуматом находятся водорастворимые карбонаты калия и/или натрия, а содержание гуматов в получаемом продукте не превышает 80%.

Недостатком способа также является низкая производительность измельчающего аппарата, который необходимо периодически останавливать на чистку рабочего отверстия, зарастающего осмоленным углем и продуктами реакции.

Кроме того, получаемый продукт представляет собой сильно пылящий тонкодисперсный порошок, что затрудняет его фасовку, транспортировку и внесение в почву.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение потребительских свойств получаемого продукта.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение содержания основного вещества в получаемом продукте.

Другим техническим результатом является получение непылящего окомкованного готового продукта.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гуматов щелочных металлов, включающем сверхтонкое измельчение углей, содержащих гуминовые кислоты в смеси с химической присадкой, содержащей соединения щелочных металлов, в смесь, поступающую на измельчение, дополнительно вводят окислитель в соотношении к углю, равном 0,04-0,05:1, а химическую присадку на технологический процесс подают в два этапа: на первом этапе - при измельчении с углем и окислителем, а на втором - при перемешивании до получения однородной массы с продуктом, полученным после измельчения, затем под давлением 3·10⁵-4·10⁵ Па смесь обрабатывают раствором пластификатора и смачивателя. При этом в качестве окислителя используют сухой перманганат калия, на сверхтонкое измельчение подают химическую присадку в виде карбонатов калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,01-0,1:1, а на перемешивание с продуктом, полученным после сверхтонкого измельчения, подают гидроксиды щелочных металлов в виде гидроксидов калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,13-0,15:1, в качестве пластификатора используют 30% раствор карбамида, который в соотношении к углю составляет 0,003-0,03:1, а в качестве смачивателя используют 0,001% раствор ПАВ, который в соотношении к углю составляет 0,0001-0,00015:1.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Предлагаемый способ получения гуматов щелочных металлов предусматривает механоистирающее воздействие на реагенты, в результате которого происходит образование активных центров на поверхности истираемых материалов и осуществление твердофазной реакции между углем, содержащим гуминовые кислоты, и химической присадкой.

Однако, наряду с процессом образования солей гуминовых кислот при измельчении усиливается процесс осмоления углей, который снижает количество активных центров и выход гуматов в готовый продукт.

С добавлением окислителя процесс осмоления угля снижается, что, соответственно, повышает выход гуматов.

Исследованиями установлено, что кроме перманганата калия в качестве окислителя могут быть также использованы некоторые перекиси (гидроперит, К₂О₂, Na₂O₂, СаО₂, MgO₂) и надперекиси (КО₂, NaO₂).

Кроме того, применяемый высокоскоростной режим обработки, а также подача химической присадки в два этапа позволяют обеспечить надежную высокопроизводительную работу измельчающего оборудования, КПИ которого, по сравнению с прототипом, увеличивается в ˜4 раза.

Завершение реакции образования гуматов осуществляют в смесителе, куда подают сухую неизмельченную химическую присадку в виде щелочи.

После получения однородной смеси в смеситель под давлением подают раствор пластификатора и смачивателя.

При этом заявляемый интервал давления обеспечивает подачу раствора пластификатора и смачивателя через ороситель в виде аэрозоля. Давление ниже заявляемого предела не обеспечивает образования аэрозоля, давление выше заявляемого предела нецелесообразно, т.к. качество получаемого продукта не улучшается, а энергозатраты увеличиваются.

Пластификатор обеспечивает влажное высококачественное смешение, что позволяет получать на выходе из смесителя непылящий продукт с размером частиц 2-4 мм с хорошей сыпучестью, а водный раствор смачивателя снижает поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз Ж-Т, что обеспечивает более полное проникновение раствора в глубь частицы.

Следует отметить, что образованию кондиционного продукта также способствует экзотермическая реакция образования гуматов. Теплоты, выделяемой при реакции, достаточно для испарения влаги, получаемой с водным раствором смачивателя, что позволяет получать сыпучие, непылящие гуматы, пригодные для затаривания.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что:

- в смесь, поступающую на сверхтонкое измельчение, дополнительно вводят окислитель в соотношении к углю, равном 0,04-0,05:1;

- химическую присадку подают в технологический процесс в два этапа: на первом этапе - в виде карбонатов калия и/или натрия подают при сверхтонком измельчении, на втором этапе - в виде гидроксидов калия и/или натрия при перемешивании с продуктом, полученным после сверхтонкого измельчения;

- в полученную массу под давлением 3·10⁵-10⁵ Па вводят раствор пластификатора и растворенного в нем смачивателя;

- на сверхтонкое измельчение подают химическую присадку в виде карбонатов калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,01-0,1:1;

- в качестве гидроксидов щелочных металлов используют гидроксиды калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,13-0,15:1;.

- в качестве пластификатора используют 30% раствор карбамида, который в соотношении к углю составляет 0,003-0,03:1;

- в качестве смачивателя используют 0,001% раствор ПАВ, который в соотношении к углю составляет 0,0001-0,00015:1.

Таким образом, заявляемое техническое решение отличается от прототипа и соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений, полученных их общедоступных сведений, показал, что не обнаружена информация о признаках:

- использования в твердой фазе окислителя при сверхтонком измельчении с углем и химической присадкой;

- использования раствора пластификатора и смачивателя под давлением, равным 3·10⁵-4·10⁵ Па;

- использования химических присадок в два этапа.

В обнаруженной информации имеются сведения об использовании перманганата калия при получении комплексного удобрения (пат. РФ №2000110975, C 05 F 11/02, 28.04.2000).

Однако раствор перманганата калия в известном техническом решении используется как источник микроэлементов для комплексного микроудобрения и на достижение технического результата в заявляемом способе не влияет.

Известны также способы получения гранулирования гуминосодержащих удобрений, в которых в качестве пластификатора используют растворы карбамида (пат. РФ №2051884, 6 C 05 F 11/02, 1995 г.; №2052439, 6 C 05 F 11/02, 1995 г.; №2057105, 6 C 05 F 11/02, 1995 г.).

Таким образом, в заявляемом техническом решении имеются отличительные признаки, не совпадающие с отличительными признаками известных технических решений в обнаруженной технической информации.

Совокупность отличительных признаков в заявляемом техническом решении как совпадающих, так и не совпадающих с признаками известных технических решений позволяет повысить содержание основного вещества в получаемом продукте, повысить КПИ измельчающего оборудования, а также получить непылящий окомкованный продукт.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами.

100 кг бурого угля смешивали с 10 кг Na₂СО₃, 5 кг К₂СО₃ и 0,5 кг перманганата калия. Полученную однородную смесь подвергали ударно-механической обработке в дезинтеграторе при окружной скорости встречно-вращающихся роторов, равной 150 м/сек.

Полученную измельченную до крупности 0,005-0,008 мм смесь помещали в V-образный смеситель, снабженный оросителем, добавляли 15 кг NaOH и перемешивали до получения однородной массы (-12 мин). Затем через ороситель под давлением 4·10⁵Па в смеситель подавали при перемешивании 10 л 30% раствора мочевины с добавлением в него 0,01 г ПАВ (ОП-10) до образования сыпучего окомкованного продукта (˜4 мин) с размером частиц, равным 2-3 мм.

В таблице помещены результаты опытных данных и прототипа других примеров предлагаемого способа.

Как следует из таблицы, по сравнению с прототипом содержание основного вещества в получаемом продукте повышается с 80 до 90,0-95,5 мас.%, размер гранул увеличивается с 0,04 до 2-4 мм.

Проведенные испытания по использованию перманганата калия в качестве окислителя на этапе измельчения показали, что при соотношении его к углю ниже заявляемого предела (№№2, 6, 10) показатели содержания основного вещества находятся ниже уровня прототипа.

При использовании окислителя в соотношении к углю выше заявляемого предела повышения содержания основного вещества в продукте не наблюдается (№5).

При использовании некоторых перекисей и надперекисей в качестве окислителей (№№19-22) показатели содержания основного вещества в продукте находятся на том же уровне, что и при использовании перманганата.

Изменение соотношения пластификатора к углю в сторону ниже заявляемого предела (№9) приводит к уменьшению размера гранул.

Изменение соотношения пластификатора к углю в сторону выше заявляемого предела (№12) не улучшает достигнутые показатели.

Отсутствие смачивателя (№11) значительно ухудшает гранулометрический состав готового продукта.

Таблица№ п/пСпособСостав смесиСоотношение массы компонентов к углюСодержание основного вещества, мас.%Размер гранул, мм1234561ПрототипБурый уголь 80,50,04  Na₂CO₃1:1    К₂СО₃-  2ПредлагаемыйБурый уголь     Na₂CO₃0,1:1    К₂СО₃-79,72-3  KMnO₄0,03:1    NaOH0,15:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,03    ПАВ0,0001:1  3 Бурый уголь     Na₂СО₃0,1:1    К₂СО₃-94,52-4  KMnO₄0,04:1    NaOH0,15:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,03:1    ПАВ0,0001:1  4 Бурый уголь     Na₂СО₃0,1:1    К₂СО₃-95,52-4  KMnO₄0,05:1    NaOH-    КОН0,15:1    CO(NH₂)₂0,03:1    ПАВ0,0001:1  5 Бурый уголь     Na₂CO₃0,1:1    К₂СО₃-95,52-4  KMnO₄0,06:1    NaOH-    КОН0,15:1    CO(NH₂)₂0,03:1    ПАВ0,0001:1  6 Бурый уголь     Na₂CO₃-    К₂СО₃0,1:1    KMnO₄0,03:179,82-3  NaOH-    КОН0,15:1    CO(NH₂)₂0,03:1    ПАВ0,0001:1  7 Бурый уголь     Na₂CO₃-    К₂СО₃0,1:1    KMnO₄0,04:195,32-4  NaOH-    КОН0,15:1    СО(NH₂)₂0,03:1    ПАВ0,0001:1  8 Бурый уголь     Na₂CO₃-    К₂СО₃0,1:1    KMnO₄0,05:195,42-4  NaOH0,15:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,003:1    ПАВ0,0001:1  9 Бурый уголь     Na₂CO₃-    К₂СО₃0,01:1    KMnO₄0,04:195,50,1-1  NaOH0,15:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,002:1    ПАВ0,0001:1  10 Бурый уголь     Na₂СО₃0,05:1    К₂СО₃0,05:179,71-2  KMnO₄0,03:1    NaOH0,06:1    КОН0,07:1    CO(NH₂)₂0,002:1    ПАВ0,001:1  11 Бурый уголь     Na₂CO₃0.05:1    К₂СО₃0,05:190,00,006-1  KMnO₄0,04:1    NaOH0,05:1    КОН0,1:1    CO(NH₂)₂0,003:1    ПАВ-        12 Бурый уголь     Na₂CO₃0,05:1    К₂СО₃0,05:1    KMnO₄0,05:195,52-4  NaOH0,1:1    КОН0.05:1    CO(NH₂)₂0,04:1    ПАВ0,00015:1  13 Бурый уголь     Na₂CO₃0,5:1    К₂СО₃0,5:1    KMnO₄0,06:195,02-3  NaOH0,04:1    КОН0.08:1    CO(NH₂)₂0,003:1    ПАВ0,0001:1  14 Бурый уголь     Na₂CO₃0,01:1    К₂СО₃-    KMnO₄0,05:194,92-3  NaOH0,08:1    КОН0,03:1    CO(NH₂)₂0,003:1    ПАВ0,0001:1  15 Бурый уголь     Na₂CO₃0,004:1    К₂СО₃0,004:1    KMnO₄0,04:179,81-2  NaOH0,06:1    КОН0,06:1    CO(NH₂)₂0,002:1    ПАВ0,0001:1  16 Бурый уголь     Na₂CO₃0,008:1    К₂СО₃-    KMnO₄0,04:178,11-2  NaOH0,1:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,002:1    ПАВ0,0001:1  17 Бурый уголь     Na₂CO₃0,05:1    К₂СО₃0,05:1    KMnO₄0,04:195,52-3  NaOH0,07:1    КОН0,1:1    CO(NH₂)₂0,03:1    ПАВ0,0001:1  18 Бурый уголь     Na₂CO₃0,008:1    К₂СО₃-    KMnO₄0,04:179,22-3  NaOH0,1:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,003:1    ПАВ0,0001:1  19 Бурый уголь     Na₂CO₃0,05:1    К₂СО₃0,05:1    Гидроперит 95,42-4  (Н₂О₂)0,04:1    NaOH0,06:1    КОН0,08:1    CO(NH₂)₂0,004:1    ПАВ0,004:1  20 Бурый уголь     Na₂CO₃0,05:1    К₂СО₃0,05:1    К₂O₂0,05:195,42-4  NaOH0,15:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,03:1  21 Бурый уголь     Na₂CO₃0,01:1    К₂СО₃-    CaO₂0,04:195,32-4  NaOH-    КОН0,15:1    CO(NH₂)₂0,003:1  22 Бурый уголь     Na₂CO₃-    К₂CO₃0,01:1    NaO₂0,05:195,42-4  NaOH0,12:1    КОН-    CO(NH₂)₂0,03:1  

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологии получения гуминового удобрения из твердых горючих ископаемых. Способ получения гуматов щелочных металлов включает сверхтонкое измельчение углей, содержащих гуминовые кислоты в смеси с химической присадкой, содержащей соединения щелочных металлов, при этом в смесь, поступающую на измельчение, дополнительно вводят окислитель, например перманганат калия, в соотношении к углю, равном 0,04-0,05:1, а химическую присадку на технологический процесс подают в два этапа: на первом этапе - при измельчении с углем и окислителем вводят карбонаты натрия и/или калия, а на втором - при перемешивании до получения однородной массы с продуктом, полученным после измельчения, вводят гидроксиды калия и/или натрия, затем полученную однородную массу обрабатывают под давлением, равном 3·10⁵-4·10⁵ Па, раствором пластификатора и смачивателя. Техническим результатом изобретения является повышение содержания основного вещества в готовом продукте, а также получение непылящего, окомкованного продукта, удобного для фасовки, транспортировки и внесения в почву. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения гуматов щелочных металлов, включающий сверхтонкое измельчение углей, содержащих гуминовые кислоты в смеси с химической присадкой, содержащей соединения щелочных металлов, отличающийся тем, что в смесь, поступающую на измельчение, дополнительно вводят окислитель в соотношении с углем, 0,04-0,05:1, а химическую присадку на технологический процесс подают в две стадии: на первой стадии - при измельчении с углем и окислителем, а на второй - при перемешивании до получения однородной массы с продуктом, полученным после измельчения, при этом в качестве химической присадки на стадии измельчения угля с окислителем используют карбонаты щелочных металлов, а на стадии перемешивания используют гидроксиды щелочных металлов, затем полученную однородную массу обрабатывают под давлением 3·10⁵ - 4·10⁵ Па раствором пластификатора и смачивателя.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перманганат калия.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перекись водорода, или перекись калия, или перекись кальция, или надперекись натрия.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химической присадки на стадии сверхтонкого измельчения используют карбонаты калия и/или натрия в соотношении с углем 0,01-0,1:1.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химической присадки на стадии перемешивания используют гидроксиды калия и/или натрия в соотношении с углем 0,13-0,15:1.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют 30%-ный раствор карбамида, который в соотношении с углем составляет 0,003-0,03:1.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве смачивателя используют 0,001%-ный раствор ПАВ, который в соотношении с углем составляет 0,0001-0,00015:1.