СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО УДОБРЕНИЯ ПРОЛОНГИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2008 года по МПК C05G3/04 C05D9/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологии получения комплексных удобрений, регулирующих дозированное введение микроэлементов и поглощение из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов, и может найти широкое применение для улучшения плодородия почв и улучшения их экологической безопасности.

Известны различные типы удобрений, служащие для улучшения плодородия почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Например, «Способ получения капсулированного медленно действующего минерального удобрения», включающий пропитку раствором минеральных удобрений природных пористых гранулированных продуктов, при этом в качестве природных продуктов используют сапропель и пропитку ведут с 3-4-кратным циклом в течение 5-10 мин. Каждый 80-90%-ным водным раствором минеральных удобрений с последующей сушкой продукта.

Патент РФ №2038347, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 27.06.95 г.

Известен «Способ получения комплексного удобрения длительного действия», включающий взаимодействие калий - и фосфорсодержащих соединений с цеолитсодержащим сырьем, причем смесь монокальцийфосфата моногидрата, азотнокислого калия и цеолитсодержащего сырья подвергают механической активации в высокоэнергетических и измельчительных аппаратах при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

монокальцийфосфат моногидрат15-65азотнокислого калия10-25.

Патент РФ №2137739, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 20.09.99 г.

Известен «Способ получения биологически активного фосфор-цеолитового удобрения пролонгирующего действия», включающий смешивание фосфорита с природным цеолитом, при этом фосфорит с размером фракций до 0,5 мм смешивают с морденитсодержащим туфом с размером фракций до 2 мм, насыщенным фосфатмобилизующими микроорганизмами.

Патент РФ №2255922, МКИ 6 С05В 17/00, C05G 3/04, опубл. 20.09.99 г.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является «Способ удобрения почвы», включающий внесение в почву минеральных удобрений вместе с адсорбционной добавкой, причем в качестве адсорбционной добавки используют трепел в количестве не менее 60% от веса минеральных удобрений.

Патент РФ №2088557, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 27.08.97 г.

Недостатками вышеописанных способов являются недостаточная эффективность повышения плодородия почв и невысокие адсорбционная способность и емкость поглощения.

К техническому результату относится снижение стоимости полученного комплексного удобрения путем использования дешевого природного сырья в виде трепела и несложной технологической обработки, а также повышение эффективности пролонгированного действия комплексного удобрения на плодородие почвы путем использования комплексного адсорбента, регулирующего дозированное введение микроэлементов с одновременным поглощением с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов.

Технический результат достигается за счет того, что способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия на основе адсорбционной добавки заключается в использовании в качестве адсорбционной добавки трепела, причем осуществляют получение комплексного удобрения пролонгированного действия в пять этапов, при этом

на первом этапе получают из трепела комплексный адсорбент, для этого смешивают трепел с раствором гидроксокомплекса алюминия с калием K₃[Al(ОН)₆], помещают полученную суспензию в автоклав и выдерживают в течение четырех часов при давлении 5 атм и температуре 150°С. Затем смесь извлекают из автоклава путем промывки водой в соотношении смесь:вода, равном 1:3, и доводят до кипения. Полученную щелочную суспензию подвергают нейтрализации горячей фосфорной кислотой с концентрацией 30,7 вес.% при непрерывном перемешивании до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей сушкой суспензии до влажности 1%.

На втором этапе получают биологически активную гуминовую фракцию удобрения путем обработки торфа 30% раствором гидроокиси калия КОН при кипячении в течение 0,5 часа.

На третьем этапе получают органическую азотсодержащую фракцию удобрения путем получения нитрующей смеси, состоящей из фосфорного ангидрида P₂O₅ и азотной кислоты HNO₃ в соотношении 1:2. Затем торф и нитрующую смесь соединяют в соотношении 1:1 при тщательном перемешивании в реакционном сосуде и подвергают охлаждению в течение 0,5 часа, поместив реакционный сосуд в кристаллизатор со льдом.

На четвертом этапе смешивают биологически активную гуминовую и органическую азотсодержащую фракции удобрения. Смесь нейтрализуют 25% раствором аммиака до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей его сушкой.

На пятом этапе комплексный адсорбент, полученный на первом этапе, и смесь органической и гуминовой фракций, полученную на четвертом этапе, соединяют в соотношении 1:2,7, измельчают и получают при этом удобрение, содержащее в своем составе следующие элементы, вес.%:

Азот N21,96Фосфорный ангидрид Р₂O₅15,73Окись калия К₂О11,20Окись кремния SiO₂12,54Окись алюминия Al₂O₃1,65Окись кальция СаО1,92Окись магния MgO0,30Окись железа Fe₂О₃0,96Окись марганца MnO₂0,14Торф и органические вещества33,6

При этом мольное соотношение SiO₂:Al₂О₃ равно 12,90.

Пример конкретного выполнения способа получения комплексного удобрения пролонгированного действия.

Для получения комплексного удобрения пролонгированного действия производятся следующие операции (в расчете на 1 кг исходного минерального сырья - трепела):

Этап 1. Приготовление комплексного адсорбента:

1. Получение 1 дм³ раствора гидроксокомплекса алюминия с калием - К₃[Al(ОН)₆]:

1) В 0,1 дм³ H₂O при кипячении растворяется 0,450 кг гидроокиси калия - (КОН).

2) В горячий раствор добавляется 0,100 кг гидроокиси алюминия - Al(ОН)₃ и полученная суспензия выдерживается при температуре кипения до полного растворения гидроокиси алюминия и просветления раствора.

3) Раствор гидроксокомплекса алюминия с калием доводится до объема 1 дм³, при кипячении, малыми порциями горячей H₂О (избегая интенсивного разбрызгивания и помутнения раствора).

2. Полученный раствор К₃[Al(ОН)₆] вводится в трепел марки М80 (тонина помола <80 мкм) и тщательно перемешивается, полученная суспензия помещается в герметичный автоклав и нагревается до температуры 150°С, давление в автоклаве поддерживается в диапазоне 5-5,2 атм. Время автоклавирования после выхода на температурный режим составляет 4 часа.

3. Извлеченный из автоклава материал помещается в металлическую (нержавеющая сталь) или стеклянную емкость объемом более 10 дм³. Стенки автоклава обмываются водой от остатков смеси и смывы объединяются с основной массой смеси. В конечном итоге, извлеченная из автоклава смесь должна быть разведена водой не менее чем в 3 раза. Далее эту массу доводят до кипения.

4. Полученная щелочная суспензия нейтрализуется горячей фосфорной кислотой разбавленной водой до концентрации 30,7 вес.% или 3,71 моль/дм³ до нейтральной реакции раствора (рН 7,0), при тщательном перемешивании. На нейтрализацию расходуется 0,575 дм³ Н₃PO₄

5. Полученная суспензия после нейтрализации помещается в испарительную ванну и высушивается.

Таким образом, для получения 1,777 кг комплексного адсорбента, высушенного до воздушно-сухого состояния (влажность 1%) затрачивается 0,100 кг Al(ОН)₃. 0,450 кг КОН, 1 кг трепела марки М80 и 2,13 моль (0,209 кг) Н₃PO₄.

Этап 2. Приготовление биологически активной гуминовой фракции.

1. 0,5 кг торфа (возможно использование пожнивных остатков, гидролизного лигнина и др.) помещается в стеклянную или металлическую емкость, заливается 1,5 дм³ 30% раствора (m:v) гидроокиси калия (0,300 кг КОН на 1 дм³ раствора) и кипятится на электрической плитке в течение 0,5 часа.

Этап 3. Получение органической азотсодержащей компоненты.

Приготавливается нитрующая смесь, состоящая из фосфорного ангидрида (P₂O₅) и азотной кислоты (HNO₃) в соотношении 1:2 по массе чистых веществ (подразумевается масса безводного P₂O₅ и расчетная масса 100% HNO₃), в термостойкой посуде при охлаждении.

2,2 кг торфа помещаются в фарфоровую, тефлоновую или стеклянную посуду и заливаются 2 л нитрующей смеси (малыми порциями при тщательном перемешивании). Для приготовления необходимого количества нитрующей смеси затрачивается 2 дм³ HNO₃ (ρ=1,39), имеющей концентрацию 65 вес.%, и 0,910 кг Р₂O₅. Смесь выдерживают в течение 0,5 часа. При этом реакционный сосуд необходимо охлаждать, например, поместив в кристаллизатор со льдом.

Этап 4. Полученные биологически активная гуминовая фракция и органическая азотсодержащая компонента объединяются и нейтрализуются 25% водным раствором аммиака до нейтральной реакции (рН около 7,0), сопровождающейся появлением слабого запаха аммиака. На нейтрализацию расходуется 5,8 дм³ раствора NH₄OH.

Полученная смесь помещается в испарительную ванну и высушивается. Общая масса органической компоненты в полученном продукте, приходящаяся на 1,777 кг минеральной компоненты (комплексного адсорбента), составляет 4,969 кг, следовательно соотношение между комплексным адсорбентом и смесью органических и гуминовых фракций составляет 1:2,7.

Этап 5. Получение комплексного удобрения пролонгированного действия.

Комплексный адсорбент (этап 1) и органическая компонента (этап 4) объединяются и размалываются (совместно) в мельнице (шаровой). Таким образом, общая масса полученного продукта составляет 6,746 кг.

Для оценки эффективности комплексного удобрения (супродита) в 2005-2006 гг. были проведены вегетационные опыты на техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве под ячменем сорта «Hyp». Применяемые дозы удобрения - от 0.2 до 0,5 г/кг почвы (в применении к полевым условиям приблизительно 600-1500 кг/га).

Как показали наблюдения, внесение в дерново-подзолистую легкосуглинистую почву Cd в дозе 6 мг/кг почвы снижает урожай зерна в 1,3 раза по сравнению с фоном. При внесении Zn в дозе 600 мг/кг почвы и Cu в дозе 390 мг/кг почвы, снижение урожая зерна по сравнению с контролем составило 1,6 и 1,1 раза (табл.3).

Применение комплексного удобрения (супродита), обладающего высокой емкостью поглощения, способствует повышению урожая на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной Cu, до уровня 116% от контрольного, и нивелирует отрицательное действие Zn₆₀₀ и Cd₆ на урожай зерна, доводя уровень последнего до 81-82% от контрольного.

Добавление комплексного удобрения в радиоактивно загрязненную почву снижает содержание ¹³⁷Cs в зерне ячменя на 35% по сравнению с вариантом без мелиоранта. Внесение супродита в загрязненную ТМ (Cd₆ и Zn₆₀₀) почву снижает содержание Cd и Zn в зерне ячменя на 17-27% по сравнению с вариантами без внесения мелиоранта (удобрения)

Таблица 1.
Влияние комплексного удобрения пролонгированного действия (супродита) на продуктивность ячменя и накопление ТМ в урожае на техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве№ п/пВариантУрожай зерна, г/сосудСодержание в зерне ¹³⁷Cs, Бк/кгСодержание в зерне, мг/кгCdZnCu1Фон-NPK20,1±0,7-0,846,69,42Фон+¹³⁷Cs22,0±0,84388±94---3Фон+¹³⁷Cs+удобрение (супродит)22,1±0,53246±75---4Фон+Cd₆15,0±1,1-1,4--5Фон+Cd₆+удобрение (супродит)17,0±0,8-1,1--6Фон+Zn₆₀₀12,9±0,9--224,4 7Фон+Zn₆₀₀+удобрение (супродит)16,2±0,8--192,0-8Фон+Cu₃₉₀18,2±0,3---13,99Фон+Cu₃₉₀+удобрение (супродит)23,3±0,8---14,1 HCP₀₅--0,119,52,1

Были апробированы еще 2 варианта комплексного удобрения пролонгированного действия - с пониженным и повышенным содержанием калия. Выяснилось, что внесение в ту же почву, загрязненную Cd₆ и Zn₆₀₀, удобрения с пониженным содержанием калия практически не влияет на урожай зерна ячменя, а в почве, загрязненной Cu₃₉₀, урожай зерна ячменя едва достигает контрольного уровня (табл.4). Содержание Cd и Zn в зерне ячменя при внесении данного удобрения достоверно не менялось по сравнению с вариантами, где мелиорант не был внесен.

Таблица 2.
Влияние комплексного удобрения пролонгированного действия с пониженным (1) и повышенным (2) содержанием калия на продуктивность ячменя и накопление ТМ в урожае на техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве№ п/пВариантУрожай зерна, г/сосудСодержание ТМ в зерне, мг/кгCdZnCu1Фон-NPK20,1±0,70,846,69,42Фон+Cd₆15,0±1,11,4--3Фон+Cd₆+удобрение (1)15,9±0,81,3- 4Фон+Cd₆+удобрение (2)17,3±0,91,1--5Фон+Zn₆₀₀12,9±0,9-224,4-6Фон+Zn₆₀₀+удобрение (1)14,0±0,8-210,0-7Фон+Zn₆₀₀+удобрение (2)16,6±0,5-186,3-8Фон+Cu₃₉₀18,2±0,3--13,99Фон+Cu₃₉₀+удобрение (1)19,0±0,7--14,110Фон+Cu₃₉₀+удобрение (2)24,0±0,8--13,5 НСР₀₅-0,118,82,0

Действие удобрения с повышенным содержанием калия на урожай ячменя и накопление ТМ в зерне практически не отличается от эффекта классического удобрения с содержанием калия 25,2%, но стоимость его из-за повышенных доз необходимого для получения удобрения КОН оказывается несколько выше, так что супродит с содержанием К₂O=11,2% оптимален по стоимости и действию на урожай зерновых и накоплению ТМ в зерне, по крайней мере в условиях вегетационных опытов под ячменем на дерново-подзолистых почвах.

Следовательно, предложенный способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия позволяет получить из дешевого природного сырья в виде трепела путем несложной технологической обработки комплексное удобрение, эффективно влияющее на плодородие почвы, путем использования комплексного адсорбента, регулирующего дозированное введение микроэлементов с одновременным поглощением с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологии получения комплексных удобрений. Способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия на основе адсорбционной добавки - трепела, включает 5 этапов. На первом этапе трепел смешивают с раствором K₃[Al(ОН)₆], полученную суспензию выдерживают в автоклаве в течение 4 ч при давлении 5 атм и температуре 150°С, получая при этом комплексный адсорбент. Смесь промывают водой в соотношении смесь: вода, равном 1:3, и доводят до кипения, нейтрализуют полученную суспензию горячей фосфорной кислотой с концентрацией 30,7 вес.%, при непрерывном перемешивании до получения раствора с рН 7,0, суспензию сушат до влажности 1%. На втором этапе обрабатывают торф 30% раствором КОН при кипячении в течение 0,5 ч с получением биологически активной гуминовой фракции. На третьем этапе получают нитрующую смесь, состоящую из Р₂O₅ и HNO₃ в соотношении 1:2, соединяют ее с торфом в соотношении 1:1 при тщательном перемешивании и подвергают охлаждению в течение 0,5 ч в кристаллизаторе со льдом с получением органической азотсодержащей фракции удобрения. На четвертом этапе смешивают биологически активную гуминовую и органическую азотсодержащую фракции удобрения, смесь нейтрализуют 25% раствором аммиака до получения раствора с рН 7,0 и сушат. На пятом этапе соединяют комплексный адсорбент и смесь органической и гуминовой фракций в соотношении 1:2,7, измельчают и получают при этом удобрение, содержащее в своем составе следующие элементы, вес.%: азот N 21,96; фосфорный ангидрид P₂O₅ 15,73; окись калия K₂O 11,20; окись кремния SiO₂ 12,54; окись алюминия Al₂О₃ 1,65; окись кальция СаО 1,92; окись магния MgO 0,30; окись железа Fe₂O₃ 0,96; окись марганца MnO₂ 0,14; торф и органические вещества 33,6. Техническим результатом является снижение стоимости полученного комплексного удобрения, а также повышение эффективности пролонгированного действия комплексного удобрения на плодородие почвы. 2 табл.

Способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия на основе адсорбционной добавки, заключающийся в использовании в качестве адсорбционной добавки трепела, отличающийся тем, что осуществляют получение комплексного удобрения пролонгированного действия в пять этапов, при этом на первом этапе получают из трепела комплексный адсорбент, для этого смешивают трепел с раствором гидроксокомплекса алюминия с калием К₃[Al(ОН)₆], помещают полученную суспензию в автоклав и выдерживают в течение четырех часов при давлении 5 атм и температуре 150°С, затем смесь извлекают из автоклава путем промывки водой в соотношении смесь: вода равном 1:3, и доводят до кипения с дальнейшей нейтрализацией полученной щелочной суспензии горячей фосфорной кислотой с концентрацией 30,7 вес.%, при непрерывном перемешивании до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей сушкой раствора до влажности 1%, на втором этапе получают биологически активную гуминовую фракцию удобрения путем обработки торфа 30% раствором гидроокиси калия КОН при кипячении в течение 0,5 ч, на третьем этапе получают органическую азотсодержащую фракцию удобрения путем получения нитрующей смеси, состоящей из фосфорного ангидрида P₂O₅ и азотной кислоты HNO₃ в соотношении 1:2, затем торф и нитрующую смесь соединяют в соотношении 1:1 при тщательном перемешивании в реакционном сосуде и подвергают охлаждению в течение 0,5 ч, поместив реакционный сосуд в кристаллизатор со льдом, на четвертом этапе смешивают биологически активную гуминовую и органическую азотсодержащую фракции удобрения, смесь нейтрализуют 25% раствором аммиака до получения раствора, рН которого равен 7,0 с последующей его сушкой, на пятом этапе комплексный адсорбент, полученный на первом этапе, и смесь органической и гуминовой фракций, полученную на четвертом этапе, соединяют в соотношении 1:2,7 с дальнейшим измельчением и получением при этом удобрения, содержащего в своем составе следующие элементы, вес.%:

азот N21,96фосфорный ангидрид Р₂О₃15,73окись калия К₂О11,20окись кремния SiO₂12,54окись алюминия Al₂О₃1,65окись кальция СаО1,92окись магния MgO0,30окись железа Fe₂О₃0,96окись марганца MnO₂0,14торф и органические вещества33,6