Способ получения минерального удобрения Российский патент 2017 года по МПК C05G3/10 A01G7/04 

Изобретение относится к технологии производства минеральных удобрений и может быть использовано в технологии производства покрытых оболочкой гранулированных удобрений, содержащих азотные и/или фосфорные, и/или калиевые питательные вещества.

Одной из проблем повышения эффективности использования минеральных удобрений в сельском хозяйстве является предупреждение потерь полезных, доступных для растений питательных компонентов удобрения в процессе его транспортировки, хранения и использования.

Основными причинами таких потерь являются:

- потери в виде газообразных выделений (денитрификация) полезных компонентов; такой вид потерь в первую очередь характерен для азотных удобрений; известно, что из-за высокой мобильности соединений азота его потери в минеральных удобрениях за счет денитрификации (газообразных потерь) достигают более 50%;

- вымывание питательных компонентов атмосферными осадками и поливочными водами с переводом доступных для растений питательных компонентов в горизонты почвы, недоступные для корневой системы растений; вымывание легкорастворимых нитратов и солей аммония с почвенного профиля (миграция азота) особенно интенсивно в районах орошаемого земледелия, например такие потери на рисовых полях доходят до 70-80%;

- ретроградация доступных для растений питательных компонентов в нерастворимые, недоступные для растений вещества; при внесении в почву фосфорных и калийных удобрений почти 70% питательных веществ связываются в неусваиваемые растениями нерастворимые формы.

Указанные проблемы решают преимущественно путем покрытия поверхности гранул гранулированного минерального удобрения особыми защитными оболочками, обеспечивающими контролируемое (замедленное) высвобождение питательных компонентов удобрения в почву в течение длительного времени в дозах, необходимых для питания растений. Удобрения с растянутым во времени сроком высвобождения элементов питания в почву получили название удобрений пролонгированного действия. Нанесение защитных оболочек на поверхность гранул удобрения, как правило, выполняют по известным технологиям дражирования гранул.

Примером минерального удобрения пролонгированного действия с защитной оболочкой, обеспечивающей контролируемое (замедленное) высвобождение питательных компонентов удобрения в почву, является удобрение с предварительным покрытием и контролируемым высвобождением питательных компонентов и способ его получения, известные по патенту Российской Федерации №2212134, МПК A01N 25/08, A01N 25/10, C05G 3/00, дата подачи заявки 09.06.1999.

Изобретение может быть использовано для получения отдельных композиций удобрений с питательных гранул (например, NPK гранул) с наружным покрытием, обеспечивающим пролонгированное действие удобрения (контролируемое высвобождение питательных элементов).

Удобрение получают из гранул питательного вещества, на которые наносят слой предварительного покрытия из растительного масла, например неочищенного льняного масла, и внешнее полимерное покрытие в виде капсулы. Предварительное покрытие может содержать связующее вещество, например измельченную глину, и осушитель. Новую композицию удобрения получают нанесением масляного предварительного покрытия на гранулы с отверждением его после нанесения внешнего полимерного покрытия. Применение предварительного покрытия обеспечивает более желаемые характеристики контролируемого (замедленного) высвобождения питательных компонентов при меньшей массовой доле внешнего полимерного покрытия.

Использование удобрений пролонгированного действия с контролируемым высвобождением питательных веществ является перспективным направлением в агротехнике сельскохозяйственных культур, так как имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с применением традиционных минеральных удобрений, а именно:

- уменьшаются потери элементов питания из удобрений, улучшается экологическое состояние территорий, где эти удобрения применяются;

- уменьшаются потери азота из почвы через ингибирование процессов денитрификации;

- удается избежать эффекта токсичности от локальной избыточного количества элементов питания в почве;

- становится возможным однократное применение минеральных удобрений в большом количестве без дополнительных подкормок в течение вегетации, что существенно снижает трудоемкость агротехники и увеличивает общую рентабельность производства;

- дает возможность широкого применения инновационных систем выращивания сельскохозяйственных культур (no till, mini till), предусматривающих однократное применение минеральных удобрений.

В агротехнике сельскохозяйственных культур широкое применение находят технологии выращивания растений с воздействием слабыми (низкопотенциальными) искусственными магнитными полями, в том числе постоянным магнитным полем, на грунт, удобрения, семена растений и на сами растения в процессе их вегетации. Магнитное воздействие позволяет повысить энергию прорастания семян, ускорить фазы развития растений, повысить производительность растений и качество сельскохозяйственной продукции.

Ниже приводятся примеры применения искусственных магнитных полей в агротехнике сельскохозяйственных культур:

Известен способ выращивания растений, авторское свидетельство СССР №1026708, МПК A01G 7/04, дата подачи заявки 04.02.1981. Способ включает подготовку почвы, посев семян и уход за растениями, при этом подготовленную почву перед посевом семян подвергают воздействию постоянного магнитного поля.

Способ осуществляют следующим образом. Почву помещают между полюсами электромагнита и выдерживают в течение 3-5 минут. Затем в грунт высевают семена. Напряженность магнитного поля выбирают в пределах 1500-3500 Э. При напряженности 3500 Э почва достигает магнитного насыщения, при напряженности 1500 Э намагниченность почвы составляет 85% от намагничености насыщения. Остаточная намагниченность почвы в течение 6 месяцев уменьшается на 17-50% в зависимости от типа почвы. Влажность почвы не играет существенной роли в формировании и динамике остаточной намагниченности.

Применение способа позволяет повысить энергию прорастания семян, продуктивность растений повышается до 19%, ускоряются фазы развития растений.

Известен способ обработки почвы в процессе посева и устройство для его осуществления (авторское свидетельство СССР №1771589, МПК A01G 7/04, дата подачи заявки 25 06.1990). Семена перед посевом смешивают с ферромагнитными частицами, а при посеве пропускают между полюсами электромагнитов. Магнитные силовые линии пронизывают почву, а также семена, заложенные в почву. При этом увеличивается напряженность локальных магнитных полей вокруг магнитоактивных компонентов почвы, а также изменяются биохимические процессы в семенах в сторону, положительную для роста и формирования растений. Почва, а также частицы ферромагнетика, ставшие постоянными магнитами после прохождения через магнитное поле и прилипшие к семенам, сохраняют намагниченность в течение 5-6 месяцев. Размер частиц ферромагнетика должен быть небольшим, но выше критического (100 А для железа, 150 А для никеля и т.д.), поскольку при размерах этих частиц меньше критических теряются их магнитные свойства. Семена и магнитоактивные компоненты почвы, перемещаясь в магнитном поле, обязательно пересекают тот участок магнитного поля, в котором его влияние на семена и на почву будет наибольшим. Параметры магнитного поля задаются под конкретные семена или под конкретную почву. Наличие частиц ферромагнетика в почве позволяет при текущих полевых работах подмагничивать эти микромагниты, тем самым постоянно поддерживать условия, благоприятные для развития растений. Для этого достаточно установить на полевых агрегатах источники магнитного поля.

Устройство для осуществления способа содержит высевающий барабан, лемех, семяпровод, на конце которого непосредственно у самой земли установлены полюсные наконечники магнита, воздействующие на семена, движущиеся между ними, на семена, лежащие в почве, и на саму почву. Напряженность магнитного поля - до 3600 Э.

Применение способа позволяет повысить энергию прорастания семян, ускорить рост и формирование растений.

Известен способ выращивания сельскохозяйственных культур, авторское свидетельство СССР №1531879, МПК А01В 79/02, дата подачи заявки 28.12.1987. Способ предусматривает размещение пластинчатых магнитов с градиентным магнитным полем с магнитной индукцией 0,01-0,03 Тл в почве под растениями по периметру наибольшего развития корневой массы.

В результате интенсифицируется рост корневой системы в плодородных горизонтах, что позволяет выращивать многолетние растения на почвах с небольшим пахотным горизонтом при близком стоянии грунтовых вод или солевых слоев.

Известен способ выращивания сельскохозяйственных культур, патент Российской Федерации №211.0910, МПК A01G 7/04, А01С 1/00, дата подачи заявки 25.10.1996. Способ предусматривает выращивание рассады с последующей высадкой ее в грунт и воздействие магнитным полем, при этом воздействию магнитным полем подвергают семена перед посевом, по крайней мере, один раз, а также рассаду перед высадкой ее в грунт. Используют магнитное поле, создаваемое системой на постоянных магнитах с магнитной индукцией 30-120 мТл. Обработку посевного материала и рассады магнитным полем выполняют с учетом фаз Луны на дату обработки семян и рассады.

Способ позволяет получить полноценный урожай в условиях массового выращивания растений в регионах с рискованными условиями земледелия, снизить энергоемкость и повысить экологию выращивания сельскохозяйственных культур.

Известен способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, патент Российской Федерации №2261574, МПК А01С 1/00, дата подачи заявки 05.05.2004. На семена сельскохозяйственных культур перед посевом воздействуют магнитным полем, осуществляя двукратный проход семена через активную рабочую зону (NS) магнитов. Способ осуществляют следующим образом: магнитная система с двукратной активной рабочей зоной (NS) устанавливается на выходе стандартных погрузочно-разгрузочных транспортеров, по которым транспортируются обрабатываемые семена. При этом соблюдается переменная полярность (NS) магнитов, градиент индукции магнитного поля от 2⋅10^-1 до 5⋅10⁺¹ Тл/м.

Предпосевная обработка семян в магнитном поле увеличивает посевную всхожесть на 1-5,8%, интенсивность весеннего роста на 1-14%, а урожайность на 0,7-6,4 ц/га.

Известен материал для ускорения роста растений, патент Российской Федерации №2113781, МПК A01G 7/04, дата подачи заявки 26.09.1996. Материал выполнен в виде магнитной вещества, покрытого полимерным составом. На вид этот материал представляет собой гранулы диаметром 1-10 мм или нитевидные изделия. Ядро гранулы или сердцевина нити изготовлены из магнитного вещества, которое покрыто защитным слоем, например лаком, полиэтиленом, полипропиленом или другим полимерным составом. В качестве магнитного вещества применяют измельченные материалы, обладающие магнитными свойствами, или ферромагнитные материалы с последующим их намагничиванием после изготовления гранул или нитей. При посадке растений гранулы (нити) вносят в почву так, чтобы основная масса корней находилась рядом с гранулами. Реально гранулы (нити) просто перемешивают с землей и высаживают растения.

Использование указанного материала позволяет ускорить наращивание зеленой массы, повысить всхожесть семян, ускорить созревание плодов.

Известен способ получения магнитного материала для улучшения почвы, заявка Японии №2002033231, МПК C05G 5/00, дата подачи заявки 14.07.2000. Порошок магнитного материала смешивают с биоразлагаемым пластиком, формируют в виде стержней, гранул или листов и намагничивают.

Магнитный материал при внесении его в почву стимулирует рост растений, не требует дальнейшей утилизации благодаря естественной деградации материала в почве.

Известны способы воздействия магнитным полем на минеральные удобрения, вносимые в почву. Примером является способ стимулирования роста растений по патенту Российской Федерации №2172100, МПК A01G 7/04, дата подачи заявки 27.12.1999. Способ включает внесение в почву намагниченного вещества, в качестве которого употребляют намагниченные труднорастворимые фосфаты. Труднорастворимые фосфаты - порошок кальциевой соли Са₃(РO₄)₂ - перед внесением в почву пропускают однократно через магнитную установку в виде трубы длиной 80 см, в которой по спирали вмонтированы магниты, создающие слабое постоянное магнитное поле. Напряженность магнитного поля 40 Э. Намагничивание осуществляют путем просыпания трудно растворимых фосфатов через магнитную трубу со скоростью свободного падения.

Способ позволяет повысить эффективность вносимых в почву труднорастворимых фосфатов и обеспечивает повышение продуктивности выращиваемых культур.

Можно привести и другие примеры применения искусственных магнитных полей в агротехнике сельскохозяйственных культур для повышения энергии прорастания семян, скорости накопления зеленой массы, уменьшения времени созревания плодов, увеличения выхода продукции с единицы площади и т.д. Важнейшей особенностью таких технологий является их экологичность, так как в процессе магнитной обработки не нарушается природный баланс минеральных элементов и микроорганизмов в почве.

Таким образом, перспективным направлением совершенствования минеральных удобрений, вытекающим из анализа известного уровня техники, является создание удобрений с контролируемым (замедленным) высвобождением питательных компонентов в течение длительного периода в дозах, достаточных для питания растений, а также воздействие на минеральные удобрения физическими факторами, в частности магнитными полями, для повышения эффективности удобрений.

В качестве прототипа выбрана технология изготовления гранулированного минерального удобрения «Агропротектор», известная по патенту Украины на изобретение №96506, МПК C05G 5/00, С05В 19/00, С05С 11/00, C05D 1/00, дата подачи заявки 30.03.2010.

Гранулированное удобрение содержит ядро, включающее или азотное, или фосфорное, или калийные питательные вещества, или их комбинации (известные N, Р, К, NP, NK, РК, NPK гранулы удобрений). Ядро покрыто защитной оболочкой на основе неорганического вещества. В качестве неорганического вещества используют природный фосфорно-глауконитовый агломерат. Для образования оболочки с необходимыми механическими и физико-химическими характеристиками природный фосфорно-глауконитовый агломерат предварительно измельчают до состояния однородного порошка. В измельченный фосфорно-глауконитовый агломерат, как основу оболочки, добавляют связующее вещество - водный раствор калиевых или азотных удобрений, или их комбинации. Концентрация указанного раствора составляет 30,0-85,0%, а его содержание в оболочке, в качестве связующего вещества, составляет 1,0-10,0 мас.% от массы фосфорно-глауконитового агломерата. Указанные соотношения обеспечивают необходимые механические характеристики оболочки и в целом гранулы.

Оболочка составляет 10-90 мас.% гранулы минерального удобрения, что определяется в первую очередь характеристиками грунта, для которого применяют удобрение, а также содержанием ядра гранулы и культурой, подпитываемой данным удобрением.

Связующую жидкость и природный фосфорно-глауконитовый агломерат наносят на поверхность гранул минерального удобрения до покрытия их оболочкой заданных размеров с последующим отверждением. Нанесение оболочек на поверхность гранул выполняют по известным технологиям, например, дражированием гранул удобрения или путем адгезии ("налипания") на поверхность гранул состава оболочки и др. Технологично эту операцию выполнять в грануляторе, например, тарельчатого типа. В грануляторе происходит напыление на гранулы удобрения связующего вещества, которое распыляется через форсунки, с одновременной обкаткой гранул в порошкообразном фосфорно-глауконитовом агломерате. Процесс продолжают до получения гранул с защитной оболочкой заданных размеров.

Гранулированное удобрение с указанной оболочкой является удобрением пролонгированного действия, предупреждает потери полезных компонентов в результате испарения, вымывания, деградации полезных компонентов в недоступные для растений формы. Механические и физические свойства гранул удобрения предупреждают разрушение гранул, образование пыли, набухание, слеживания, а также россыпь в порошок в процессе хранения, транспортировки и использования удобрений.

Эффективность описанного удобрения определяется физико-химическими свойствами фосфорно-глауконитового агломерата, позволяющими реализовать эффект пролонгированного действия удобрения (замедленное высвобождение питательных компонентов удобрения в почву в течение длительного периода в дозах, необходимых для питания растений). Другие возможности повышения эффективности удобрения в описанной технологии не используются.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения минерального удобрения, позволяющего повысить эффективность применения минерального удобрения за счет воздействия на удобрение, почву, высеянные в грунт семена и на само растение в процессе его вегетации дополнительными физическими факторами, способствующими повышению энергии прорастания семян, ускорению фаз развития растений, повышению продуктивности растений и качества сельскохозяйственной продукции.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения минерального удобрения, предусматривающем нанесением на гранулы удобрения оболочек на основе глауконита, согласно изобретению гранулы удобрения с нанесенной оболочкой подвергают воздействию внешнего постоянного магнитного поля.

Указанные признаки являются существенными признаками изобретения, поскольку являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи.

Автором использовано свойство магнитной восприимчивости глауконита, которое определяется содержанием в глауконите ферромагнитных минералов. Под магнитной восприимчивостью понимается величина, характеризующая способность вещества намагничиваться под действием внешнего магнитного поля. Глауконит обладает положительной магнитной восприимчивостью, абсолютная величина которой достигает 10~2 ед. СИ. То есть глауконит под влиянием внешнего магнитного поля приобретает остаточную намагниченность (физическая величина, характеризующая магнитное состояние физического тела), то есть становится источником вторичного магнитного поля, совпадающего по направлению с внешним магнитным полем, напряженность которого возрастает с увеличением напряженности внешнего магнитного поля. Намагниченность глауконита поддерживается длительное время - снижение намагниченности глауконита до уровня 75% от первоначального происходит в течение 6-10 месяцев. Это достаточно для магнитного воздействия на биологические процессы развития растения в период его вегетации.

Вторичное магнитное поле остаточной намагниченности глауконита воздействует на питательные компоненты удобрения, а при внесении удобрения в почву - на почву, на питательные компоненты почвы, на семена растения и на само растение в период вегетации.

Влияние магнитного поля на почву улучшает микроагрегатные свойства почвы за счет увеличения напряженности локальных магнитных полей вокруг магнитоактивных компонентов почвы.

Поглощение растениями питательных веществ происходит с грунтовых растворов, из которых питательные компоненты через корневую систему поступают в растительные клетки. В почвенном растворе (почвенном комплексе) питательные компоненты находятся в состоянии ионов, которые в большинстве случаев не могут диффундировать на значительные расстояния без опасности их безвозвратного поглощения грунтовым комплексом. То есть если корневая система растения находится на недостаточно близком расстоянии для перехода ионов питательных компонентов из почвы в корень растения, то питательные компоненты поглощаются грунтовым комплексом, так как в виде свободных ионов они не могут существовать длительное время в условиях почвы. Происходит безвозвратная потеря питательных компонентов удобрения. Влияние слабых магнитных полей повышает подвижность ионов питательных компонентов и поступление их в растительные клетки. Кроме того, влияние магнитного поля повышает растворимость питательных веществ (увеличивает количество свободных ионов) в связи с изменением ориентации молекул в магнитном поле, ускоряет некоторые вялые химические реакции с участием свободных радикалов.

Влияние магнитного поля на семена растений выражается в повышении энергии прорастания семян и их всхожести.

Влияние магнитного поля на растение в период вегетации способствует накоплению зеленой массы, ускорению фаз развития, повышению производительности растения и качества плодов.

В качестве глауконита, как основы оболочки, целесообразно использовать природный фосфорно-глауконитовый агломерат, обогащенный до степени 75-95% содержания глауконита.

Оптимальные условия имеют место при напряженности внешнего магнитного поля в пределах 2000-3000 Э и времени воздействия магнитного поля на гранулы удобрения в пределах 1-2 минут.

Ниже приводится описание заявляемого способа получения минерального удобрения со ссылками на схему реализации способа.

Способ получения гранулированного минерального удобрения включает нанесение на гранулы удобрения оболочек на основе глауконита с последующей обработкой гранул, покрытых оболочкой, постоянным магнитным полем.

В качестве глауконита, как основы оболочек, используют природный фосфорно-глауконитовый агломерат, обогащенный до степени 75-95% содержания глауконита.

Напряженность внешнего постоянного магнитного поля выбирают в пределах 2000-3000 Э, а время воздействия магнитного поля на гранулы - в пределах 1-2 минут.

Внешнее магнитное поле создают постоянными магнитами или электромагнитами.

Гранулы минерального удобрения (известные N, Р, К, NP, NK, РК, NPK гранулы удобрения) в качестве исходного сырья подают на участок 1 покрытия гранул глауконитовыми оболочками. На этот же участок 1 подают глауконит, как основу оболочек гранул, в виде природного фосфорно-глауконитовые агломерата, обогащенного до степени 75-95% содержания глауконита, а также связующее вещество в виде водного раствора калиевых или азотных удобрений, или их комбинаций. Концентрация указанного раствора связующего вещества - 30-85%, а его содержание в оболочке, как связующего оболочки, составляет 1,0-10,0 мас.% от массы фосфорно-глауконитового агломерата, как основы оболочки. Фосфорно-глауконитовый агломерат предварительно измельчают до состояния однородного порошка.

Нанесение оболочек на поверхность гранул выполняют по известным технологиям, например дражированием гранул удобрения или путем адгезии ("налипания") на поверхность гранул состава оболочки. Просто и технологично эту операцию выполнять в грануляторе, например, тарельчатого типа. В грануляторе происходит напыление на гранулы удобрения связующего вещества, которое распыляется через форсунки, с одновременной обкаткой гранул в порошкообразном фосфорно-глауконитовом агломерате, который непрерывно подается в гранулятор. Процесс продолжают до получения заданных размеров гранул с защитной оболочкой.

Оболочка составляет 10-90 мас.% гранулы минерального удобрения, что определяется в первую очередь характеристиками грунта, для которого применяют удобрение, а также содержанием ядра и культурой, подпитываемой данным удобрением

Покрытые оболочкой гранулы 2 удобрения с участка 1 передают на транспортерную ленту 3, которая выполнена из диамагнитного материала и перемещается между разноименными полюсами постоянных магнитов 4 со скоростью V. Происходит обработка гранул, покрытых глауконитовыми оболочками, постоянным магнитным полем. Напряженность магнитного поля между разноименными полюсами постоянных магнитов 4 на участке перемещения транспортерной ленты 3 с гранулами 2 составляет 2000-3000 Э, время пребывания гранул 2 в магнитном поле определяется скоростью V движения транспортерной ленты 3 и составляет 1-2 минуты.

Внешнее магнитное поле создают постоянными магнитами или электромагнитами 4, между разноименными полюсами N, S которых перемещается транспортерная лента 3 с гранулами удобрения 2.

Постоянное магнитное поле намагничивает глауконитовые оболочки гранул, остаточное магнитное поле которых воздействует на питательные компоненты удобрения, а при внесении удобрения в почву воздействует на почву, на питательные компоненты почвы, на семена растения и на само растение в период вегетации, чем повышается подвижность ионов питательных компонентов и поступление их в растительные клетки, улучшаются микроагрегатные свойства почвы, повышается энергия прорастания семян и их всхожесть, ускоряются накопления зеленой массы и фазы развития растения, повышается производительность растения и качество плодов.

Результативность заявляемого способа получения минерального удобрения подтверждается экспериментами выращивания подсолнечника - сорт «Прометей», сои - сорт «Спринт», рапса ярового - сорт «Атаман» с применением минерального удобрения, полученного в соответствии с заявляемым способом. Результаты экспериментов приведены в следующей таблице:

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения минерального удобрения предусматривает нанесение на гранулы удобрения оболочек на основе глауконита, причем гранулы удобрения после нанесения на них оболочек подвергают воздействию постоянного магнитного поля. Изобретение позволяет повысить эффективность применения минерального удобрения за счет воздействия на удобрение, почву, высеянных в грунт семян и на само растение в процессе его вегетации дополнительными физическими факторами, способствующими повышению энергии прорастания семян, ускорению фаз развития растений, повышению продуктивности растений и качества сельскохозяйственной продукции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения минерального удобрения, предусматривающий нанесение на гранулы удобрения оболочек на основе глауконита, отличающийся тем, что гранулы удобрения после нанесения на них оболочек подвергают воздействию постоянного магнитного поля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве глауконита, как основы оболочек, используют природный фосфорно-глауконитовый агломерат, обогащенный до степени 75-95% содержания глауконита.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что напряженность воздействующего магнитного поля выбирают в пределах 2000-3000 Э, а время воздействия магнитного поля на гранулы - в пределах 1-2 минут.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздействующее магнитное поле создают постоянными магнитами или электромагнитами.