ГРАНУЛИРОВАННОЕ КОМПЛЕКСНОЕ УДОБРЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК C05G3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, удобрениям и способам их получения и может быть использовано для улучшения структуры, повышения плодородия и регуляции кислотности сельскохозяйственных почв.

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, а также сложность получения эффективного удобрения.

Известен способ получения удобрения с регулируемым выделением питательных веществ (RU 2194686 опубл. 20.12.2002) [8], где предлагается композиция с регулируемым выделением удобрения, включающая гранулированную сердцевину, содержащую одно водорастворимое удобрение, причем гранулы имеют гладкую наружную поверхность из нерастворимого в воде полимерного покрытия, нанесенного на гранулированный сердцевинный материал. Предъявленный в патенте срок действия таких гранулированных удобрений 30 дней.

В вышеприведенном способе по существу применяется технология производства капсулированных лекарств. Совершенно не очевиден процесс растворения в почве гидрофобного полимерного покрытия гранул, ввиду чего конечная стоимость таких удобрений будет значительно выше предлагаемых в настоящем патенте.

Известен способ получения минерального удобрения (RU 2614626 опубл 28.02.2017) [9], который предусматривает нанесение на гранулы удобрения оболочек на основе глауконита, причем гранулы удобрения после нанесения на них оболочек глауконита обрабатываются постоянным магнитным полем, что позволяет повысить эффективность применения удобрения за счет дополнительного физического фактора - воздействия магнитного поля гранулы удобрения на почву, высеянные в грунт семена и на растения в процессе их вегетации.

Вышеприведенный способ получения намагниченных гранул технологически сложен и требует специального оборудования. Также не проработан вопрос взаимодействия намагниченных гранул с магнитными минералами в почвах, которые могут нейтрализовать магнитные свойства гранул. Стоимость таких намагниченных гранул, вне всякого сомнения, будет высокой.

Известны способы снижения кислотности почвы путем внесения в нее высоких доз извести. Однако они не решают параллельно с нейтрализацией почвенной кислотности проблемы обогащения почвы удобрениями, а, скорее наоборот, снижают их количество. Также следует учитывать, что известь и, тем более, содержащие ее отходы, практически всегда, загрязнены нежелательными примесями и в том числе тяжелыми металлами. Также следует помнить, что при известковании почв (начиная с доз извести 0,5 т/га и выше), такие элементы питания как калий, сера, бор, марганец и другие, переходят в малодоступную форму для растений. И главный недостаток - агротехнические нормы рекомендуют разовое внесение гашеной извести, начиная с 8 тонн на гектар и более (в зависимости от закисленности почв) что, естественным образом, будет значительно увеличивать стоимость обработки земли [10].

Наиболее близким является способ получения сложных азотосодержащих удобрений путем гранулирования, предлагаемый в патенте RU 2240993 опубл. 27.11.2004 [11]. Осуществляют распыл влажной пульпы удобрения в барабанный гранулятор-сушилку (БГС), через завесу создаваемую внешним и внутренним ретуром, гранулят сушат греющими газами с температурой до 250°С, рассеивают, дробят крупную фракцию, отбирают целевой продукт и мелкую фракцию, последнюю возвращают в качестве внешнего ретура в завесу, поддерживают в мелкой фракции содержание гранул с размером 1-3 мм не менее 80 мас. %, в том числе с размером 2-3 мм в пределах 25-75 мас. %. При этом влажность пульпы удобрения, подаваемой в БГС, поддерживают в пределах 7-15 мас. %, а температуру греющих газов в пределах 150-230°С. Это делается с целью повышения прочности гранул и стабилизации их размера в рамках 2-4 мм.

Технология достаточна сложная и требует громоздкого оборудования. Получаемое азотосодержащее удобрение имеет узконаправленное действие на растения. Не совсем понятна привязка размерности гранул (2-4 мм) к их прочности. Производство гранул требует больших энергетических затрат, что и обуславливает их высокую стоимость.

Новый технический результат - повышение универсальности удобрения при упрощении состава и способа его получения.

Для достижения нового технического результата в гранулированном комплексном удобрении, состоящем из гранул носителя и активного наполнителя, что гранулы носителя изготовлены из гидросиликата кальция СаО⋅SiO₂⋅Н₂О размером 1-3 мм, и развитой внутренней поверхностью до 300 м²/г в качестве активного наполнителя используют насыщенный водный раствор удобрения из ряда (NH₄)₂SO₄, KCl, KNO₃, NaNO₂, NaNO₃ или их смесь,

при этом исходные компоненты используются в следующем соотношении, в мас. % на единицу готового продукта:

CaO⋅SiO₂⋅H₂O 50 насыщенный раствор активного наполнителя 50

Получают гранулированное комплексное удобрение путем нанесения активного наполнителя на гидросиликаткальциевый каркас в виде пористых гранул, для чего в тарельчатый гранулятор ОТ-080 или ОТ-150 из бункера дозированно подают цемент, при этом, вращающуюся цементную массу на тарелке гранулятора орошают раствор активного наполнителя, представляющего собой водорастворимое удобрение, либо их смесь, далее, готовые гранулы ссыпают из тарельчатого гранулятора на транспортер, который перемещает их в бурты, где в течение 2^x-3^x часов гранулы удобрения досушивают и, затем, упаковывают в мешки для длительного хранения или засыпают в бункера сельскохозяйственных машин и вывозят на поля для обработки почвы.

В качестве активного наполнителя используют насыщенный водный раствор удобрения из ряда (NH₄)₂SO₄, KCl, KNO₃, NaNO₂, NaNO₃ или их смеси.

На Фиг 1 приведена блок-схема технологической линии по производству гранулированного комплексного удобрения, включающая тарельчатый гранулятор марок ОТ-080; ОТ-150 (1), бункер с цементом (2), емкость с насыщенным раствором активного наполнителя гранул (3), ороситель (4), транспортер (5), бурт с готовыми гранулами (6).

Способ осуществляют следующим образом. Исходным материалом для получения каркаса пористых гранул из гидросиликата кальция, может служить цемент любой марки. Цемент загружают в тарельчатый гранулятор, после включения которого, цементную массу подвергают орошению из оросителя активным наполнителем - насыщенным раствором удобрений. Капли насыщенного раствора, попадая в цемент, смачивают частицы цемента и стягивают их в гранулы размером 1-3 мм. Вода, присутствующая в капле концентрированного раствора удобрения, вступает в реакцию гидратации цемента, а активная составляющая - капли удобрения, заполняют внутренние полости пористой гранулы. Окончательное твердение гранул удобрения до прочности 15 г/гранулу происходит в течение 2-3 часов с момента образования, после чего удобрение готово к применению. Режим проведения гранулирования подобран эмпирически для получения гранул гидросиликата кальция СаО⋅SiO₂⋅Н₂О размером 1-3 мм, насыпным весом 1150 кг/м³, прочностью 15 г/гранулу и развитой внутренней поверхностью до 300 м²/г.

При взаимодействии цемента с водой насыщенного водного раствора удобрения, происходит гидратация минералов цемента с образованием, преимущественно,

гидросиликатов кальция и гидроксида кальция, из которых формируется кристаллический каркас гранулы с высокой адсорбционной способностью и развитой поверхностью.

Временная и реакционная последовательности срабатывания составляющих гидросиликаткальциевой гранулы в почве, определяются влажностью и химическим составом почвы, но первым в реакцию вступает активный наполнитель полостей гранул. В присутствии воды активный наполнитель вымывается из них и поглощается корневой системой растений. Этот процесс происходит (в зависимости от влажности почвы) в течение 2^x-3^x недель со дня внесения удобрения в почву. Вторым по значимости реакционным соединением является гидроксид кальция, реакция которого с почвой также находится в зависимости от ее влажности, но, в большей степени определяется кислотной коррозией гидросиликатного каркаса гранулы, т.е. напрямую зависит от биологической активности почвы. Это процесс длительный с продолжительностью два-три полевых сезона. Третьим важным фактором является то, что наличие гранул придает почве антислеживающие свойства в результате чего, почва обладает большей рыхлостью, а также повышается способность дольше удерживать влагу. Четвертым фактором является то, что удобрение содержит биологически доступный кремний. Пятым фактором является бактериальный гидролиз литотрофными бактериями силикатного каркаса гранул, в результате чего образуются водные растворы ортокремниевой кислоты, которые необходимы растениям для формирования стеблей и листьев. Ввиду того, что ресурс природного кремния в с/х почвах, как правило, исчерпан, водный раствор кремниевых кислот из гидросиликатных гранул восполняют и стабилизируют его содержание в почве. При обезвоживании почв свободные кремнекислоты гранул полимеризуются в микроглобулы силикагеля, которые длительное время могут выполнять функции аккумуляторов влаги и разрыхлителя почв.

Рабочими веществами в грануле комплексного удобрения являются: каркас гранул из гидросиликата кальция с развитой внутренней поверхностью (пористостью) [1], который подвергается медленному растворению органическими кислотами [2], образующимися в почве в результате экзоферментных процессов бактериального генезиса, гидроксид кальция и микрокристаллы удобрения в каркасных полостях гранул.

Гидроксид кальция, присутствующий в каркасе гранул из гидросиликата кальция [3], по мере ее растворения, высвобождается и, вступая в реакцию с минеральными кислотами в почве, нейтрализует их с образованием нейтральных солей этих кислот (например, сульфат кальция CaSO₄) [4], а в реакции с органическими кислотами образуются соли органических кислот (например, сахарат кальция С₁₂Н₂₂О₁₁СаО) [5], которые необходимы растениями для формирования клетчатки.

Активный наполнитель - любое водорастворимое удобрение, которым насыщаются полости гранул из гидросиликата кальция с последующим целевым использованием для определенных с/х культур и на определенных видах почв.

Ввиду дешевизны, доступности и простоты механизмов и исходного сырья, технологические линии по производству гранул предлагаемого комплексного удобрения с активным наполнителем можно монтировать и эксплуатировать даже в полевых условиях.

Доказана возможность эффективного применения предлагаемого удобрения выполненного в виде гранул из гидросиликата кальция, в которых «упакован» насыщенный раствор смешанных удобрений. Наилучший результат достигается при внесении оптимальных для восстановления плодородия почв смешанных удобрений. Сущность изобретения подтверждается примерами конкретных наблюдений (опытов).

Выбор смешанных удобрений для наполнение гидросиликаткальциевых гранул проводят в соответствии с требованиями в минеральном питании конкретных сельскохозяйственных культур. При этом учитывается исходный состав почвы территорий выращивания и ее рН.

Апробирование гранул проведено в полевых условиях на делянках размерами 1,5×3,0 м. Агрохимическое обследование территорий выращивания зерновых культур, представленных оподзоленными серыми лесными среднесуглинистыми почвами Томской области, показало их низкую степень обеспеченности подвижным фосфором и обменным калием. Для выращивания сельскохозяйственных культур используемые почвы требуютвнесение удобрений.

В эксперимент взяты сорта яровых зерновых культур ячменя и пшеницы, рекомендуемых для возделывания в Томской области на 2015 г. [12]. Полевые опыты закладывали по методике Б.А. Доспехова [13]. Пример 1.

Растения ярового ячменя сорта Беатрис выращивали на оподзоленной серой лесной среднесуглинистой почве с кислотностью (рН _KCl ) 5,7, обеспеченность почвы подвижным фосфором составила 5,4 мг Р₂О₅ / 100 г почвы, обменным калием -6,3 мг K₂O/100 г почвы.

Предшественником в севообороте служил картофель. Обработку почвы опытного участка осуществляли с учетом зональных рекомендаций. Посев проводили в оптимальные сроки для данной культуры и зоны (И декада мая). Уборку урожая осуществляли в конце III декады августа.

Семена ячменя высевали в соответствии с нормой высева 5 млн. всхожих семян/га (500 семян/м²). Одновременно было заложено 4 варианта. Контрольные семена высевали в почву совместно с необогащенными удобрением гранулами (Вариант 1). Опытные семена высевали совместно с гранулами, обогащенными сложным удобрением N₂₀P₂₀K₁₀ (Вариант 2), N₄₀P₂₅K₄₀ (Вариант 3) или N₁₂₀P₈₀K₁₂₀ (Вариант 4).

В табл. 1 представлены данные о влиянии указанных вариантов удобрений на урожай зерна ярового ячменя сорта Беатрис.

Внесение смешанного удобрения по NPK в гидросиликаткальциевых гранулах в почву обеспечивало интенсификацию продукционного процесса зерновой культуры, активное накопление ею надземной биомассы в фазу колошения и наиболее высокий урожай зерна ярового ячменя (Таблица 1). С увеличением доли элементов в смешанном удобрении, входящем в состав гидросиликаткальциевых гранул, урожай зерна повышался.

Как видно из табл.1, урожай зерна ярового ячменя при использовании гидросиликаткальциевых гранул с удобрениями в дозе N₂₀P₂₀K₁₀ (Вариант 2) повышается в сравнении с контролем (Вариант 1) на 35,5%, в дозе N₄₀P₂₅K₄₀ (Вариант 3) - на 61,3%, а в дозе N₁₂₀P₈₀K₁₂₀ (Вариант 4) - в 2,4 раза.

Пример 2.

Растения яровой пшеницы сорта Новосибирская 22 выращивали на серой лесной почвес кислотностью (pH_KCl) 5,9, обеспеченность почвы подвижным фосфором составила 6,7 мг Р₂О₅ / 100 г почвы, а обменным калием- 7,7 мг K₂O / 100 г.

При культивировании яровой пшеницы применялась зональная технология возделывания [14]. Предшественником в севообороте служил картофель. Обработку почвы опытного участка проводили с учетом зональных рекомендаций. Посев осуществляли во II декаде мая. Уборку урожая проводили в конце III декады августа.

Семена пшеницы высевали в соответствии с нормой высева 6 млн. всхожих семян/га (600 семян/м²). Одновременно было заложено 3 варианта. Контрольные семена высевали в почву совместно с необогащенными удобрением гидросиликаткальциевыми гранулами (Вариант 1). Опытные семена высевали совместно с гранулами, обогащенными сложным удобрением N₂₀P₂₀K₁₀ (Вариант 2) и N₄₀P₂₅K₄₀ (Вариант 3). В табл. 2 представлены данные о влиянии указанных вариантов удобрений в гидросиликаткальциевых гранулах на урожай зерна яровой пшеницы сорта Новосибирская 22.

Внесение смешанного удобрения по NPK в гидросиликаткальциевых гранулах обеспечивало интенсификацию продукционного процесса зерновой культуры, активное накопление ею надземной биомассы в фазу колошения и наиболее высокий урожай зерна яровой пшеницы (Таблица 2). С увеличением доли элементов в смешанном удобрении урожай зерна повышался.

Как видно из табл.2, урожай зерна при использовании гидросиликаткальциевых гранул с удобрениями в дозе N₂₀P₂₀K₁₀ (Вариант 2) увеличивался в сравнении с контролем (Вариант 1) на 32,1%, а в дозе N₄₀P₂₅K₄₀ (Вариант 3) - на 79,3%.

Полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии внесения комплексного удобрения размещенного в полостях гидросиликаткальциевых гранул, на урожай зерна яровых культур.

Источники информации принятые во внимание при составлении описания:

1. Наназашвили И.X. Строительные материалы, изделия и конструкции: справочник. - М., Высш. шк., 1990. - стр. 495

2. А.Н. Харин, Н.А. Катаева, А.Т. Харина, Курс химии, М. Высшая школа, 1975 стр. 172-173.

3. Райхель В., Конрад Д., Бетон, М., Стройиздат, 1979. С. 33. Пер. с нем. / Под ред. В.Б. Ратинова.

4. Ненашев В.Н., Строительные материалы., Стройиздат, 1981, стр. 201-203.

5. Даишева Н.М. Растворимость извести в воде и сахарных растворах, Известия вузов, 1994, №5-6, стр. 14-16.

6. Алексеевский Е.В. Общий курс химии защиты, ч. I. ОНТИ Химтеорет., Л., 1935

7. Неймарк И.Е., Шейнфайн Р.Ю., Силикагель, его получение, свойства и применение. - Киев: Наукова думка, 1973, 200 с.

8. Патент RU 2194686,опубл.

9. Патент RU 2614626,опубл.

10. Известкование кислых почв. Под ред. акад. Авдонина и др. М., Колос, 1976, 304 с.;

11. Патент RU 2240993,опубл.

12. Сортовое районирование сельскохозяйственных культур в Томской области за 2013 - 2015 годы / Составители Т.П. Таранова, В.А. Киль. Томск, п. Ключи, 2016. 58 с.

13. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Изд-во Колос, 1985. 351 с.

14. Сучкова С.А., Таранова Т.П., Жунусбаева Ж.К., Зуева Т.И. Урожайность и качество зерна яровой пшеницы в условиях Томской области // Вестник Томского государственного университета. 2013. №370. С. 183-186.

Приложение.

Фиг1. Блок-схема технологической линии по производству гранулированного комплексного удобрения.

1. Тарельчатый гранулятор марок ОТ-080; ОТ-150

2. Бункер с цементом.

3. Емкость с насыщенным раствором активного наполнителя гранул.

4. Ороситель.

5. Транспортер.

6. Бурт с готовыми гранулами.

Таблица 1. Влияние смешанного удобрения в гидросиликаткальциевых гранулах на урожай зерна растений ярового ячменя сорта Беатрис на серой лесной почве Томского района Томской области

Таблица 2. Влияние разных концентраций смешанного удобрения в гидросиликаткальциевых гранулах на продуктивность растений яровой пшеницы сорта Новосибирская 22 на серой лесной почве Томского района Томской области

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Гранулированное комплексное удобрение состоит из гранул носителя и активного наполнителя, причем гранулы носителя изготовлены из гидросиликата кальция CaO⋅SiO₂⋅H₂O с размером 1-3 мм и развитой внутренней поверхностью до 300 м²/г, в качестве активного наполнителя используют насыщенный водный раствор удобрения, выбранный из ряда (NH₄)₂SO₄, KCl, KNO₃, NaNO₂, NaNO₃, или их смеси. Все компоненты взяты при определенном соотношении. Способ получения гранулированного комплексного удобрения путем нанесения активного наполнителя на каркас выполненный в виде гранул, при этом в тарельчатый гранулятор из бункера дозированно подают цемент, при этом вращающуюся цементную массу на тарелке гранулятора орошают насыщенным водным раствором активного водорастворимого удобрения, далее готовые гранулы полученного удобрения ссыпают из тарельчатого гранулятора на транспортер, который перемещает их в бурты, где в течение 2-3^x часов гранулы удобрения досушивают и, затем, упаковывают в мешки для длительного хранения или засыпают в бункера сельскохозяйственных машин и вывозят на поля для обработки почвы. Изобретения позволяют повысить универсальность и доступность удобрения при упрощении состава и способа его получения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 2 пр.

1. Гранулированное комплексное удобрение, состоящее из гранул носителя и активного наполнителя, отличающееся тем, что гранулы носителя изготовлены из гидросиликата кальция CaO⋅SiO₂⋅H₂O с размером 1-3 мм и развитой внутренней поверхностью до 300 м²/г, в качестве активного наполнителя используют насыщенный водный раствор удобрения, выбранный из ряда (NH₄)₂SO₄, KCl, KNO₃, NaNO₂, NaNO₃, или их смеси, при этом исходные компоненты используются в следующем соотношении, мас. % на единицу готового продукта:

CaO⋅SiO₂⋅H₂O 50

насыщенный раствор активного наполнителя 50.

2. Способ получения гранулированного комплексного удобрения по п. 1 путем нанесения активного наполнителя на каркас, выполненный в виде гранул, отличающийся тем, что в тарельчатый гранулятор из бункера дозированно подают цемент, при этом вращающуюся цементную массу на тарелке гранулятора орошают насыщенным водным раствором активного водорастворимого удобрения, далее готовые гранулы полученного удобрения ссыпают из тарельчатого гранулятора на транспортер, который перемещает их в бурты, где в течение 2-3^x часов гранулы удобрения досушивают и, затем, упаковывают в мешки для длительного хранения или засыпают в бункера сельскохозяйственных машин и вывозят на поля для обработки почвы.