ПОЛУЧАЕМОЕ ИЗ УГЛЯ МИНЕРАЛЬНОЕ ВЕЩЕСТВО В КАЧЕСТВЕ ПОЧВОУЛУЧШИТЕЛЯ Российский патент 2020 года по МПК C05D9/00 C05F11/02 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение предлагает использование получаемого из угля минерального вещества в качестве почвоулучшителя. Более конкретно, мелкие частицы минерального вещества, получаемые из угля и имеющие средний размер, составляющий менее чем 10 мкм, смешиваются с почвой, обеспечивая улучшение текстуры почвы и содержания минеральных питательных веществ.

Уровень техники и описание

[0002] Почва

[0003] Почва содержит мелкие частицы разлагающихся горных пород и минералов в форме песка, ила и глины. Почва состоит из многочисленных слоев, называемых термином «горизонты». Верхний горизонт обычно называется термином верхний слой почвы. Верхний слой почвы представляет собой смесь, состоящая из минеральных веществ и разложившихся органических веществ растений и животных, а также микро- и макроорганизмов, таких как бактерии, грибы, нематоды и черви. Согласно оценкам в литературе, в природе требуется от 500 до 1000 лет для образования одного дюйма верхнего слоя почвы. С другой стороны, в процессе сельскохозяйственной и горнопромышленной деятельности и вырубки лесов верхний слой почвы быстро разрушается и исчезает во всем мире. Согласно оценкам министерства сельского хозяйства США, только в США теряется почти три тонны верхнего слоя почвы в расчете на акр в год («Сводный отчет кадастра природных ресурсов 2007 г.», Служба охраны природных ресурсов, Министерство сельского хозяйства США, декабрь 2009 г., с. 97). Мелкие частицы легче теряются в процессе эрозии, чем более крупные частицы.

[0004] Текстура почвы

[0005] Министерство сельского хозяйства США классифицирует частицы по трем основным группам, включая песок, ил и глину (в других странах применяются другие системы, хотя они являются сопоставимыми). Глина определяется размером частиц, составляющим менее чем 2 мкм. Частицы с размерами от 2 мкм до 50 мкм классифицируются как ил. Частицы с размерами от 50 мкм до 2 мм рассматриваются как песок. Следует отметить, что классификация частиц глины, ила и песка представляет собой только классификацию по размерам, но не учитывает химическую природу частиц. Идеально сбалансированная по размерам частиц текстура почвы классифицируется как суглинок. Как правило, суглинок составляют приблизительно 40% частиц песка, 40% частиц ила, и 20% частиц глины. Весьма немногие сельскохозяйственные поля имеют идеальную текстуру суглинистой почвы. Во многих случаях ил и глина теряются вследствие эрозии. В технике существует потребность в предложении способа улучшения текстуры почвы или баланса песка, ила и глины.

[0006] Содержание минеральных и питательных веществ

[0007] Питательные вещества требуются для здорового роста растений. Большинство питательных веществ растения получают из мелких частиц ила и глины в почве. При этом многие почвы теряют мелкие частицы ила и глины и содержащиеся в них питательные вещества. В технике существует потребность в предложении способа улучшения питательных характеристик сельскохозяйственной почвы для обеспечения здорового роста растений и, в конечном счете, надлежащего питания человека.

Сущность изобретения

[0008] Описанное в настоящем документе изобретение предлагает способ улучшения текстуры почвы и профиля концентрации питательных веществ. Данный способ включает получение некоторого количества частиц получаемого из угля минерального вещества и смешивание частиц минерального вещества с почвой. Получаемое из угля минеральное вещество при добавлении в почву увеличивает содержание ила и глины в почве, изменяя текстуру почвы. Мелкие частицы минерального вещества также увеличивают доступность минеральных и необходимых питательных веществ для роста растений. Улучшенная текстура почвы может также увеличивать водоудерживающую способность и катионообменную емкость (CEC) почвы. Частицы получаемого из угля минерального вещества представляют собой эффективный почвоулучшитель.

[0009] Согласно некоторым описанным варианты осуществления, частицы получаемого из угля минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 50 мкм. Согласно другим описанным вариантам осуществления, частицы получаемого из угля минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 30 мкм. Согласно некоторым неограничительным вариантам осуществления, частицы получаемого из угля минерального вещества имеют средний размер, составляющий 10 мкм или менее. Согласно некоторым неограничительным вариантам осуществления, частицы минерального вещества, смешанные с почвой, присутствуют в смеси в количестве, составляющем от 5 до 30 мас.%. Согласно другим вариантам осуществления, частицы минерального вещества, смешанные с почвой присутствуют в смеси в количестве, составляющем от 10 до 20 мас.%.

[0010] Частицы получаемого из угля минерального вещества содержат многочисленные необходимые питательные вещества требуемый для здорового роста растений, выбранные из B, Ca, Cl, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, N, P, K, S и Zn.

Краткое описание некоторых изображений на чертежах

[0011] Чтобы сделать более понятным способ, который обеспечивает получение вышеупомянутых и других отличительных особенностей и преимуществ настоящего изобретения, более конкретное описание настоящего изобретения, кратко представленного выше, будет составлено посредством ссылки на его конкретные варианты осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. С пониманием того, что указанные частицы представляют только типичный варианты осуществления настоящего изобретения и, таким образом, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, настоящее изобретение будет описано и разъяснено более конкретно и подробно с использованием сопровождающих чертежей, в числе которых:

[0012] Фиг. 1 представляет тройную диаграмму классификации почв, иллюстрирующую относительное содержание глины, ила и песка в почве.

[0013] Фиг. 2 представляет график, сравнивающий типичное распределение по размерам частиц всплывающей пены, содержащей дискретные частицы угля с приблизительно 5 мас.% дискретных частиц минерального вещества в расчете на сухую массу и хвосты или нижние слои, отделяемые от пены в процессе флотационного разделения и включающие мелкие частицы получаемого из угля минерального вещества и приблизительно от 10% до 15 мас.% дискретных окисленных частиц угля в расчете на сухую массу.

[0014] Фиг. 3 представляет график распределения по размерам частиц для двадцати шести образцов из различных источников угольных отходов, содержащих мелкие частицы получаемого из угля минерального вещества, которые отделяются от мелких частиц угля посредством флотационного разделения и извлечения в форме хвостов или нижних слоев.

[0015] Фиг. 4 представляет график сравнения средней массы (в граммах) корней и побегов растений шпината, выращенных на различных почвах.

Подробное описание изобретения

[0016] Представленные варианты осуществления настоящего изобретения становятся наиболее понятными посредством ссылки на чертежи и следующее более подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Они не предназначаются для ограничения объема заявляемого изобретения, но просто представляют варианты осуществления настоящего изобретения.

[0017] Минеральное вещество в угле

[0018] При использовании в настоящем документе термин «получаемое из угля минеральное вещество» означает минеральное вещество свойственное углю. Оно образуется посредством механизмов или источников, связанных с растениями, образующими уголь, представляя собой осадок, который осаждается в торфяном болоте посредством ветровой или водной эрозии, водный раствор, содержащий растворенные и суспендированные минеральные вещества, которые стекают в торфяное болото, грунтовые воды, содержащие растворенные и суспендированные минеральные вещества, которые стекают в угольные пласты после образования, газ, который диффундирует в уголь после образования, и/или продукты вулканической активности, которые осаждаются в торфяных болотах («Уголь, нефтяной сланец, природный битум, тяжелая нефть и торф», редактор Gao Jinsheng, т. 1, «Минеральное вещество в угле», 2009 г., с. 172). Минеральное вещество в угле может быть сингенетическим, то есть образующимся одновременно в течение накопления растительных отходов; ранним диагенетическим, то есть образующимся вскоре после покрытия дополнительным торфом или другим осадком; поздним диагенетическим, то есть образующимся в течение процессов, связанных с увеличением глубины захоронения и развитием углефикации; или эпигенетическим, то есть образующимся после того, как уголь достигает своего настоящего состояния (там же, с. 169).

[0019] Растения содержат неорганические вещества многочисленных типов, включая первичные и вторичные минеральные вещества. Они могут представлять собой сингенетические и ранние диагенетические формы минеральных веществ (там же, с. 169). Минеральные вещества, переносимые водой и ветром, включают глинистые минеральные вещества, кварц, апатит, циркон, рутил, полевой шпат, слюду и т. д. Они могут представлять собой ранние диагенетические, поздние диагенетические и эпигенетические формы минеральных веществ (там же, с. 169). Агрегаты минерального вещества, которые являются относительно крупными, отделяются от угля посредством стандартных процессов обработки угля. Очень мелкие минеральные частицы, находящиеся в угле, очень трудно или даже невозможно отделить посредством обычных крупномасштабных процессов обработки угля. Очень мелкие частицы минерального вещества в угле часто оказываются внедренными в мацералы угля. Указанные очень мелкие минеральные частицы, внедренные в мацералы, представляют собой основной источник минерального вещества (золообразующие частицы), отделяемые от мелких угольных частиц посредством процессов пенной флотации, как описано авторами в одновременно рассматриваемой патентной заявке США № 14/495657, озаглавленной «Флотационное отделение мелких угольных частиц от золообразующих частиц». Указанные мелкие минеральные частицы были захвачены углем как мелкие частицы в мацералах в процессе образования угля. Следовательно, они являются в значительной степени сингенетическими или могут быть ранними диагенетическими (там же, с. 169).

[0020] Как известно, получаемое из угля минеральное вещество представляет собой источник металлических или неметаллических микро элементов, таких как Ge, Ga, Va, Au, Ag, Be, Cu, La, Zn и т. д. Угольная зола часто используется в производстве кирпичей и разнообразных строительных материалов и может частично заменять цемент в составе бетона (там же, с. 176). В настоящее время неизвестно использование получаемых из угля мелких частиц минерального вещества в качестве почвоулучшителя.

[0021] Следующие неограничительные примеры представлены, чтобы проиллюстрировать несколько вариантов осуществления, имеющих отношение к описанному процессу флотационного разделения угля и соответствующему оборудованию. Следует понимать, что указанные примеры не являются исчерпывающими и не исключают многочисленные типы вариантов осуществления, которые могут быть реализованы в соответствии с изобретением, описанным в настоящем документе.

[0022] Пример 1

[0023] Фиг. 1 представляет тройную диаграмму классификации почв, иллюстрирующую относительное содержание глины, ила и песка в почве. Суглинок, как правило, рассматривается как идеальная почва и содержит приблизительно равные количества песка и ила и меньшее количество глины. Ниже таблица 1 представляет текстуру песчанистой суглинистой почвы, в которой, по определению, отсутствуют значительные количества частиц ила и глины. Образец C028 получаемого из угля минерального вещества смешивали с песчанистой суглинистой почвой для изменения текстуры почвы в количествах 10%, 20% и 30 мас.% получаемого из угля минерального вещества. Кроме того, поскольку образец C028 получаемого из угля минерального вещества имеет более высокую катионообменную емкость (CEC), чем песчанистая суглинистая почва, CEC смесей увеличивалась по сравнению с песчанистой суглинистой почвой. Катионообменная емкость представляет собой меру способности почвы удерживать или содержать обменивающиеся катионы, таких как калий (K⁺), кальций (Ca²⁺), магний (Mg²⁺) и аммоний (NH₄⁺). Наблюдаемое увеличение CEC составляло от 3,7 до 5,6 мэкв./100 г в зависимости от добавляемого количества минерального вещества. Наблюдаемое увеличение CEC составляло, по меньшей мере, 4 мэкв./100 г сухой почвы.

[0024] Фиг. 1 графически представляет точки, где песчанистая суглинистая почва, образец C028 получаемого из угля минерального вещества и три смеси находятся на треугольной диаграмме текстуры почвы. Как можно видеть, текстура песчанистой суглинистой почвы переходила в песчанистый глинистый суглинок, а затем обратно в песчанистый суглинок (образец f), который находится значительно ближе к идеальной суглинистой текстуре.

[0025] Таблица 1. Текстура образцов почвы, начиная от песчанистой суглинистой почвы, в которую затем добавляется в различных процентных соотношениях получаемое из угля минеральное вещество (образец C028).

Песок (мас.%) Ил (мас.%) Глина (мас.%) Текстура Катионообменная емкость (мэкв./100 г) (a) Песчанистая суглинистая почва 82 6 12 Песчанистый суглинок 5 (b) C028 2 30 68 Тяжелая глина 9,2 (c) 10 мас.% C028 74 10 16 Песчанистый суглинок 8,7 (d) 15 мас.% C028 70 8 22 Песчанистый глинистый суглинок 9,3 (e) 20 мас.% C028 68 10 22 Песчанистый глинистый суглинок 9,7 (f) 30 мас.% C028 58 14 28 Песчанистый суглинок 10,6

Пример 2

[0027] Мелкие частицы минерального вещества, отделяемые от мелких частиц угля в качестве улучшителя текстуры почвы

[0028] Фиг. 2 представляет на графике сравнение типичного распределения по размерам частиц флотационной угольной пены, содержащей дискретные угольные частицы и приблизительно 5 мас.% дискретных частиц минерального вещества в расчете на сухую массу с хвостами или нижними слоями, отделенными от угольной пены в процессе флотационного разделения и содержащими мелкие частицы получаемого из угля минерального вещества и приблизительно от 10% до 15 мас.% дискретных окисленных угольных частиц в расчете на сухую массу. Даже несмотря на то, что основной пик размера частиц угольной пены изменялся (составляя от 30 до 250 мкм в зависимости от источника исходного угольного материала, который использовался в процессе флотационного разделения, частицы пены (угольные частицы) всегда были крупнее, чем частицы нижнего слоя (частицы получаемого из угля минерального вещества). При увеличении количества дискретных угольных частиц в хвостах или нижних слоях образца также вырастали небольшие пики в интервале от 50 до 100 мкм. Другими словами, наблюдаемые небольшие пики в хвостах в интервале от 40 до 100 мкм увеличивались при увеличении содержания угля. Кроме того, основные пики для хвостов или нижних слоев, центр которых находится в интервале от 6 до 8 мкм и конец находится приблизительно у 30 мкм, представляют собой частицы получаемого из угля минерального вещества.

[0029] Фиг. 3 представляет график распределения по размерам частиц для двадцати шести образцов получаемых из угля мелких частиц минерального вещества, получаемых посредством флотационного разделения мелких частиц угольных отходов из двадцати шести различных источников отходов. Кроме того, фиг. 3 представляет размер частиц получаемого из угля минерального вещества, получаемого посредством флотационного отделения угольных частиц от частиц минерального вещества. Получаемое из угля минеральное вещество извлекается в хвостах или нижних слоях флотационной камеры. Другими словами, угольные частицы всплывают во флотационной камере как угольная пена, а мелкие частицы получаемого из угля минерального вещества остаются на дне флотационной камеры и извлекаются при сливе содержимого флотационной камеры. Таблица 2 представляет средние и медианные размеры частиц для указанных образцов получаемого из угля минерального вещества. На фиг. 3 все образцы представляют весьма близкое распределение по размерам частиц, причем большинство частиц имеют размеры, составляющие менее чем 100 мкм. Если не учитывать пики в интервале от 50 до 100 мкм, которые представляют собой угольные частицы в хвостах, как обсуждалось выше, распределение по размерам частиц хвостов содержит основные пики в интервале от 6 до 9 мкм для всех образцов. Пики заканчиваются или достигают базовой линии около 30 мкм, и это означает, что размеры частиц минерального вещества в хвостах, как правило, составляют менее чем 30 мкм. Таблица 2 представляет, что средние размеры частиц составляют менее чем 10 мкм, и медианные размеры частиц составляют менее чем приблизительно 6,5 мкм для всех 26 образцов.

[0030] Таблица 2. Средние и медианные размеры частиц получаемого из угля минерального вещества, отделяемого от угольного вещества посредством флотационного разделения.

Номер образца Размер частиц (мкм) Средний Медианный C028 6,2 4,5 C035 7,9 4,4 C055 5,7 4,3 C056 5,8 3,7 C057 5,3 3,7 C060 9,3 6,0 C074 7,2 4,3 C080 5,9 4,1 C082 9,8 4,8 C093 5,0 4,1 C126 8,6 6,0 C128 9,3 6,3 C131 3,0 1,5 C146 8,4 6,6 C148 5,8 4,2 C156 7,5 4,2 C157 7,7 4,3 C158 8,6 4,9 C172 10,0 5,3 C178 8,0 5,4 C185 6,6 3,8 C186 8,2 5,1 C187 8,8 5,9 C188 7,7 5,4 C189 8,3 5,6 C200 9,1 6,5

[0031] Мелкие частицы минерального вещества отделяли от мелких частиц угля посредством процессов пенной флотации. Мелкие частицы минерального вещества всегда были мельче, чем мелкие частицы угля (см. фиг. 2). Фиг. 3 представляет размеры частиц в случае мелких частиц минерального вещества, отделяемых от мелких частиц угольного материала для двадцати шести образцов угольные отходы из различных источников отходов. Как можно видеть из данных о размерах частиц на фиг. 2 и фиг. 3, мелкие частицы минерального вещества, отделяемые от мелких частиц угля, занимают интервал от верхнего предела размеров частиц глины до нижнего предела размеров частиц ила с учетом классификации текстуры почвы по размерам частиц. Мелкие частицы минерального вещества, отделяемые от мелких частиц угля, могут использоваться в качестве почвоулучшителя для введения мелких частиц в почву, обедненную мелкими частицами (например, частицами глины и ила согласно классификации размеров частиц) в целях улучшения, дополнения и/или изменения текстуры почвы.

[0032] Пример 3

[0033] Питательные вещества в частицах минерального вещества

[0034] Для здорового роста растений в почве определенные элементы должны присутствовать в почве в доступной форме. Если питательное вещество не присутствует в почве, оно не может поступать в растение. Промышленные удобрения предназначаются для введения питательных веществ в количествах, обеспечивающих высокий уровень роста растений.

[0035] Для рост растений необходимы шестнадцать питательных веществ. Они представляют собой углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, серу, кальций, магний, железо, бор, марганец, медь, цинк, молибден и хлор. За исключением углерода, водорода и кислорода, источниками которых являются диоксид углерода и вода, питательные вещества должны растворяться в почвенном растворе верхнего слоя почвы, чтобы становиться доступными для корней растений, в частности, для корневых волосков, в которых, в основном, происходит поглощение минеральных веществ. Верхний слой почвы выступает как резервуар, который является источником необходимых питательных веществ для растений. Концентрация некоторых или всех из указанных питательных веществ в почве называется в настоящем документе термином «профиль концентрации питательных веществ».

[0036] Преобладающая точка зрения состоит в том, что питательные вещества должны присутствовать в форме ионов в водном растворе, который находится в почве, чтобы растения могли поглощать питательные вещества. Без ограничения теорией считается, что механизм, посредство которого питательные вещества превращаются в ионы и становятся доступными для растений, представляет собой кислотное растворение питательных веществ из твердых частиц минерального вещества. Микробы в почве производят органические кислоты, которые взаимодействуют с частицами почвы и переводят ионы в раствор, делая их биодоступными для растений. Мелкие частицы в почвах имеют наибольшую площадь поверхности, что делает их наиболее активными частицами, которые вводят питательные вещества в почву посредством кислотного растворения. В результате этого мелкие частицы в почвах представляют собой основной источник присутствующих в природе питательных веществ, доступных для растений в почвах.

[0037] Мелкие частицы минерального вещества, отделенные от угольных частиц, в качестве источника питательных веществ в почве

[0038] Мелкие частицы минерального вещества, отделенные от угольных частиц, были исследованы, и оказалось, что они содержат многие из основных питательных веществ, требуемых для здоровых почв. В качестве примера, таблица 3 представляет количества вышеупомянутых питательных веществ, которые являются необходимыми для здорового роста растений, в образцах получаемых из угля мелких частицах минерального вещества, которые определяются методами элементного анализа. Элементный анализ осуществляли, сначала растворяя почву в кислотах, а затем использовали калибровочную атомно-эмиссионную спектроскопию с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES), чтобы количественно определять содержание целевых элементов в составе растворенных образцов почвы. Элементный анализ представляет полное количество каждого питательного элемента, который находится в получаемых из угля мелких частицах минерального вещества. Получаемые из угля мелкие частицы минерального вещества могут использоваться в качестве почвоулучшителя в целях введения необходимых питательных элементов в почву. Таблица 4 представляет дополнительные элементы, которые были обнаружены методом элементного анализа.

[0039] Таблица 3. Полный элементный анализ образцов получаемых из угля мелких частиц минерального вещества, где элементы считаются необходимыми питательными веществами, требуемыми для роста растений.

C028 (частей на миллион) C080 (частей на миллион) C082 (частей на миллион) C093 (частей на миллион) C128 (частей на миллион) C241 (частей на миллион) C278 (частей на миллион) C309 (частей на миллион) Бор 5,3 14,8 10,5 7,4 6,1 7,4 7,3 31,2 Кальций 17600 1570 2840 17800 2590 1170 2720 6540 Хлорид 23,2 17,0 12,8 16,6 34,0 35,4 120,0 11,6 Медь 42,8 14,2 28,2 43,0 44,2 48,2 44,6 38,9 Железо 30100 21400 65000 21500 39800 14100 20500 23100 Магний 5190 619 2420 5240 7630 3170 3110 1840 Марганец 253 25 303 224 653 142 166 282 Молибден 1,9 1,5 2,3 1,4 НО 1,3 1,2 1,7 Азот 1190 4450 3060 2020 806 3270 1930 2830 Фосфор 139,00 343 525 188 362 85 93 699 Калий 2980 1770 2140 2980 3370 2520 2490 691 Сера 1920 5640 2740 4620 1480 3400 1070 10100 Цинк 92,8 20,5 90,0 65,8 100,0 62,7 61,9 73,7

НО=не обнаруживается

Таблица 4. Дополнительные элементы, измеряемые для различных образцов получаемых из угля мелких частиц минерального вещества и не представленные в таблице 3.

C028 (частей на миллион) C080 (частей на миллион) C082 (частей на миллион) C093 (частей на миллион) C128 (частей на миллион) C241 (частей на миллион) C278 (частей на миллион) C309 (частей на миллион) Алюминий 15700 7620 12100 12300 21000 11200 10300 8790 Барий 962 118 199 4240 261 148 151 151 Бериллий 1,67 0,62 0,91 1,85 1,35 1,49 1,17 0,60 Фторид 5,60 НО 6,20 6,40 3,40 4,40 5,60 1,00 Кремний 456 599 541 560 470 827 716 657 Серебро НО НО НО НО НО НО НО НО Натрий 386,00 443,00 261,00 322,00 305,00 310,00 477,00 1740,00 Олово НО НО НО НО НО НО НО НО

НО=не обнаруживается

[0041] Пример 4

[0042] Питательные вещества должны присутствовать в водном растворе в почве в форме ионов, т. е. быть биодоступными, чтобы они могли поглощаться растением через корневую систему. Биодоступные питательные вещества в образце почвы исследуются посредством замачивания образца почвы в воде, что позволяет воде достигать равновесного состояния, а затем измеряются целевые питательные вещества, которые присутствуют в форме ионов, и другие параметры, такие как соленость, катионообменная емкость и pH. Указанное исследование часто называется термином «аналитическое исследование почвы». Таблицы 5 и 6 представляют результаты аналитического исследования почвы для восьми различных образцов получаемого из угля минерального вещества, которое описывается в настоящем документе.

[0043] Таблица 5. Анализ биодоступных элементов в образцах получаемых из угля мелких частиц минерального вещества, где перечисленные элементы представляют собой необходимые питательные вещества, требуемые для роста растений.

C028 (частей на миллион) C080 (частей на миллион) C082 (частей на миллион) C093 (частей на миллион) C128 (частей на миллион) C241 (частей на миллион) C278 (частей на миллион) C309 (частей на миллион) Бор 1 0 1 1 0 1 1 4 Кальций 1981 691 948 2364 519 521 726 2178 Медь 1 1 2 2 1 1 2 2 Железо 24 76 53 44 15 12 14 40 Магний 194 67 83 92 109 118 193 472 Марганец 2 1 15 5 4 3 3 21 Азот в пересчете на NO₃ 1 1 1 1 1 1 1 1 Фосфор в NaHCO₃ 17 19 8 9 11 4 5 5 Фосфор из Weak Bray 47 21 6 23 4 34 27 17 Калий 73 62 85 88 69 109 70 153 Натрий 67 31 38 51 39 110 140 914 Сера в пересчете на SO₄ 112 194 277 182 90 67 127 130 Цинк 1 1 1 1 0 0 1 2

[0044] Таблица 6. Соленость, катионообменная емкость и pH в результатах аналитических исследований почвы для различных образцов получаемого из угля минерального вещества.

C028 C080 C082 C093 C128 C241 C278 C309 Соленость по удельной электропроводности (дСм/м) 1,2 1,2 2,3 0,9 0,9 0,9 1,2 1,4 Катионообменная емкость (мэкв./100 г) 12,0 17,2 6,2 13,0 3,8 4,3 6,0 20,7 pH 7,7 3,8 6,6 7,9 7,6 8,0 7,5 6,5

[0045] Пример 5

[0046] Полный элементный анализ, представленный в таблице 3, описывает полное содержание целевых элементов, присутствующих в образце получаемых из угля мелких частиц минерального вещества. Результаты по биодоступным питательным веществам, которые доступны для непосредственного поглощения растениями, представлены в таблице 5. Таблица 7 количественно представляет процентное содержание данного элемента, который является биодоступным, т. е. содержание биодоступного элемента по отношению к полному содержанию данного элемента. Поскольку биодоступный уровень находится значительно ниже 100% и, как будет обсуждаться далее, приблизительно 70 мас.% получаемых из угля мелких частиц минерального вещества представляют собой вторичное минеральные вещества, оказывается вероятным, что основная часть питательных элементов может становиться биодоступной с течением времени и химического выщелачивания вторичных элементов.

[0047] Таблица 7. Процентная биодоступность элементов для образцов получаемых из угля мелких частиц минерального вещества.

C028 C080 C082 C093 C128 C241 C278 C309 Бор 9,4% 2,7% 5,7% 13,5% 6,6% 10,8% 8,2% 13,8% Кальций 11,3% 44,0% 33,4% 13,3% 20,0% 44,5% 26,7% 33,3% Медь 3,3% 4,2% 6,4% 4,0% 2,0% 2,3% 3,8% 4,1% Железо 0,08% 0,36% 0,08% 0,20% 0,04% 0,09% 0,07% 0,17% Магний 3,7% 10,8% 3,4% 1,8% 1,4% 3,7% 6,2% 25,7% Марганец 0,8% 3,9% 5,0% 2,2% 0,6% 2,1% 1,8% 7,4% Азот 0,08% 0,02% 0,03% 0,05% 0,12% 0,03% 0,05% 0,04% Фосфор 46,0% 11,7% 2,7% 17,0% 4,1% 44,5% 34,4% 3,1% Калий 2,4% 3,5% 4,0% 3,0% 2,0% 4,3% 2,8% 22,1% Сера 5,8% 3,4% 10,1% 3,9% 6,1% 2,0% 11,9% 1,3% Цинк 1,5% 2,9% 0,9% 0,8% 0,4% 0,6% 0,8% 2,2%

[0048] Пример 6

[0049] Содержание тяжелых металлов в получаемых из угля мелких частицах минерального вещества

[0050] Агентство по защите окружающей среды США (EPA) конкретно наблюдает, в каких количествах присутствуют мышьяк, кадмий, хром, кобальт, медь, свинец, ртуть, молибден, никель, селен, ванадий и цинк, когда они вводятся в сельскохозяйственную почву в составе твердых биологических материалов, включая удобрения и отходы. Таблица 8 представляет результаты элементного анализа с использованием ICP-AES для количественного определения содержания вышеупомянутых тяжелых металлов в восьми различных образцов получаемых из угля мелких частиц минерального вещества, которые5 перечислены выше. Заключительный столбец показывает, что все перечисленные тяжелые металлы содержатся на уровне ниже верхних пределов положения EPA 503 для твердых биологических веществ, которые вводятся в сельскохозяйственные почвы.

[0051] Таблица 8. Содержание тяжелых металлов, присутствующих в образцах получаемых из угля мелких частиц минерального вещества.

C028 C080 C082 C093 C128 C241 C278 C309 Верхние пределы содержания твердых биологических веществ согласно положению EPA 503 Мышьяк 17,8 15,7 20,4 16,6 6,7 11,1 18,9 4,5 41 Кадмий 0,6 0,4 1,0 0,5 0,7 0,3 0,4 0,5 39 Хром 18,1 18,3 43,3 53,8 51,6 32,5 32,5 26,1 1200 Кобальт 14,6 4,1 13,4 10,0 15,1 10,7 8,9 8,8 20 Медь 42,8 14,2 28,2 43,0 44,2 48,2 44,6 38,9 1500 Свинец 26,7 25,9 22,6 19,0 19,9 25,2 26,1 7,0 300 Ртуть 0,1 0,1 0,2 0,1 0,0 0,1 0,1 0,1 17 Молибден 1,9 1,5 2,3 1,4 НО 1,3 1,2 1,7 18 Никель 31,0 10,9 31,3 41,2 36,2 29,4 19,3 20,5 420 Селен НО НО НО НО НО 5,4 3,3 НО 36 Ванадий 13,4 45,2 99,0 54,6 23,9 21,0 21,0 30,8 100 Цинк 92,8 20,5 90,0 65,8 100,0 62,7 61,9 73,7 2800

НО=не обнаруживается

[0052] Пример 7

[0053] Минералогия получаемых из угля мелких частиц минерального вещества

[0054] Минеральные вещества, присутствующие в почвах, составляют два основных класса: первичные минеральные вещества и вторичные минеральные вещества. Первичные минеральные вещества являются очень близкими в химическом отношении к исходной горной породе, из которой были получены частицы почвы, и на которую воздействуют только физические атмосферные факторы, например, эрозия. Вторичные минеральные вещества образуются, когда первичные минеральные вещества изменяются с течением времени, когда воздействуют химические атмосферные факторы, например, осаждение или перекристаллизация. Песок и содержащий более крупные частицы ил представляют собой обычные первичные минеральные вещества. Содержащий мелкие частицы ил и глина представляют собой обычные вторичные минеральные вещества. Вторичные минеральные вещества легче высвобождают ионы или питательные вещества в почву для растений в целях использования в процессе их роста. Минералогия объемных образцов и образцов фракций глины (размеры частиц составляют, например, менее 2 мкм) для восьми различных образцов получаемого из угля минерального вещества были описаны с использованием данных рентгеновской дифракции (XRD) и рентгеновской флуоресценции (XRF). Таблица 9 представляет минералогию объемных образцов, и таблица 10 представляет минералогию образцов фракций глины. Кварц и полевой шпат представляют собой первичные минеральные вещества. Остальные минеральные вещества в таблицах 9 и 10 представляют собой вторичные минеральные вещества. Как было указано выше в обсуждении, относящемся к фиг. 3, частицы получаемого из угля минеральное вещество содержат мелкие частицы ила и частицы глины. Поскольку присутствуют частицы ила, также предполагается, что присутствуют первичные минеральные вещества. Согласно таблице 9, приблизительно от 25 мас.% до 30 мас.% объемных образцов составляют первичные минеральные вещества (кварц и полевой шпат). При этом, согласно таблице 10, менее чем 5 мас.% образцов фракций глины составляют первичные минеральные вещества (кварц и полевой шпат). Согласно ожиданиям, все имеющие меньшие размеры частицы представляют собой вторичные минеральные вещества. Кроме того, еще один способ рассмотрения минералогии объемных образцов заключается в том, что все они содержат приблизительно 70 мас.% или более вторичных минеральных веществ (например, глины). Мелкие частицы вторичных минеральных веществ имеют большую площадь поверхности, чем крупные частицы первичных минеральных веществ, что способствует увеличению водоудерживающей способности почвы. Вторичные минеральные вещества часто имеют поверхностные заряды, которые способствуют удерживанию ионов в почве, например, посредством увеличения катионообменной емкости почвы.

[0055] Таблица 9. Минералогия восьми образцов получаемого из угля минерального вещества, определяемая с использованием данных рентгеновской дифракции (XRD) и рентгеновской флуоресценции (XRF) объемных образцов.

Наименование минерала Приблизительное содержание (мас.%) C028 C080 C082 C093 C128 C241 C278 C309 Слюда/иллит 35 20 25 36 40 41 39 <5 Каолинит 24 30 24 14 13 18 18 5 Хлорит 9 ... 7 11 12 9 8 <5 Смектит ... ... ... ... ... ... ... 30 Кварц 20 20 25 25 27 23 27 16 Калиевый полевой шпат <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 ... Плагиоклазовый полевой шпат ... ... ... ... ... ... ... 20 Клиноптилолит ... ... ... ... ... ... ... <3 Кальцит 5 ... ... 5 ... ... ... ... Ярозит ... 7 ... ... ... ... ... ... Магнетит ... ... 10 ... ... ... ... ... Пирит ... ... <1 <1 <1 ... <1 <2 «Аморфный» ... <20 ... ... ... ... ... <20 «Неидентифицированный» <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5

[0056] Таблица 10. Минералогия восьми образцов получаемого из угля минерального вещества, определяемая с использованием данных рентгеновской дифракции (XRD) и рентгеновской флуоресценции (XRF) образцов фракций глины (размеры частиц менее 2 мкм).

Наименование минерала Приблизительное содержание (мас.%) C028 C080 C082 C093 C128 C241 C278 C309 Слюда/иллит 50 ... ... 44 50 54 48 <5 Глина смешанного слоя* ... 43 37 ... ... ... ... ... Каолинит 46 47 52 46 39 40 45 6 Хлорит <5 ... 5 <5 6 <5 <5 ... Смектит ... ... ... ... ... ... ... 90 Кварц ... <5 <5 <5 <5 <5 <5 ... Ярозит ... 5 ... ... ... ... ... ... Кальцит ... ... ... <3 ... ... ... ... «Неидентифицированный» <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5 <5

*Фаза, состоящая из компонента слюды и компонента смектита.

[0057] Таблица 11. Химические формулы минералов, наименования которых перечислены в таблицах 9 и 10.

Наименование минерала Химическая формула Слюда/иллит (K,Na,Ca)(Al,MgFe)₂(Si,Al)₄O₁₀(OH,F)₂ Каолинит Al₂Si₂O₅(OH)₄ Хлорит (Mg,Fe,Al)₆(Si,Al)₄O₁₀(OH) Смектит (Ca,Na)_x(Al,Mg,Fe)₄(Si,Al)₈O₂₀(OH,F)₄•nH₂O Кварц SiO₂ Калиевый полевой шпат KAlSi₃O₈ Плагиоклазовый полевой шпат (Na,Ca)Al(Si,Al)₃O₈ Клиноптилолит (Na,K,Ca)₆(Si,Al)₃₆O₇₂•₂₀H₂O Кальцит CaCO₃ Ярозит (K,Na,H₃O)Fe₃(SO₄)₂(OH)₆ Магнетит (Fe,Mg,Zn,Cu,Ni)(Fe,Al,Cr)₂O₄ Пирит FeS₂ «Аморфный» ? «Неидентифицированный» ?

[0058] Пример 8

[0059] Исследования роста в оранжерее с использованием получаемого из угля минерального вещества в качестве почвоулучшителя.

[0060] Исследования роста в оранжерее осуществляли, выращивая растения шпината и используя песчанистую суглинистую почву, образец C028 получаемого из угля минерального вещества, смеси песчанистого суглинистой почвы, содержащие 10% и 20 мас.% образца C028 получаемого из угля минерального вещества, и смеси песчанистой суглинистой почвы, содержащие 10% и 20 мас.% азомита. Азомит представляет собой имеющийся в продаже почвоулучшитель. Все растения одинаково снабжались орошением и освещением. Никакие удобрения не использовались для ускорения роста растений. Результаты выращивания в оранжерее, представленные на фиг. 4, показывают, что использование получаемого из угля минерального вещества ускоряет рост растений приблизительно в три раза по сравнению с исходной песчанистой суглинистой почвой. Кроме того, растения шпината росли быстрее, когда получаемое из угля минеральное вещество было использовано в качестве почвоулучшителя, чем в том случае, когда имеющийся в продаже почвоулучшитель был использован в качестве почвоулучшителя. Предполагается, что улучшенная текстура почвы и доступные питательные вещества, которые присутствуют, когда получаемое из угля минеральное вещество смешивается с песчанистым суглинком, представляют собой причины ускорения роста растений.

[0061] Значительное усовершенствование в технике представляет собой благоприятное использование мелких частиц минерального вещества, отделенного от угля, поскольку в противном случае оно превращается в отходы, которые представляют собой мусор, заполняющий ущелья, потоки и горные впадины, или летучую золу после того, как уголь сгорает на электростанции. Следующее усовершенствование в технике представляет собой предложение способа улучшения текстуры почвы и питательных характеристик, потому что уменьшается содержание минеральных веществ в сельскохозяйственной почве. Улучшение профиля концентрации питательных веществ в почве является желательным для получения урожая, имеющего повышенное содержание питательных веществ для надлежащего питания человека и животных.

[0062] Мелкие частицы минерального вещества при добавлении в почву увеличивают содержание ила и глины в почве, изменяя текстуру верхнего слой почвы, увеличивая доступность минерала, а также увеличивая водоудерживающую способность и катионообменную емкость (CEC).

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ включает: получение дискретных получаемых из угля частиц минерального вещества, отделенных от дискретных несгоревших частиц угля, причем частицы минерального вещества являются несгораемыми, а частицы угля являются сгораемыми, и перед отделением от несгоревших частиц угля частицы минерального вещества находились среди свойственных для угля частиц минерального вещества; и смешивание частиц минерального вещества с почвой. Почвоулучшитель для модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ. Улучшенная почва, имеющая модифицированную текстуру почвы и улучшенный профиль концентрации питательных веществ. Способ улучшения катионообменной емкости (CEC) почвы. Изобретения позволяют увеличить содержание ила и глины в почве, увеличить доступность минеральных и необходимых питательных веществ для роста растений. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 11 табл., 8 пр.

1. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ, включающий:

получение дискретных получаемых из угля частиц минерального вещества, отделенных от дискретных несгоревших частиц угля, причем частицы минерального вещества являются несгораемыми, а частицы угля являются сгораемыми, и перед отделением от несгоревших частиц угля частицы минерального вещества находились среди свойственных для угля частиц минерального вещества; и

смешивание частиц минерального вещества с почвой.

2. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ по п. 1, в котором частицы минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 50 мкм.

3. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ по п. 1, в котором частицы минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 30 мкм.

4. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ по п. 1, в котором частицы минерального вещества имеют средний размер, составляющий 10 мкм или менее.

5. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ по п. 1, в котором частицы минерального вещества, смешанные с почвой, присутствуют в смеси в количестве, составляющем от 5 до 30 мас.%.

6. Способ модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ по п. 1, в котором частицы минерального вещества смешанный с почвой присутствуют в смеси в количестве, составляющем от 10 до 20 мас.%.

7. Почвоулучшитель для модификации текстуры почвы и улучшения профиля концентрации питательных веществ, включающий дискретные получаемые из угля частицы минерального вещества, отделенные от дискретных несгоревших частиц угля, причем частицы минерального вещества являются несгораемыми, а частицы угля являются сгораемыми, и перед отделением от несгоревших частиц угля частицы минерального вещества находились среди свойственных для угля частиц минерального вещества, где частицы минерального вещества смешиваются с почвой таким образом, что частицы минерального вещества присутствуют в почвенной смеси в количестве, составляющем от 5 до 30 мас.%.

8. Почвоулучшитель по п. 7, в котором частицы минерального вещества содержат необходимые питательные вещества, требуемые для здорового роста растений.

9. Почвоулучшитель по п. 8, в котором частицы минерального вещества содержат многочисленные необходимые питательные вещества, требуемые для здорового роста растений и выбранные из группы, состоящей из B, Ca, Cl, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, N, P, K, S и Zn.

10. Почвоулучшитель по п. 7, в котором частицы минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 50 мкм.

11. Почвоулучшитель по п. 7, в котором частицы минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 30 мкм.

12. Почвоулучшитель по п. 7, в котором частицы минерального вещества имеют средний размер, составляющий менее чем 10 мкм.

13. Почвоулучшитель по п. 7, в котором минеральное вещество включает приблизительно от 10 до 15 мас.% дискретных окисленных частиц угля в пересчете на сухую массу.

14. Улучшенная почва, имеющая модифицированную текстуру почвы и улучшенный профиль концентрации питательных веществ, включающая дискретные получаемые из угля частицы минерального вещества, отделенные от дискретных несгоревших частиц угля, причем частицы минерального вещества являются несгораемыми, а частицы угля являются сгораемыми, и перед отделением от несгоревших частиц угля частицы минерального вещества находились среди свойственных для угля частиц минерального вещества, где частицы минерального вещества смешиваются с почвой таким образом, что частицы минерального вещества присутствуют в почвенной смеси в количестве, составляющем от 5 до 30 мас.%.

15. Улучшенная почва по п. 14, в которой частицы минерального вещества содержат многочисленные необходимые питательные вещества требуемый для здорового роста растений и выбранные из группы, состоящей из B, Ca, Cl, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, N, P, K, S и Zn.

16. Улучшенная почва по п. 14, в которой частицы минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 50 мкм.

17. Улучшенная почва по п. 14, в которой частицы минерального вещества имеют размер, составляющий менее чем 30 мкм.

18. Улучшенная почва по п. 14, в которой частицы минерального вещества имеют средний размер, составляющий менее чем 10 мкм.

19. Улучшенная почва по п. 14, в которой минеральное вещество включает приблизительно от 10 до 15 мас.% дискретных окисленных частиц угля в пересчете на сухую массу.

20. Способ улучшения катионообменной емкости (CEC) почвы, включающий:

получение дискретных частиц минерального вещества, отделенных от дискретных несгоревших частиц угля, причем частицы минерального вещества являются несгораемыми, а частицы угля являются сгораемыми, и перед отделением от несгоревших частиц угля частицы минерального вещества находились среди свойственных для угля частиц минерального вещества; и

смешивание частиц минерального вещества с почвой, причем получаемая в результате почва имеет улучшение CEC, составляющее, по меньшей мере, 4 мэкв./100 г сухой почвы.