СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УДОБРЕНИЙ С ЗАМЕДЛЕННЫМ И КОНТРОЛИРУЕМЫМ ВЫСВОБОЖДЕНИЕМ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2022 года по МПК C05G3/40 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения гранулированных удобрений с замедленным и контролируемым высвобождением питательных веществ.

Снижение потерь питательных веществ при использовании минеральных удобрений является очень важной и актуальной задачей, имеющей не только экономическое, но и экологическое значение. Неиспользованные растениями питательные вещества, поступающие в почву из удобрений, могут вымываться атмосферными осадками и поливными водами, загрязняя грунтовые воды и водоемы, вызывая их эвтрофикацию, выделяться в атмосферу (в первую очередь соединения азота) в виде парниковых газов, приводить к закислению почвы и другим негативным процессам. Для снижения потерь питательных веществ из удобрений и повышения эффективности их использования применяются различные способы, направленные на оптимизацию и регулирование скорости высвобождения питательных веществ из удобрения с целью максимально возможной синхронизации процессов их поступления в почву и потребления растениями.

Значительное распространение получили способы, основанные на нанесении на поверхность гранул традиционных, хорошо растворимых в воде видов удобрений различных малорастворимых полимерных покрытий или оболочек. Регулирование скорости высвобождения питательных веществ в данном случае осуществляется в первую очередь за счет изменения толщины покрытия, а также состава и свойств полимера.

Согласно патенту РФ №2 088 556, МПК C05G 3/00, дата подачи заявки 28.12.1995, на поверхность гранул растворимых в воде удобрений наносится покрытие с проницаемостью по воде от 0,00001 до 0,0000001 мл⋅см/см²⋅ч, состоящее из полимера или полимерной композиции на его основе, содержащей эфиры целлюлозы, или полиамиды, или полиолефины, или их сополимеры, или полиэфируретаны. Соотношение компонентов, мас/ч: полимеры или полимерные композиции 0,5-3,5, водорастворимые вещества 96,5-99,5. В патенте РФ №2212134, МПК A01N 25/08, A01N 25/10, C05G 3/00, дата подачи заявки 09.06.1999, для повышения однородности обработки поверхности и снижения массы полимерного покрытия, состоящего из терпентиновых высыхающих масел, сложных полиэфиров, полиамидов, полиуретанов, термопластичных смол, модифицированного дициклопентадиеном льняного масла, модифицированных дициклопентадиеном алкидных смол, углеводородных термопластичных смол и их смесей, нанесение полимеров предлагается производить на гранулы удобрений, поверхность которых предварительно обработана неотвержденным органическим маслом или его смесью со связующим веществом, выбранным из группы, состоящей из глин, тальков, диамитовых земель, абсорбентных оксидов кремния и их смесей. Согласно патенту РФ №2396237, МПК C05G 3/00, C05G 5/00, B01J 13/10, дата подачи заявки 11.05.2005, на удобрение наносится полиуретановая оболочка, которая включает в себя продукт реакции ароматического изоцианатного компонента и полиола.

Кроме того, удобрения с замедленным высвобождением питательных веществ получают путем нанесения элементной серы на поверхность гранул, однако в этом случае для повышения устойчивости покрытия на его поверхность также наносятся полимеры. Согласно патенту РФ №2141463, МПК С05С 9/00, B01J 2/30, дата подачи заявки 03.04.1995, на покрытое слоем серы удобрение наносится полимерное покрытие, содержащее примерно 5-50 мас. % полимера и 95-50 мас. % углеводородного парафина. В качестве полимера используют сополимеры этилена и винилацетата, сополимеры этилена и акриловой кислоты, сополимеры этилена и этилакрилата, сополимеры этилена и винилового спирта, терполимеры этилена, винилового спирта и винилацетата или их смеси, а углеводородный парафин выбран из группы, включающей природный нефтяной парафин с точкой каплепадения 60-80°С и синтетический углеводородный парафин, имеющий точку плавления 60-105°С и мол. массу 400-600, или их смеси.

К полимерным покрытиям, как правило, предъявляются требования по скорости разложения в почве для исключения накопления и минимизации отрицательного воздействия на окружающую среду. Так, согласно требованиям стандарта ЕС (Regulation EU 2019/1009) степень конверсии углерода, содержащегося в полимерном покрытии, в СО₂ должна составлять не менее 90% в течение 48 месяцев после окончания заявленного периода действия удобрения. Однако очевидно, что эта норма допускает постоянное присутствие полимера в почве и даже его накопление при ежегодном внесении удобрений с покрытиями, при разложении материала полимерного покрытия в атмосферу выделяются парниковые газы. Кроме того, получение биоразлагаемых полимеров требует проведения специальных исследований, что ограничивает их доступность и приводит к увеличению стоимости, а также снижению конкурентоспособности удобрений с покрытиями по сравнению с традиционными видами.

Целью настоящего изобретения является получение удобрений с замедленным и контролируемым высвобождением питательных веществ без применения дорогостоящих и вредных для окружающей среды полимерных покрытий. Для достижения поставленной цели предлагается способ получения удобрений с замедленным и контролируемым высвобождением питательных веществ путем нанесения на гранулы покрытий, состоящих из малорастворимых в воде усвояемых неорганических соединений фосфора. В качестве таких соединений могут быть использованы моно- и дикальцийфосфат, магнийаммонийфосфат, метафосфаты и полифосфаты калия и аммония и другие аналогичные вещества или их смеси в различных соотношениях. Поскольку в отличие от полимеров все указанные выше соединения сами являются удобрениями, то в данном случае не возникает экологических проблем, связанных с биоразложением покрытий и выделением парниковых газов, и максимальная масса и соответственно толщина покрытия согласно предлагаемому способу не ограничены. Другим преимуществом предлагаемого способа является намного большая доступность малорастворимых в воде усвояемых неорганических соединений фосфора по сравнению с полимерами и возможность их получения непосредственно на предприятиях по производству минеральных удобрений.

Согласно предлагаемому способу малорастворимые в воде усвояемые неорганические соединения фосфора могут быть нанесены на поверхность гранул традиционных видов азотсодержащих удобрений в виде подвижных водных суспензий или порошка любым из следующих методов:

1) напылением водной суспензии на поверхность гранул с одновременной сушкой в аппаратах с псевдоожиженным слоем с последующим охлаждением гранул с покрытием;

2) напылением водной суспензии на поверхность гранул с одновременной сушкой в барабанных аппаратах с последующим охлаждением гранул с покрытием;

3) нанесением в виде порошка на поверхность гранул с одновременной подачей воды в качестве связующего в смесителях различных типов (барабанных, шнековых, лопастных, тарельчатых и др.) с последующей сушкой и охлаждением гранул с покрытием.

Скорость высвобождения питательных элементов согласно предлагаемому способу может регулироваться за счет изменения толщины и состава покрытия, путем подбора требуемого соотношения усвояемых неорганических соединений фосфора с различной растворимостью.

Следующие примеры иллюстрируют и подтверждают повышение эффективности использования питательных веществ при использовании предлагаемых удобрений с неорганическими покрытиями:

Пример 1. На поверхность гранул промышленного образца азотно-фосфорно-калийного удобрения (NPK) марки 15-15-15 в лабораторном тарельчатом смесителе-грануляторе было нанесено покрытие, состоящее из монокальцийфосфата (Са(H₂PO₄)₂⋅Н₂О). Масса покрытия составила 26 г на 100 г исходного удобрения, расчетная толщина покрытия - 0,1 мм для гранул диаметром порядка 3 мм. Вегетационные испытания полученного NPK-удобрения марки 15-15-15 с неорганическим покрытием показали его существенно большую эффективность по сравнению с аналогичной по составу и дозе внесения питательных веществ смесью исходного NPK-удобрения марки 15-15-15 без покрытия и гранулированного материала покрытия. Урожай яровой пшеницы в случае внесения NPK-удобрения с покрытием оказался выше на 12%, коэффициент использования азота из удобрения с покрытием выше на 11%, фосфора - на 26%», калия - на 9%. Кроме того, изучение физико-механических свойств полученных гранул удобрения с покрытием показало значительное (на порядок) снижение их тенденции к слеживанию по сравнению с исходным образцом.

Пример 2. На поверхность гранул промышленного образца гранулированного карбамида в лабораторном тарельчатом смесителе-грануляторе было нанесено покрытие, состоящее из смеси монокальцийфосфата и дикальцийфосфата (соотношение 1:1 по массе). Масса покрытия составила 13 г на 100 г исходного удобрения, расчетная толщина покрытия - 0,05 мм для гранул диаметром порядка 3 мм. Вегетационные испытания полученного гранулированного карбамида с неорганическим покрытием показали его существенно большую эффективность по сравнению с аналогичной по составу и дозе внесения питательных веществ смесью исходного гранулированного карбамида без покрытия и гранулированного материала покрытия. Урожай яровой пшеницы в случае внесения гранулированного карбамида с покрытием оказался выше на 18%, а коэффициент использования азота из удобрения с покрытием выше на 16%.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для получения гранулированных удобрений с замедленным и контролируемым высвобождением питательных веществ. Способ включает нанесение на поверхность гранул минеральных удобрений покрытий, состоящих из смесей моно- и дикальцийфосфата. Скорость высвобождения питательных веществ регулируется как за счет изменения толщины покрытия, так и за счет изменения его состава путем подбора требуемого соотношения усвояемых компонентов моно- и дикальцийфосфата с различной растворимостью. Техническим результатом является повышение эффективности использования питательных веществ из удобрений, снижение их потерь, а также снижение негативного воздействия на окружающую среду. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ получения азотсодержащих удобрений с замедленным и контролируемым высвобождением питательных веществ, включающий нанесение на поверхность гранул минеральных удобрений покрытий, состоящих из смесей моно- и дикальцийфосфата, при этом скорость высвобождения питательных веществ регулируется как за счет изменения толщины покрытия, так и за счет изменения его состава путем подбора требуемого соотношения усвояемых компонентов моно- и дикальцийфосфата с различной растворимостью.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что покрытия наносятся методом напыления подвижной водной суспензии на гранулы удобрений с одновременной сушкой в аппаратах с псевдоожиженным слоем и последующим охлаждением гранул с покрытием.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что покрытия наносятся методом напыления подвижной водной суспензии на гранулы удобрений с одновременной сушкой в барабанном аппарате и последующим охлаждением гранул с покрытием.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение покрытия осуществляется в виде порошка с одновременной подачей воды в качестве связующего в смесителях различных типов: барабанных, шнековых, лопастных, тарельчатых с последующей сушкой и охлаждением гранул с покрытием.