Способ получения гранулированного комплексного органоминерального удобрения и сапропелесодержащий гель для его получения Российский патент 2023 года по МПК C05F7/00 C05C9/00 C05G3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для улучшения свойств почвы, ее восстановления и плодородия, в частности к удобрениям, капсулированным пролонгированного действия.

Согласно The Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO), удобрения контролируемого и пролонгированного действия - это удобрения, содержащие элементы питания в форме, которая позволяет отсрочить их высвобождение и поглощение растением после внесения, или которая удлиняет срок их доступности для растений по сравнению с быстродействующими удобрениями (такими, как аммиачная селитра, карбамид и др.). [Удобрения контролируемого и пролонгированного действия -https://infoindustria.com.ua/udobreniya-kontroliruemodo-i-prolongirovannogo-deystviya].

Такого эффекта достигают разными путями, среди которых, получение капсулированных удобрений, содержащих минеральные компоненты, которые могут быть покрыты, например, защитной пленкой, которая может быть нерастворимой в воде, полупроницаемой или непроницаемой с порами для высвобождения элементов. Это покрытие контролирует проникновение воды внутрь гранулы, уровень растворения компонентов удобрения и дает возможность синхронизировать высвобождение элементов с потребностями растения. Капсулированные удобрения могут быть покрыты органическими соединениями (полимеры, латексы, резины, соли жирных кислот) и неорганическими (например, сера, фосфаты, фосфоритную муку, глину). Выбор материала для капсулирования зависит от его химических и физических свойств, цены, доступности. Так, например, в гранулированном удобрении пролонгированного действия ОСМОКОТ [https://www.ruspitomniki.ru/article/agrohimiya-i-zashhita-rastenij.html/id/1202] каждая гранула, содержащая набор минеральных элементов, таких как Ν, Р, К, В, Cu, Fe, Zn, Μn, Mo, Mg, в необходимом для растения соотношении, покрыта органической, полупроницаемой оболочкой (типа мембраны) из биоразлагаемой смолы, производимой из растительных масел.

Также одним из приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур, улучшения качества получаемой продукции, увеличения эффективности использования питательных веществ из удобрений и почвы, а также укрепления иммунитета растений к неблагоприятным факторам среды является использование в сельскохозяйственном производстве экологически чистых, недорогих и эффективных органоминеральных удобрений, содержащих в своем составе сапропель [например, патент РФ №2239619, МПК: C05F7/00, опубл. 10.14.2004, №2280020, C05F7/00, опубл 20.07.2006, №2727193, МПК: C05F 11/02, опубл. 21.07.2020 и др.; Бабенко С.А. и др. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2005, с. 119-122].

Известно применение сапропеля - донного отложения пресноводных озер для уменьшения слеживаемости удобрений [патент РФ №2162832, МПК: С05С 1/02, B01J 2/30 опубл. 10.02.2001]. Гранулированные минеральные удобрения, такие как, нитрофос, аммофос, аммонийная селитра, обрабатывают гидрофильным модификатором, в качестве которого используют осадки после экстракции биологически активных веществ из озерных сапропелей с влажностью 10-25%, в количестве 1-35 мас.%. Порошок сапропеля образует на поверхности гранул минерального удобрения монослой из частиц размером менее 10 мкм, который способствуют неслеживаемости гранул. Получают как удобрения с антислеживающей добавкой при внесении осадка сапропеля от 1 до 10 мас.%, так и комплексные органоминеральные удобрения при внесении осадка в большем количестве от 10 до 35 мас.%. То есть в зависимости от требований потребителя получают гранулы с заданными свойствами. Осадки, оставшиеся после экстракции из сапропелей и нанесенные на поверхность минеральных удобрений, не являются инертными веществами, а содержат микропримеси, которые используются растениями.

Известно получение капсулированного минерального удобрения на основе предварительно обожженного при 800 - 900°С сапропеля [патент РФ №2038347, МПК: C05G 3/04, опубл. 27.06.1995]. Пропитку ведут 3-4-х кратным циклом, в течение 5 -10 мин каждый, 80-90% водным раствором минеральных удобрений с последующей сушкой продукта. Получают высокопрочные, насыщенные твердой солью капсулы. В процессе диффузионного переноса минеральных солей из пор капсул в почву капсулы постепенно теряют свои механические свойства (обеспечиваемые кристаллическим скелетом в объеме пор) и начинают разрушаться с поверхности, открывая доступ к внутренним зонам капсулы. В результате такого характера процесса обеспечивается не только медленный, но и непрерывный переход органоминерального удобрения в почву в течение длительного времени с минимальными потерями с грунтовыми водами. Однако, отжиг сапропеля при 800-900°С приводит к потере ценных и полезных биологических веществ.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении и использовании изобретения является получение гранулированного комплексного минерального удобрения, обеспечивающего повышении эффективности удобрения, в частности, за счет увеличения длительности действия удобрения и снижения количества операций при его использовании.

Технический результат достигается тем, что для получения гранулированного комплексного органоминерального удобрения путем обработки минеральными компонентами сапропельсодержащего продукта, готовят сухую смесь, содержащую 95-98 мас.% сапропеля, остальное - минеральные компоненты, получают сапропелесодержащий гель с размерами частиц сапропеля от от 5 до 10 нм дроблением сапропеля в вихревой мельнице с последующим кавитатационным диспергированием сапропеля в водном растворе едкого калия и карбамида, измельченную сухую смесь смачивают сапропелесодержащим гелем при следующем соотношении компонентов: сапропельсодержащий гель - 10-15 мас.%, сухая смесь - 85-90 мас.%, гранулируют в течение не менее 60 мин., при этом происходит смачивание, окатывание и формирование гранул, затем высушивают при температуре не более 50°С и получают гранулы удобрения с пористостью 35-70%.

Технический результат достигается также тем, что для смачивания сухой смеси, содержащей сапропель, используют сапропелесодержащий гель с размером частиц сапропеля от 5 до 10 нм, полученный путем дробления сапропеля в вихревой мельнице с последующим кавитационным диспергированием сапропеля в водном растворе едкого калия и карбамида, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сапропель - 15,2-17,5, едкий калий - 0,7-0,8, карбамид - 0,1-0,15, вода - остальное, и выдержкой диспергированной смеси в промежуточной емкости в течение часа для последующего процесса дегазации и катализа компонентов смеси.

В качестве минеральных компонентов может быть использована фосфорная мука дополнительно - глина, известь. Возможно добавление каолина, глауконита или органических красителей. Выбор минеральных компонентов зависит от выбора цвета, соотношение этих компонентов зависит от выбора цвета при приготовлении сухой смеси.

Частицы сапропеля в диапазоне 5-10 нм приобретают свойства, дополнительно активизирующие процессы усваивания полезных веществ растениями. Встраивание минеральных веществ геля идет на молекулярном уровне, что приводит к максимально быстрому, полному усваиванию этих веществ растениями.

Наличие геля сапропеля с комплексом внесенных веществ и сухой смеси, содержащей сапропель и минеральные компоненты, позволяет обогатить почву полезными элементами, в частности, сапропель является источником гуминовых и фульвовых кислот, аминокислот, минеральных компонентов, ферментов и витаминов, едкий калий - источник калия, карбамид - источник азота.

Выполнение удобрения в виде пористых гранул с пористостью 35-70%, и смачивание сухой смеси сапропелесодержащим гелем с концентрацией сапропеля 15,2-17,5% позволяет удобрению длительное время хранить в себе активные компоненты в порах гранул. А при каждом поливе часть поверхностного слоя гранул вместе с сапропелем и другими элементами сухой смеси постепенно смывается с водой в почву. Более того, такое исполнение снижает количество операций при применении удобрения, поскольку его не нужно заделывать в почву, достаточно лишь рассыпать на поверхность почвы.

При снижении массовой доли сапропеля до менее 15,2 мас.% снижается эффективность продукта, при увеличении до более 17,5 мас.%. гель становится непригодным для транспортировки и смачивания сыпучего сапропеля при окатывании гранул. Уменьшение содержания едкого калия до менее 0,7 мас.% не обеспечивает активацию продукта. При увеличении массовой доли карбамида до более 0,15 мас.% проявляется много потерь азота в процессе приготовления продукта.

Приготовление сапропелесодержащего геля в кавитационной установке позволяет добиться необходимой консистенции, которая позволяет перемещать гель с помощью насоса по трубопроводу.

Гранулы получают окатыванием, без усложнения процесса производства. Гранулируют в течение порядка 60 мин., при этом происходит смачивание, окатывание и формирование гранул, затем высушивают при температуре не более 50°С и получают гранулы удобрения с пористостью 35-70%. Получение пористых гранул обусловлено тем, что при сушке гранулы отдают воду - остаются пустоты, при скручивании в мешалке гранулы набирают воздух и в последующем схлопывании пузырьков воздуха во время сушки гранул образуются каверны, пустоты, которые и являются порами. Процент пористости определяется сравнением масс сухого и насыщенного водой образца для расчета объема воды, вошедшего в поровое пространство образца, а объем образца - по разности масс насыщенного образца в воздухе и погруженного в воду того же образца, то есть методом гидростатического взвешивания насыщенного водой образца. Высушивание гранул при температуре не более 50 градусов позволяет максимально сохранить полезные свойства удобрения, в том числе имеющегося в сапропеле богатого набора аминокислот и витаминов, в отличие от применения более высоких температур.

Один из возможных вариантов приготовления удобрения с использованием заявляемого способа и композиции продемонстрирован далее на примере.

ПРИМЕР

Для приготовления сухой смеси, содержащей 95-98 масс.% сапропеля, и сапропелесодержащего геля используют сапропель оз. Песчаное Барабинского района Новосибирской области.

70 кг, высушенного до влажности 2-5%, сапропеля смешивают с минеральными компонентами, т.е. фосфорной мукой - 5 кг, глиной - 5 кг и известью - 5 кг, измельчают (степень измельчения 5-10 нм).

Сапропелесодержащий гель изготавливают путем кавитационного диспергирования сапропеля при использовании раствора щелочи едкого калия, при этом в движущийся поток воды подают сапропель, едкий калий, карбамид, при соотношении в мас.%: сапропель (15,2-17,5), едкий калий (0,7-0,8), карбамид (0,1-0,15), вода - остальное, полученный раствор подвергают кавитационному диспергированию. Процесс осуществляют в кавитационной установке, представляющей собой пульсационный насос, рабочее колесо которого имеет внутреннюю полость, снабженную лопатками, и каналами, соединяющими полость с внешней боковой поверхностью колеса. На внешней боковой поверхности колеса расположен вихревой излучатель, в качестве которого на внешней боковой поверхности колеса выполнены тангенциальные, сужающиеся в направлении выхода жидкости, щелевидные каналы, которые относительно направления вращения ротора имеют передние и задние стенки, при этом на передних стенках со стороны выхода жидкости выполнена фаска.

Для приготовления 1 тонны сапропелесодержащего геля используют 820 л воды, 164 кг сапропеля с размером частиц 100 мкм, 5 кг едкого калия, 1 кг карбамида. Сапропель изготавливают с использованием вибросита, в частности, с ячейкой 1 мм, с последующей обработкой вихревой мельницей до получения частиц не более 10 нм. В бак-мешалку при комнатной температуре заливают воду и включают двигатель пульсационного насоса. В движущийся поток воды порциями подают сапропель. Через 10 минут после полной загрузки при скорости потока 12 м/с вводят едкий калий и далее, через 5-6 минут - карбамид. Такая последовательность введения компонентов в воду предпочтительна, интервалы времени подбираются экспериментально. Смесь сапропеля с добавками подвергают кавитационной обработке до температуры 50°С. При вращении рабочего колеса обрабатываемая жидкотекучая среда поступает во внутреннюю полость колеса, где, взаимодействуя с рабочими лопатками, получает вращательное движение. Под действием центробежных сил поток среды получает значительное приращение радиальной скорости, зависящее от частоты вращения колеса и его диаметра. При движении по щелевидным каналам жидкотекучая среда получает дополнительное приращение скорости как за счет действия центробежных сил, так и за счет сужения поперечного сечения каналов. При выходе из каналов жидкотекучая среда за счет фаски направляет поток в сторону заданного вращением колеса движения. Дальнейшая трансформация исходных компонентов происходит за счет кавитационного воздействия в водно-щелочной среде, при гидромодуле 1:4 1:4,5. Последующий процесс дегазации, катализа проходит в промежуточной емкости в течение часа. В результате получают готовый гель, который за счет действия гуминосодержащих веществ - сапропеля, оказывает ростостимулирующее действие на растения, не стимулируя при этом развитие патогенной инфекции в период роста растений. Гранулы удобрения изготавливают в гравитационной мешалке, куда подают 15 кг сапропелесодержащего геля и 85 кг сухой сапропелесодержащей смеси, обеспечивая соотношение сухой смеси и сапропелесодержащего геля 15:85, соответственно. Гранулируют в течение 60 мин., при этом происходит смачивание, окатывание и формирование гранул, затем высушивают при температуре не более 50°С и получают гранулы удобрения с пористостью 35-70%, затем готовые гранулы вводят в вибрационное сито для отсеивания мелких частиц.

Удобрение используют разными способами. Гранулы рассыпают по поверхности почвы или под перекопку. Затем, при каждом поливе из гранул в почву порционно вымываются питательные вещества удобрения, хранящиеся, в том числе, в порах гранул.

Таким образом, заявляемое удобрение не теряет свою эффективность длительное время и удобряет почву при каждом поливе. Гранулы сапропелесодержащего удобрения не распадаются 90 дней, постепенно высвобождая гуминовые вещества, и далее в течение 5-6 лет улучшают состояние почв, отдавая оставшиеся минеральные и органические соединения, в отличие от известных гранулированных удобрений, которые отдают запас полезных веществ за период от 3 недель до года.

Изобретения относятся к сельскому хозяйству. Способ получения гранулированного комплексного органоминерального удобрения включает обработку минеральными компонентами сапропелесодержащего продукта, причем в качестве сапропелесодержащего продукта используют измельченную сухую смесь, содержащую 95-98 мас.% сапропеля, остальное минеральные компоненты, получают сапропелесодержащий гель с размерами частиц сапропеля от 5 до 10 нм дроблением сапропеля в вихревой мельнице с последующим кавитатационным диспергированием сапропеля в водном растворе едкого калия и карбамида, измельченную сухую смесь смачивают сапропелесодержащим гелем при следующем соотношении компонентов: сапропельсодержащий гель – 10-15 мас.%, сухая смесь – 85-90 мас.%, гранулируют в течение не менее 60 мин., при этом происходит смачивание, окатывание и формирование гранул, затем высушивают при температуре не более 50°С и получают гранулы удобрения с пористостью 35-70%. Сапропелесодержащий гель, используемый для получения гранулированного комплексного органоминерального удобрения по данному способу. Изобретения позволяют повысить эффективность удобрения. 2 н.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ получения гранулированного комплексного органоминерального удобрения, включающий обработку минеральными компонентами сапропелесодержащего продукта, отличающийся тем, что в качестве сапропелесодержащего продукта используют измельченную сухую смесь, содержащую 95-98 мас.% сапропеля, остальное минеральные компоненты, получают сапропелесодержащий гель с размерами частиц сапропеля от 5 до 10 нм дроблением сапропеля в вихревой мельнице с последующим кавитатационным диспергированием сапропеля в водном растворе едкого калия и карбамида, измельченную сухую смесь смачивают сапропелесодержащим гелем при следующем соотношении компонентов: сапропельсодержащий гель – 10-15 мас.%, сухая смесь – 85-90 мас.%, гранулируют в течение не менее 60 мин., при этом происходит смачивание, окатывание и формирование гранул, затем высушивают при температуре не более 50°С и получают гранулы удобрения с пористостью 35-70%.

2. Сапропелесодержащий гель, используемый для получения гранулированного комплексного органоминерального удобрения по способу по п. 1, полученный путем дробления сапропеля в вихревой мельнице с последующим кавитационным диспергированием сапропеля в водном растворе едкого калия и карбамида c размером частиц сапропеля от 5 до 10 нм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: сапропель –15,2-17,5, едкий калий – 0,7- 0,8, карбамид -0,1 -0,15, вода – остальное, и выдержкой диспергированной смеси в промежуточной емкости в течение часа для последующего процесса дегазации и катализа компонентов смеси.