Органо-минеральное удобрение и способ его получения Российский патент 2024 года по МПК C05F11/02 C05F17/00 C05G1/06 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к сложным удобрениям, в частности к органоминеральным удобрениям (ОМУ), содержащих помет птиц и предназначенных для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Одним из путей повышения эффективности земледелия с наименьшими финансовыми затратами в условиях рыночной экономики является применение удобрений на основе местного сырья, не уступающих по действию традиционным минеральным удобрениям.

Известно «Комплексное удобрение», содержащее смесь компонентов, предусматривающий смешивание птичьего помета, торфа и фосфоритной муки и последующее гранулирование смеси, а для смешения птичий помет, торф и фосфоритную муку берут в массовом соотношении 1:0,6-2,0:0,4-2,0 из расчета по сухому веществу, а гранулирование смеси ведут при влажности 30-60% и температуре 35-50 градусов, (см. А.с. №1807047, МПК С 05 F 3/00, 1991).

Комплексное удобрение, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур, имеет существенный недостаток, который заключается в относительно небольшом сроке его действия - не более 2-х лет, что обусловлено низкими сорбционными способностями минерального компонента. За это время удобрение разлагается и проникает в глубокие слои почвы, недоступные для корневой системы растений.

Известно также (RU 2184102) на основе природной кремнистой цеолитсодержащей породы и помета птицеводческих комплексов. Удобрение имеет состав (мас. %): природная кремнистая цеолитсодержащая порода 60-80, помет птицеводческих комплексов 20-40. Используемый цеолит содержит при суммарном содержании опал-кристобалита, клиноптилолита и монтмориллонита 55-80 мас. %. Следующие ингредиенты (мас. %): опал-кристобалит 15-70, клиноптилолит 6-45, глинистые минералы 4-36, в том числе монтмориллонит 2-18, кальцит 3-36, обломочный, преимущественно кварцевый материал 2-22, полевой пшат 0,8-5,0.

Недостатком такого органо-минерального удобрения является низкое количество помета, что делает его недостаточно эффективным. Вместе с тем при повышении его содержания в данной смеси наблюдаются процессы расслоения, что вызывает проблемы при гранулировании и хранении удобрения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному техническому решению является органо-минеральное гранулированное удобрение «Комплексное удобрение» (см. Патент РФ №2258053).

Удобрение содержит смесь минерального и органического компонентов, при этом в качестве минерального компонента оно содержит природный цеолит, а в качестве органического компонента - помет птиц. Удобрение дополнительно содержит химический компонент, включающий азот, фосфор, калий, магний и серу, при соотношении компонентов удобрения, мас. %: природный цеолит 55-65, помет птиц 20-25, химический компонент 12-15, причем химический компонент содержит в качестве веществ, включающих фосфор и азот, суперфосфат и аммиачную селитру, а в качестве вещества, содержащего калий, магний и серу, калий-магнезию при следующем их соотношении в удобрении, мас. %: суперфосфат 6-7, аммиачная селитра 4-5, калий - магнезия 2-3.

Задачей изобретения является - расширение ассортимента комплексных удобрений с применением птичьего помета при разработке способа создание более эффективного ОМУ, в частности, за счет повышения содержания в грануле удобрения доли органического ингредиента, а также разработка технологии получения более стабильного удобрения, с использованием местных минеральных ресурсов и отходов промышленного производства зоны Среднего Урала.

Техническое решение поставленной задачи достигается в результате получения удобрения, содержащего птичий помет, а в качестве влагопоглащающих минеральных составляющих используют диатомит и гипс, а в качестве активных компанентов используют фосфоритную муку и сульфат аммония при соотношении компанетов в масс. %: птичий помет - 25-30; фосфоритная мука 25-30; сульфат аммония 25-30; диатомит 7-10; гипс 7-10, при этом диатомит используют Камышловского месторождения в Свердловской области в виде отсева от сортового диатомита, который по химическому составу состоит из следующих ингредиентов, мас. %: окиси кремния - 60-65; окиси алюминия 10-12; окиси кальция - 4-5, а гипс используют в пылевидном виде, который содержит примеси соединений калия, натрия, магния, железа, фосфора, кобальта, цинка, марганца, меди, титана, а в качестве исходного сырья используют птичий помет влажности 40-50% и диатомит, предварительно измельченный до размера частиц менее 1 мм, механически смешиваемые при интенсивном перемешивании с добавлением гипса и активных компонентов до влажности 20-25%, полученную смесь гранулируют, подвергают дегидратации до влажности 10-14 мас. %, причем фосфоритную муку и сульфат аммония используют фракций 0,1-0,3 мм, а гранулы формируют диаметром 3-5 мм.

В качестве диатомита используют природный минерал осадочного происхождения, содержащий клиноптилолит (высококремнистый цеолит с соотношением кремнезема к глинозему от 6,2 до 8,5) более 50 мас. % с добавками - монтмориллонита, кварца и других примесей.

По химическому составу минерал состоит из следующих ингредиентов (мас. %): окиси кремния - 60-65; окиси алюминия 10-12; окиси кальция - 4-5, а также микроколичеств соединений калия, натрия, магния, железа, фосфора, кобальта, цинка, марганца, меди, титана.

Технический результат в отношении способа достигается тем, что в качестве исходного сырья используется птичий помет влажности 40-50% и диатомит, предварительно измельченный до размера частиц менее 1 мм (оптимально 0.1-0.3 мм), которые интенсивно перемешивают, гранулируют, а затем подвергают дегидратации до влажности 10-14 мас. %. при этом вносят неактивированный диатомит с размерами частиц менее 2 миллиметра, причем для внесения используют отсев от производства сортового диатомита.

В результате подсушивания гранул на второй стадии производства на поверхности гранулы создается прочная корка на основе частиц туфа с сорбированным на их поверхность твердым органическим компонентом, препятствующая потере ценных ингредиентов при хранении.

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется следующими примерами изготовления ОМУ.

Пример 1. В бункер смесителя объемом 73 литра установки непрерывного действия производительностью до 900 кг/час удобрения загружали птичий помет с влажностью 40-50 мас. % и диатомит с содержанием клиноптилолита 55 мас. % с размером частиц 0.2-0.3 мм в соотношении (мас. %) при добавлении гипса, фосфоритной муки и сульфата аммония 8:2. Время смешивания 20-50 сек. Далее смесь с влажностью 25-28%) гранулируется и виде гранул диаметром 3-5 мм и длиной до 10 мм, посредством наклонного транспортера поступает в бункер-накопитель, где досушивается до влажности 12-14%, а затем, как готовое удобрение поступает на фасовку.

Пример 2. В условиях примера 1 проводят получение удобрения с использованием фракции диатомита с содержанием клиноптилолита 51 мас. % с размером частиц 0.2-1.0 мм при соотношении птичий помет: диатомит=9:1.

Пример 3. В условиях примера 1 проводят получение удобрения с использованием фракции цеолитсодержащего туфа с содержанием клиноптилолита 62 мас. % с размером частиц 0.2-0.8 мм при соотношении птичий помет: диатомит=7:3.

Предлагаемое удобрение отличается достаточной прочностью гранул, стабильно при хранении и эффективно при применении.

Природный диатомит измельчают на любом известном устройстве до тонины помола 0,1-3,0 мм. При этом количество частиц размером до 3,0 мм составляет не менее 80 мас. %. Полученный помол смешивают в любом известном устройстве, например шнековом смесителе, с пометом птиц, контролируют влажность смеси и в случае необходимости подсушивают до значений влажности, которые обеспечивают получение готового продукта влажностью не более 20%, добавляют химические компоненты, после чего смесь гранулируют до получения гранул размером до 5 мм. После гранулирования горячие гранулы поступают на ленточный транспортер, где они охлаждаются и досушиваются обдувом воздуха, температура которого составляет 20-25°С. Гранулы, досушенные до влажности 12-14%, поступают в бункер-накопитель, и упаковывают в водонепроницаемую тару.

Осуществление заявляемого способа получения гранул из пометно-минеральной смеси позволяет до 30% снизить расход энергии на испарение влаги. При гранулировании пометно-минеральной смеси получается комплексное удобрение с высоким содержанием необходимых и доступных для растений питательных веществ. Вследствие того что гранулирование производится при влажности смеси 20-25%, качество гранул получается высоким, они не рассыпаются при хранении и транспортировки и их можно применять путем внутрипочвенного внесения при посеве сельскохозяйственных культур либо в виде подкормки в процессе ухода за ними, что на 30-35% повышает эффективность использования такого удобрения.

Новизной способа является то, что предлагается получить органоминеральное удобрение из различных отходов сельскохозяйственных и промышленных производств, свойства которого улучшаются при взаимодействии минеральной и органической частей коллоидов предлагаемых компонентов.

Заявленное удобрения и способ его производства достаточно просты и позволяеют за короткий срок получить высокоэффективное органо-минеральное удобрение, необходимое для использования в сельском хозяйстве.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Благодаря введению в комплексное удобрение дополнительных химических компонентов, содержащих необходимые для роста растений азот, фосфор, калий, магний и серу, достигается эффективное использование удобрения на протяжении всего периода его действия, т.е. до 5 лет, а способность диатомита вначале сорбировать элементы, а затем отдавать их растениям по мере изменения химического равновесия между твердой фазой почвы и почвенным раствором исключает перенасыщение почвы излишним содержанием химических веществ.

После проведения литературного и патентного поиска, лабораторных исследований и теоретического обоснования доз, сроков и периодов введения препарата, были проведены поисковые и производственные физиологические опыты для практического подтверждения и обоснования предложенного способа в полевых условиях.

При этом важно учитывать, что для производства используется местное сырье, а технология получения препарата - гибкая, ориентированная на требования потребителя.

Разработана технология производства органо - минерального гранулированного удобрения ОМУ созданного на основе птичьего помета и природного добываемого минерального сырья с использованием отходов коксохимической промышленности.

Исследования проведены на опытном поле Уральского ГАУ на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистого гранулометрического состава с зерновыми культурами (ячмень и овес). Новое органо - минеральное гранулированное удобрение ОМУ увеличивает урожайность зерновых культур в дозах 30-60 кг/га действующего вещества азота и фосфора. Дальнейшее увеличение доз нецелесообразно. При этом активизируется деятельность микроорганизмов разрушающих клетчатку, однако степень их активности не зависела от исследованных доз удобрений.

Удобрение содержит три добываемых источника минерального питания растений (гипс, диатомит, фосфоритная мука). Использование птичьего помета в составе удобрения является, одновременно, вкладом в решение экологической проблемы утилизации этого отхода птицеводства.

Исследования проведены в течении двух лет на опытном поле Уральского ГАУ на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистого гранулометрического состава с зерновыми культурами (ячмень и овес). Агрохимические показатели почвы являются типичными для аналогичных почв Среднего Урала (гумуса - 7-8%; рНсол. 5,2-5,5; ЕКО - 32-35 ммоль/100 г; сумма обменных оснований 27-30 ммоль/100 г, гидролитическая кислотность - 3-5 ммоль/100 г. Обеспеченность азотом, фосфором и калием - средняя.

Схема опытов: 1. Без удобрений; 2. ОМУ (N30P30); 3. ОМУ (N60P60); 4. ОМУ (N90P90);

Агротехника в опытах общепринятая и заключалась в зяблевой вспашке, ранневесеннем бороновании, внесении удобрений, предпосевной культивации с заделкой удобрений.

Общая площадь делянки 36 м² (12*3 м), учетная 20 м²; повторность трехкратная, расположение делянок в опыте систематическое. Внесение удобрений вручную под предпосевную культивацию, уборка сплошная, комбайновая.

В опытах дополнительно определяли влияние доз удобрения на целлюлозолитическую активность почвы путем учета разложения льняного полотна в почве.

Годы исследований отличались по метеоусловиям вегетационного периода. В первом году, в начале активной вегетации сельскохозяйственных культур, отмечены засушливые погодные условия. Во второй половине лета также стояла жаркая погода с недобором количеством осадков. Среднемесячные температуры в мае - июле превышали среднемноголетние показатели на 1,9о -2,5о, а в августе на7,7о. В то же время, количество осадков составило лишь около 50% от среднемноголетней нормы.

По второму году в начале активной вегетации отмечено избыточное выпадение осадков (157 и 128% от среднемноголетней нормы в июне и июле, соответственно), что способствовало хорошему кущению и формированию колоса зерновых культур. Во второй половине лета стояла теплая погода с небольшим количеством атмосферных осадков (62% в августе и 66% в сентябре). Температурные условия были на уровне среднемноголетних показателей.

Результаты учета урожая зерновых культур в годы исследований приведены в таблице 1.

В условиях дефицита влаги и повышенных среднесуточных температур смешанные удобрения оказали положительное влияние на урожайность ячменя. Прибавка составила 10,3-12,1%. Однако эффективность проявлялась при дозах в удобрении по 30 кг/га азота и •фосфора. Увеличение дозы до 60 кг/га не привело к дальнейшему увеличению урожая, а при дозе 90 кг/га произошло снижение до уровня контрольного варианта.

В более благоприятном по метеоусловиям втором году эффективность нового удобрения, напротив, проявилась лишь в дозе 60 кг/га азота и калия. При дозе 30 кг/га прибавка была недостоверна, однако при увеличении дозы до 90 кг/га, также не отмечалось дальнейшего повышения урожайности. По всей вероятности это объясняется несбалансированностью удобрения, в составе которого лишь 2% калия.

Предполагалось, что наличие в составе смешанного удобрения птичьего помета будет способствовать активизации биологических процессов в почве. Одним из показателей биологической активности почв является целлюлозолитическая активность, характеризуемая скоростью и степенью разложения клетчатки (целлюлозы) почвенными микроорганизмами. Исследования подтвердили рабочую гипотезу, что удобрения активизируют деятельность почвенных микроорганизмов. Во всех вариантах с удобрениями степень разложения льняного полотна на 2,6-4,4% выше по сравнению с контролем, но не зависела от доз удобрения.

Разработанное органоминеральное смешанное многокомпонентное гранулированное удобрение (ОМУ) увеличивает урожайность зерновых культур в дозах 30-60 кг/га действующего вещества азота и фосфора. Дальнейшее увеличение доз нецелесообразно. При этом активизируется деятельность микроорганизмов разрушающих клетчатку, однако степень их активности не зависела от исследованных доз удобрений.

В Таблицах 2 и 3 представлена эффективность смешанного удобрения при выращивании картофеля и капусты белокочанной.

Важнейшим показателем, определяющим органическую эффективность применяемых удобрений является урожайность. Изучая, новую форму комбинированного органоминерального удобрения установлено, что урожайность картофеля (таблица 1) в зависимости от дозы внесения колебалась от 18,3 до 24,2 т/га.

Следует отметить, что наибольшая прибавка получена на вариантах NP (90), NP (120) и составила 5,5 и 5,9 т/га или 30-32,2%, что при НСР 05=3,61 т/га математически достоверно. Остальные варианты опыта показали незначительную прибавку.

Таким образом, применение нового органоминерального удобрения обеспечивает повышение урожайности картофеля на черноземе оподзоленном тяжелосуглинистом на Среднем Урале.

По результатам учета урожайности ранней белокочанной капусты установлено, что внесение нового комбинированного минерального удобрения обеспечивает прибавку урожайности от 1,3-9,8 т/га или 4,6-34,5% по сравнению с контролем (без удобрений).

Необходимо отметить, что существенная прибавка отмечена при дозах внесения NP (90) и NP (120) и составляла порядка 30%.

Таким образом, применение нового органоминерального удобрения обеспечивает прибавку урожая ранней белокочанной капусты на Среднем Урале.

Неочевидным эффектом способа является то, что при незначительных дополнительных затратах, ожидается повышение эффективности работы птицефабрики и отрасли птицеводства. Научная новизна: впервые в составе комплексного органоминерального удобрения применен диатомит в качестве компонента, содержащего аморфный кремний доступный для растений. Удобрение содержит три добываемых источника минерального питания растений (гипс, диатомит, фосфоритная мука). Для создания продукта применен новый способ гранулирования смеси компонентов. Применение научно-обоснованных пропорций составляющих удобрение материалов и оптимального смешивания получен новый уникальный продукт, обладающий повышенными полезными свойствами (агромелиорант, удобрение). Полученный продукт создан на основе отходов промышленности и птицеводства, применяемых в определенных фракциях и пропорциях.

Удобрение гранулированное, обладает хорошей сыпучестью, удобно для применения в сельскохозяйственном производстве. Оно может использоваться на любых типах почв и под все сельскохозяйственные культуры. Производство удобрения - инновационного продукта способствует сохранению и повышению почвенного плодородия, увеличению урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур.

Использование ОМУ по предложенному способу эффективно и может быть рекомендовано для практического внедрения на птицефабриках при переработке птичьего помета и в фермерских хозяйствах.

Работа выполнялась в рамках Государственного задания Министерство сельского хозяйства Российской Федерации по теме «Разработка комплексного сложного органоминерального удобрения на основе местных источников минерального питания растений, отходов промышленности и сельского хозяйства пролонгированного действия» №122032200206-4

Изобретения относятся к области сельского хозяйства. Органо-минеральное удобрение включает птичий помет, минеральные влагопоглощающие составляющие и активные компоненты. В качестве влагопоглощающих минеральных составляющих используют диатомит и гипс, а в качестве активных компонентов используют фосфоритную муку и сульфат аммония при следующем соотношении компонентов в масс. %: птичий помет - 25-30; фосфоритная мука 25-30; сульфат аммония 25-30; диатомит 7-10; гипс 7-10. Способ включает механическое смешивание исходных ингредиентов с активными и их гранулирование. В качестве исходного сырья используют птичий помет влажности 40-50% и диатомит, предварительно измельченный до размера частиц менее 1 мм, оптимально 0,1-0,3 мм, смешиваемые при интенсивном перемешивании с добавлением гипса и активных компонентов до влажности 20-25%. Полученную смесь гранулируют и подвергают дегидратации до влажности 10-14 масс. %, причем фосфоритную муку и сульфат аммония используют фракций 0,1-0,3 мм, а гранулы формируют диаметром 3-5 мм. При этом вносят неактивированный диатомит с размерами частиц менее 2 мм, а для внесения используют отсев от производства сортового диатомита. Изобретения обеспечивают повышение урожайности сельскохозяйственных культур. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

1. Органо-минеральное удобрение, включающее птичий помет, минеральные влагопоглощающие составляющие и активные компоненты, отличающееся тем, что в качестве влагопоглощающих минеральных составляющих используют диатомит и гипс, а в качестве активных компонентов используют фосфоритную муку и сульфат аммония при следующем соотношении компонентов в масс. %: птичий помет - 25-30; фосфоритная мука 25-30; сульфат аммония 25-30; диатомит 7-10; гипс 7-10.

2. Органо-минеральное удобрение по п.1, отличающееся тем, что диатомит используют Камышловского месторождения, по химическому составу состоящий из следующих ингредиентов, мас. %: окиси кремния - 60-65; окиси алюминия - 10-12; окиси кальция - 4-5, а гипс используют в пылевидном виде, содержащий примеси соединений калия, натрия, магния, железа, фосфора, кобальта, цинка, марганца, меди, титана.

3. Способ получения органо-минерального удобрения на основе птичьего помета и минеральных компонентов, путем механического смешивания исходных ингредиентов с активными и их гранулирование, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют птичий помет влажности 40-50% и диатомит, предварительно измельченный до размера частиц менее 1 мм, оптимально 0,1-0,3 мм, смешиваемые при интенсивном перемешивании с добавлением гипса и активных компонентов до влажности 20-25%, полученную смесь гранулируют и подвергают дегидратации до влажности 10-14 мас. %, причем фосфоритную муку и сульфат аммония используют фракций 0,1-0,3 мм, а гранулы формируют диаметром 3-5 мм; при этом вносят неактивированный диатомит с размерами частиц менее 2 миллиметра, а для внесения используют отсев от производства сортового диатомита.