способ предотвращения от слеживаемости известковых удобрений

Формула изобретения

Способ предотвращения от слеживаемости известковых удобрений путем смешивания мела с дополнительным компонентом, отличающийся тем, что в качестве дополнительного компонента используют карбонат кальция химического синтеза в количестве 1020 вес.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при производстве и хранении известковых удобрений для проведения химической мелиорации кислых почв.

При выполнении работ по известкованию почв большое значение имеет сохраняемость сыпучести вносимых материалов, на использовании которой основана вся технология применения твердых удобрений.

При работе по перевалочной технологии, когда мелиоранты некоторое время хранятся на краю поля в буртах под открытым небом, возможно их переувлажнение атмосферными осадками и вследствие этого ухудшение физико-механических свойств и сыпучести материала.

Известен мелиорант для кислых почв - мел природный, кормовой и дробленый (ТУ-5743-033-10616802-99).

Мел - рыхлая слабосцементированная карбонатная порода осадочного происхождения. Прочность мела от 1 до 20 МПа, размер зерен мела 0,25-0,5 мм. Для мела характерна высокая открытая пористость, которая составляет 40-50% объема частиц, и вследствие этого высокая гигроскопичность [1]. Меловая мука слеживается в бункерах. Под воздействием атмосферных осадков в теплое время года молотый мел превращается в тестообразную мягкую массу и теряет сыпучесть, а при последующем высыхании цементируется и становится непригодным для внесения в почву [2, 3]. Природный мел по своим химическим свойствам относится к мелиорантам высшей категории, однако применять его для нейтрализации кислотности почв в виде меловой муки без соответствующей обработки не рекомендуется [3].

Известен способ предотвращения от слеживаемости, обеспечивающий сохранение сыпучести мела, предусматривающий получение гранулированного удобрения из меловой суспензии в распылительной сушилке при температуре 500-700^oС [1]. Гранулы имеют требуемую водоустойчивость, внесение при повышенной влажности не вызывает затруднения.

Однако данная технология требует наличия сложной производственной линии с высоким потреблением энергии. Изготовленное известковое удобрение непригодно для хранения под открытым небом. Мел отличается низкой морозостойкостью, в случае неоднократного замораживания и оттаивания гранулы мела распадаются на частицы размером до 0,01 мм, что повышает гигроскопичность и слеживаемость мела [3].

Известен способ снижения слеживаемости мела путем добавления к нему в процессе размола небольшого количества поверхностно-активных веществ (ПАВ) (принят за прототип) [4]. Применяемые поверхностно-активные вещества, обволакивая частицы мела, изменяют величину поверхностного натяжения пленочной воды и уменьшают силу внутреннего трения, что приводит к снижению гигроскопичности и слеживаемости материала.

Недостатком способа является необходимость усложнения технологического процесса с целью получения молотого мела. Кроме того, наличие поверхностно-активных веществ меняет естественное осмотическое давление в корнеобитаемом слое почвы, что ведет к изменению поступления ионов в системе почва - растения. Применяемые ПАВ не являются известьсодержащими материалами и их наличие в мелиоранте нежелательно.

Изобретение решает задачу улучшения эксплуатационных свойств известкового удобрения, сохранение его сыпучести при внесении в почву в условиях повышенной влажности в теплое время года.

Это достигается тем, что в способе предотвращения от слеживаемости известковых удобрений путем смешивания мела с дополнительным компонентом согласно изобретению в качестве дополнительного компонента используют карбонат кальция химического синтеза в количестве 1020 вес.%.

Карбонат кальция химического синтеза (КК), получаемый на предприятиях ОАО "Минудобрения" (ТУ-113-03-22-03-88), имеет очень тонкий гранулометрический состав (остаток на сите 0,1 мм менее 1%) и в отличие от природного мела представлен плоскими кристаллами со скользкими поверхностями. Он не гигроскопичен, не слеживается, обладает высокой удельной поверхностью и влагоемкостью [2, 5, 6] и при хранении в условиях высокой влажности сохраняет сыпучесть до значений, равных предельной полевой влагоемкости. При влажности до 1,5% карбонат кальция химического синтеза обладает свойствами пылевидных мелиорантов, сильно пылит при внесении машинами пневматического типа. При влажности от 10 до 22% переходит из рассыпчатого в слабовязкое состояние, сохраняя сыпучесть до полного насыщения влагой. При влажности, превышающей капиллярную влагоемкость, мелиорант приобретает свойства тиксотропности (расслаивается при перевозках и внесении, а при увлажнении атмосферными осадками мелиорант в основании буртов начинает растекаться).

Мельчайшие кристаллы карбоната кальция химического синтеза со скользкими гидрофобными поверхностями способны обволакивать частицы природного мела и образовывать вокруг них тонкие оболочки, предохраняющие смесь от цементирования и слеживаемости, при сохранении рассыпчатости материала при высоких уровнях влажности, а также препятствуют слипанию мела в комки. При переувлажнении мелиорант не растекается в нижних слоях буртов.

Мелиорант, включающий природный молотый мел и карбонат кальция химического синтеза, обладает преимуществом перед исходными компонентами по физико-механическим и технологическим свойствам (не пылит, не слеживается, при хранении в поле без укрытия увлажненная атмосферными осадками смесь, подсыхая, восстанавливает свои первоначальные свойства хорошей сыпучести).

Предлагаемое техническое решение поясняется примерами конкретного выполнения.

Технологические свойства двухкомпонентного известкового мелиоранта изучались в модельных опытах и в производственных условиях. Исследовались такие технологические свойства, как сыпучесть и рассыпчатость после высыхания, липкость. При выполнении исследований применялся карбонат кальция химического синтеза, получаемый на Россошанском ОАО "Минудобрения", и мел сухомолотый Острогожского карьера Воронежской области.

Физико-механические свойства смесей молотого мела с карбонатом кальция химического синтеза изучали в лабораторно-модельных и полевых опытах.

Смеси готовили путем механического перемешивания исходных компонентов в тукосмесительной камере при помощи шнека с переменным шагом и диаметром. Хранили смеси в буртах под открытым небом, с апреля по октябрь, и в герметически закрытых полиэтиленовых мешках по 40 кг.

По общепринятым методикам определяли слеживаемость, комкуемость, зависание, рассеиваемость, буртуемость смесей. Слеживаемость и сыпучесть определяли по методикам НИУИФ с применением эктензометра ЭТ-5 и установки для определения относительной сыпучести минеральных удобрений конструкции ВИСХОМ [7, 8, 9] . Определение липкости проводили по методу Качинского Н.А. [10], влажность по ГОСТ 20851.4-75.

Смеси молотого мела с карбонатом кальция готовили с шагом в 5 вес.%, при влажности материала от 10 до 30% с шагом в 1%.

Степень слеживаемости мелиоранта после увлажнения и последующего высыхания оценивалась по величине разрушающего напряжения брикета, выраженной в кг/см² по методике НИУИФ.

Результаты исследований приведены в таблице.

Опыты показали, что добавление карбоната кальция химического синтеза к молотому мелу в количестве 10-20 вес.% устраняет цементацию мелиоранта и образующийся после дождей уплотненный сверху слой бурта легко рассыпается в мелкие комки размером 1-5 мм под воздействием механических нагрузок. При погрузке и транспортировке материала слежавшийся слой разрушается под действием усилия в 0,14-0,19 кг/см².

Молотый мел является пассивно сыпучим материалом, у которого связь между отдельными частицами обусловлена не только трением, но и сцеплением. При увлажнении проявляется свойство материала к агрегатированию [11].

При рассеве мелиорантов большое значение имеет сыпучесть и подвижность, которая обусловлена силами сцепления и внутреннего трения материала.

При влажности выше 15% молотый мел имеет тенденцию к образованию комков различной величины, которые нарушают технологический процесс рассева материала. При влажности 18-19% мел превращается в сплошной вязкий ком и становится непригодным для механизированного внесения в почву.

Сыпучесть мела резко снижается практически до нуля в интервале влажности в 16-19%. У карбоната кальция химического синтеза сохраняется технологическая сыпучесть вплоть до полного насыщения влагой, но при влажности выше 18% при динамических нагрузках (встряхивании), при транспортировке и внесении происходит расслаивание материала, делающее его непригодным для внесения.

Сыпучесть мелиоранта значительно изменяется в зависимости от процентного состава смеси. В таблице приведены данные по относительной сыпучести, выраженные в процентах к сыпучести карбоната кальция химического синтеза при влажности в 8%, когда материал переходит из пылевидного состояния в слабопылящее. Сыпучесть карбоната кальция при данных условиях составляет 312-315 кг/см². Относительная сыпучесть молотого мела в интервале влажности 16-19% резко снижается от 28 до 6%. Материал при таком состоянии непригоден для внесения в почву. Сыпучесть наиболее сильно возрастает при увеличении содержания в смеси карбоната кальция химического синтеза до 15 вес.% и мелиорант восстанавливает хорошие технологические свойства и способность к рассеву. Дальнейшее увеличение содержания карбоната кальция в смеси незначительно повышает сыпучесть смеси.

При рассеве известковых удобрений в почву разбрасывателями центробежного типа большое значение имеет снижение липкости материала и устранение налипания мелиоранта на детали и узлы установок.

В проведенных исследованиях молотый мел при влажности в 15-19% вследствие налипания зависает на узлах разбрасывателя удобрений. Карбонат кальция химического синтеза сохраняет невысокие значения липкости вплоть до полного насыщения влагой и не налипает на металлические поверхности установок.

При добавлении к молотому мелу карбоната кальция химического синтеза происходит снижение липкости материала и, при содержании в смеси карбоната кальция выше 15% материал полностью ссыпается с дисков и не зависает на узлах и деталях установок.

Молотый мел в интервалах влажности 16-19% комкуется и имеет низкие показатели равномерности рассева (68-52%). Карбонат кальция при данной влажности находится в порошковидном состоянии и равномерность его рассева вследствие этого не соответствует техническим условиям. Наиболее высокие показатели равномерности рассева отмечены при содержании в молотом меле карбоната кальция химического синтеза в количестве 15%. В этом случае равномерность рассева обусловлена тем, что материал находится в слабоагрегатированном состоянии с размером комков от 1 до 3 мм.

Дальнейшее повышение содержание карбоната кальция в смеси более 30 вес.% полностью снимает агрегатированность материала и смесь переходит в порошкообразное рассыпчатое состояние. Но при этом ухудшается равномерность рассеиваемости мелиоранта.

На чертеже представлен график зависимости равномерности рассева мелиоранта по поверхности почвы разбрасывателем центробежного типа от влажности материала для смесей с различным процентным соотношением карбоната кальция.

Таким образом, выбор указанного в формуле изобретения процентного содержания карбоната кальция химического синтеза в известковом удобрении обоснован достижением таких физико-механических свойств мелиоранта, наличие которых определяет равномерность рассева материала по поверхности почвы в соответствии с требованиями технологических условий.

Источники информации

1. Зощук Н.И., Ильин В.И., Рахимбаев Ш.М. Совершенствование технологии производства удобрений из мела // Строительные материалы. - 1981, 10, с. 15-16.

2. Величко В.А., Кузьмич М.А. Промышленные отходы как известьсодержащие мелиоранты // Химия в с.-х. - 1986, 5, с.14-19.

3. Богомазов Н.П., Черкашин С.М., Мясников Н.Ф., Иванов Н.С., Балес А.А. Комплексные меловые удобрения // Химия в с.-х. 1997.

4. Поляк А.М., Маркина А.Я. К вопросу о слеживаемости молотого мела // Химия в с.-х. -1970, 5, с.25-26.

5. Аканова Н. И. , Шильников И.А., Кирпичников Н.А., Никифорова М.В. Кальцийсодержащие отходы источник известковых удобрений // Химия в с.-х. 1996, 6, с.17-18.

6. Шиян П.Н., Васильев В.Г., Кураков В.И., Гельфанд И.Р., Савельев А.А. Новое известковое удобрение // Химия в с.-х. -1993, 6, с.13.

7. Кувшинников И. М. , Малоносов Н.Л. Метод определения слеживаемости минеральных удобрений // Химия в с.-х. - 1976, с.27-31.

8. Щербаков А.М., Кругляков М.Л., Бурмистрова М.Ф. Физико-механические свойства минеральных удобрений // Химия в с.-х. - 1965, 9, с.17-25.

9. Пестов Н.А. Физико-механические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. - Изд.: АН СССР, 1947.

10. Практикум по почвоведению. Ред. Кауричев И.С. - М.: Агропромиздат. 1986, с.129.

11. Мамаева А. М., Дубовая В.К. Оптимальная степень увлажнения сыпучих материалов // Химия в с.-х. 1974, 7, с.32-33.