способ получения гуматов щелочных металлов

Формула изобретения

1. Способ получения гуматов щелочных металлов, включающий сверхтонкое измельчение углей, содержащих гуминовые кислоты в смеси с химической присадкой, содержащей соединения щелочных металлов, отличающийся тем, что в смесь, поступающую на измельчение, дополнительно вводят окислитель в соотношении с углем, 0,04-0,05:1, а химическую присадку на технологический процесс подают в две стадии: на первой стадии - при измельчении с углем и окислителем, а на второй - при перемешивании до получения однородной массы с продуктом, полученным после измельчения, при этом в качестве химической присадки на стадии измельчения угля с окислителем используют карбонаты щелочных металлов, а на стадии перемешивания используют гидроксиды щелочных металлов, затем полученную однородную массу обрабатывают под давлением 3·10⁵ - 4·10 ⁵ Па раствором пластификатора и смачивателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перманганат калия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перекись водорода, или перекись калия, или перекись кальция, или надперекись натрия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химической присадки на стадии сверхтонкого измельчения используют карбонаты калия и/или натрия в соотношении с углем 0,01-0,1:1.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химической присадки на стадии перемешивания используют гидроксиды калия и/или натрия в соотношении с углем 0,13-0,15:1.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора используют 30%-ный раствор карбамида, который в соотношении с углем составляет 0,003-0,03:1.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве смачивателя используют 0,001%-ный раствор ПАВ, который в соотношении с углем составляет 0,0001-0,00015:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологии получения гуминового удобрения из твердых горючих ископаемых.

Известен способ получения гуминовых удобрений (пат. РФ №2104988, 6 C 05 F 11/02, 20.02.98), согласно которому угли, содержащие гуминовые кислоты, смешивают с карбамидом и/или гидроксидами щелочных металлов в соотношении 1:0,2-0,35, затем смесь подсушивают до 6-12 мас.% влаги и подвергают сверхтонкому измельчению до 10 мкм. При этом содержание основного вещества в продукте составляет 81-87 мас.%.

Недостатки данного способа сводятся к следующему:

1. Значительные энергетические затраты на сушку шихты с влажностью 25-30% до влажности 10-12%.

2. Сниженное содержание гуматов в готовом продукте, обусловленное использованием в технологическом процессе подсушенного угля, в котором при сушке происходят усадочные явления за счет сжатия его пористой структуры и уменьшения внешней и внутренней реагентной поверхности.

3. Повышенное содержание пыли при производстве гумата, которое создает высокую запыленность помещения, в связи с этим повышает затраты на создание специальной системы вентиляции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения гуматов щелочных металлов (пат. РФ №2036190, 6 C 05 F 11/02, 08.12.92), согласно которому готовят смесь, состоящую из угля и карбонатов калия и/или натрия, в соотношении 1:0,8-1,2 и подвергают ее диспергированию. Полученный продукт выдерживают в течение суток. В результате получают готовый продукт, содержание растворимого вещества в котором составляет 87,0-94,5 мас.%.

Однако заявляемое соотношение угля и химической присадки (0,8-1,2) в известном техническом решении превышает стехиометрию образования гуматов. В результате в получаемом продукте наряду с водорастворимым гуматом находятся водорастворимые карбонаты калия и/или натрия, а содержание гуматов в получаемом продукте не превышает 80%.

Недостатком способа также является низкая производительность измельчающего аппарата, который необходимо периодически останавливать на чистку рабочего отверстия, зарастающего осмоленным углем и продуктами реакции.

Кроме того, получаемый продукт представляет собой сильно пылящий тонкодисперсный порошок, что затрудняет его фасовку, транспортировку и внесение в почву.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение потребительских свойств получаемого продукта.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение содержания основного вещества в получаемом продукте.

Другим техническим результатом является получение непылящего окомкованного готового продукта.

Технический результат достигается тем, что в способе получения гуматов щелочных металлов, включающем сверхтонкое измельчение углей, содержащих гуминовые кислоты в смеси с химической присадкой, содержащей соединения щелочных металлов, в смесь, поступающую на измельчение, дополнительно вводят окислитель в соотношении к углю, равном 0,04-0,05:1, а химическую присадку на технологический процесс подают в два этапа: на первом этапе - при измельчении с углем и окислителем, а на втором - при перемешивании до получения однородной массы с продуктом, полученным после измельчения, затем под давлением 3·10⁵-4·10⁵ Па смесь обрабатывают раствором пластификатора и смачивателя. При этом в качестве окислителя используют сухой перманганат калия, на сверхтонкое измельчение подают химическую присадку в виде карбонатов калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,01-0,1:1, а на перемешивание с продуктом, полученным после сверхтонкого измельчения, подают гидроксиды щелочных металлов в виде гидроксидов калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,13-0,15:1, в качестве пластификатора используют 30% раствор карбамида, который в соотношении к углю составляет 0,003-0,03:1, а в качестве смачивателя используют 0,001% раствор ПАВ, который в соотношении к углю составляет 0,0001-0,00015:1.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

Предлагаемый способ получения гуматов щелочных металлов предусматривает механоистирающее воздействие на реагенты, в результате которого происходит образование активных центров на поверхности истираемых материалов и осуществление твердофазной реакции между углем, содержащим гуминовые кислоты, и химической присадкой.

Однако, наряду с процессом образования солей гуминовых кислот при измельчении усиливается процесс осмоления углей, который снижает количество активных центров и выход гуматов в готовый продукт.

С добавлением окислителя процесс осмоления угля снижается, что, соответственно, повышает выход гуматов.

Исследованиями установлено, что кроме перманганата калия в качестве окислителя могут быть также использованы некоторые перекиси (гидроперит, К₂О ₂, Na₂O₂, СаО₂, MgO ₂) и надперекиси (КО₂, NaO₂).

Кроме того, применяемый высокоскоростной режим обработки, а также подача химической присадки в два этапа позволяют обеспечить надежную высокопроизводительную работу измельчающего оборудования, КПИ которого, по сравнению с прототипом, увеличивается в ˜4 раза.

Завершение реакции образования гуматов осуществляют в смесителе, куда подают сухую неизмельченную химическую присадку в виде щелочи.

После получения однородной смеси в смеситель под давлением подают раствор пластификатора и смачивателя.

При этом заявляемый интервал давления обеспечивает подачу раствора пластификатора и смачивателя через ороситель в виде аэрозоля. Давление ниже заявляемого предела не обеспечивает образования аэрозоля, давление выше заявляемого предела нецелесообразно, т.к. качество получаемого продукта не улучшается, а энергозатраты увеличиваются.

Пластификатор обеспечивает влажное высококачественное смешение, что позволяет получать на выходе из смесителя непылящий продукт с размером частиц 2-4 мм с хорошей сыпучестью, а водный раствор смачивателя снижает поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз Ж-Т, что обеспечивает более полное проникновение раствора в глубь частицы.

Следует отметить, что образованию кондиционного продукта также способствует экзотермическая реакция образования гуматов. Теплоты, выделяемой при реакции, достаточно для испарения влаги, получаемой с водным раствором смачивателя, что позволяет получать сыпучие, непылящие гуматы, пригодные для затаривания.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что:

- в смесь, поступающую на сверхтонкое измельчение, дополнительно вводят окислитель в соотношении к углю, равном 0,04-0,05:1;

- химическую присадку подают в технологический процесс в два этапа: на первом этапе - в виде карбонатов калия и/или натрия подают при сверхтонком измельчении, на втором этапе - в виде гидроксидов калия и/или натрия при перемешивании с продуктом, полученным после сверхтонкого измельчения;

- в полученную массу под давлением 3·10⁵-10 ⁵ Па вводят раствор пластификатора и растворенного в нем смачивателя;

- на сверхтонкое измельчение подают химическую присадку в виде карбонатов калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,01-0,1:1;

- в качестве гидроксидов щелочных металлов используют гидроксиды калия и/или натрия в соотношении к углю, равном 0,13-0,15:1;.

- в качестве пластификатора используют 30% раствор карбамида, который в соотношении к углю составляет 0,003-0,03:1;

- в качестве смачивателя используют 0,001% раствор ПАВ, который в соотношении к углю составляет 0,0001-0,00015:1.

Таким образом, заявляемое техническое решение отличается от прототипа и соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений, полученных их общедоступных сведений, показал, что не обнаружена информация о признаках:

- использования в твердой фазе окислителя при сверхтонком измельчении с углем и химической присадкой;

- использования раствора пластификатора и смачивателя под давлением, равным 3·10 ⁵-4·10⁵ Па;

- использования химических присадок в два этапа.

В обнаруженной информации имеются сведения об использовании перманганата калия при получении комплексного удобрения (пат. РФ №2000110975, C 05 F 11/02, 28.04.2000).

Однако раствор перманганата калия в известном техническом решении используется как источник микроэлементов для комплексного микроудобрения и на достижение технического результата в заявляемом способе не влияет.

Известны также способы получения гранулирования гуминосодержащих удобрений, в которых в качестве пластификатора используют растворы карбамида (пат. РФ №2051884, 6 C 05 F 11/02, 1995 г.; №2052439, 6 C 05 F 11/02, 1995 г.; №2057105, 6 C 05 F 11/02, 1995 г.).

Таким образом, в заявляемом техническом решении имеются отличительные признаки, не совпадающие с отличительными признаками известных технических решений в обнаруженной технической информации.

Совокупность отличительных признаков в заявляемом техническом решении как совпадающих, так и не совпадающих с признаками известных технических решений позволяет повысить содержание основного вещества в получаемом продукте, повысить КПИ измельчающего оборудования, а также получить непылящий окомкованный продукт.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примерами.

100 кг бурого угля смешивали с 10 кг Na₂СО ₃, 5 кг К₂СО₃ и 0,5 кг перманганата калия. Полученную однородную смесь подвергали ударно-механической обработке в дезинтеграторе при окружной скорости встречно-вращающихся роторов, равной 150 м/сек.

Полученную измельченную до крупности 0,005-0,008 мм смесь помещали в V-образный смеситель, снабженный оросителем, добавляли 15 кг NaOH и перемешивали до получения однородной массы (-12 мин). Затем через ороситель под давлением 4·10⁵Па в смеситель подавали при перемешивании 10 л 30% раствора мочевины с добавлением в него 0,01 г ПАВ (ОП-10) до образования сыпучего окомкованного продукта (˜4 мин) с размером частиц, равным 2-3 мм.

В таблице помещены результаты опытных данных и прототипа других примеров предлагаемого способа.

Как следует из таблицы, по сравнению с прототипом содержание основного вещества в получаемом продукте повышается с 80 до 90,0-95,5 мас.%, размер гранул увеличивается с 0,04 до 2-4 мм.

Проведенные испытания по использованию перманганата калия в качестве окислителя на этапе измельчения показали, что при соотношении его к углю ниже заявляемого предела (№№2, 6, 10) показатели содержания основного вещества находятся ниже уровня прототипа.

При использовании окислителя в соотношении к углю выше заявляемого предела повышения содержания основного вещества в продукте не наблюдается (№5).

При использовании некоторых перекисей и надперекисей в качестве окислителей (№№19-22) показатели содержания основного вещества в продукте находятся на том же уровне, что и при использовании перманганата.

Изменение соотношения пластификатора к углю в сторону ниже заявляемого предела (№9) приводит к уменьшению размера гранул.

Изменение соотношения пластификатора к углю в сторону выше заявляемого предела (№12) не улучшает достигнутые показатели.

Отсутствие смачивателя (№11) значительно ухудшает гранулометрический состав готового продукта.

Таблица
№ п/п	Способ	Состав смеси	Соотношение массы компонентов к углю	Содержание основного вещества, мас.%	Размер гранул, мм
1	2	3	4	5	6
1	Прототип	Бурый уголь		80,5	0,04
		Na2CO3	1:1
		К2СО 3	-
2	Предлагаемый	Бурый уголь
		Na2CO3	0,1:1
		К2СО 3	-	79,7	2-3
		KMnO4	0,03:1
		NaOH	0,15:1
		КОН	-
		CO(NH2) 2	0,03
		ПАВ	0,0001:1
3		Бурый уголь
		Na 2СО3	0,1:1
		К2СО3	-	94,5	2-4
		KMnO4	0,04:1
		NaOH	0,15:1
		КОН	-
		CO(NH 2)2	0,03:1
		ПАВ	0,0001:1
4		Бурый уголь
		Na2СО3	0,1:1
		К2СО3	-	95,5	2-4
		KMnO4	0,05:1
		NaOH	-
		КОН	0,15:1
		CO(NH2) 2	0,03:1
		ПАВ	0,0001:1
5		Бурый уголь
		Na 2CO3	0,1:1
		К2СО3	-	95,5	2-4
		KMnO4	0,06:1
		NaOH	-
		КОН	0,15:1
		CO(NH2)2	0,03:1
		ПАВ	0,0001:1
6		Бурый уголь
		Na2CO 3	-
		К2 СО3	0,1:1
		KMnO 4	0,03:1	79,8	2-3
		NaOH	-
		КОН	0,15:1
		CO(NH2) 2	0,03:1
		ПАВ	0,0001:1
7		Бурый уголь
		Na 2CO3	-
		К 2СО3	0,1:1
		KMnO4	0,04:1	95,3	2-4
		NaOH	-
		КОН	0,15:1
		СО(NH 2)2	0,03:1
		ПАВ	0,0001:1
8		Бурый уголь
		Na2CO3	-
		К2СО3	0,1:1
		KMnO4	0,05:1	95,4	2-4
		NaOH	0,15:1
		КОН	-
		CO(NH2) 2	0,003:1
		ПАВ	0,0001:1
9		Бурый уголь
		Na 2CO3	-
		К 2СО3	0,01:1
		KMnO4	0,04:1	95,5	0,1-1
		NaOH	0,15:1
		КОН	-
		CO(NH 2)2	0,002:1
		ПАВ	0,0001:1
10		Бурый уголь
		Na2СО3	0,05:1
		К2СО3	0,05:1	79,7	1-2
		KMnO4	0,03:1
		NaOH	0,06:1
		КОН	0,07:1
		CO(NH2) 2	0,002:1
		ПАВ	0,001:1
11		Бурый уголь
		Na 2CO3	0.05:1
		К2СО3	0,05:1	90,0	0,006-1
		KMnO4	0,04:1
		NaOH	0,05:1
		КОН	0,1:1
		CO(NH2) 2	0,003:1
		ПАВ	-
12		Бурый уголь
		Na2CO3	0,05:1
		К2СО3	0,05:1
		KMnO4	0,05:1	95,5	2-4
		NaOH	0,1:1
		КОН	0.05:1
		CO(NH2) 2	0,04:1
		ПАВ	0,00015:1
13		Бурый уголь
		Na 2CO3	0,5:1
		К2СО3	0,5:1
		KMnO4	0,06:1	95,0	2-3
		NaOH	0,04:1
		КОН	0.08:1
		CO(NH2) 2	0,003:1
		ПАВ	0,0001:1
14		Бурый уголь
		Na 2CO3	0,01:1
		К2СО3	-
		KMnO4	0,05:1	94,9	2-3
		NaOH	0,08:1
		КОН	0,03:1
		CO(NH 2)2	0,003:1
		ПАВ	0,0001:1
15		Бурый уголь
		Na2CO3	0,004:1
		К2СО3	0,004:1
		KMnO4	0,04:1	79,8	1-2
		NaOH	0,06:1
		КОН	0,06:1
		CO(NH2) 2	0,002:1
		ПАВ	0,0001:1
16		Бурый уголь
		Na 2CO3	0,008:1
		К2СО3	-
		KMnO4	0,04:1	78,1	1-2
		NaOH	0,1:1
		КОН	-
		CO(NH 2)2	0,002:1
		ПАВ	0,0001:1
17		Бурый уголь
		Na2CO3	0,05:1
		К2СО3	0,05:1
		KMnO4	0,04:1	95,5	2-3
		NaOH	0,07:1
		КОН	0,1:1
		CO(NH2) 2	0,03:1
		ПАВ	0,0001:1
18		Бурый уголь
		Na 2CO3	0,008:1
		К2СО3	-
		KMnO4	0,04:1	79,2	2-3
		NaOH	0,1:1
		КОН	-
		CO(NH 2)2	0,003:1
		ПАВ	0,0001:1
19		Бурый уголь
		Na2CO3	0,05:1
		К2СО3	0,05:1
		Гидроперит		95,4	2-4
		(Н 2О2)	0,04:1
		NaOH	0,06:1
		КОН	0,08:1
		CO(NH2) 2	0,004:1
		ПАВ	0,004:1
20		Бурый уголь
		Na 2CO3	0,05:1
		К2СО3	0,05:1
		К2O2	0,05:1	95,4	2-4
		NaOH	0,15:1
		КОН	-
		CO(NH2) 2	0,03:1
21		Бурый уголь
		Na2CO3	0,01:1
		К2СО3	-
		CaO2	0,04:1	95,3	2-4
		NaOH	-
		КОН	0,15:1
		CO(NH2) 2	0,003:1
22		Бурый уголь
		Na2CO3	-
		К2CO3	0,01:1
		NaO2	0,05:1	95,4	2-4
		NaOH	0,12:1
		КОН	-
		CO(NH2) 2	0,03:1