способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия

Формула изобретения

Способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия на основе адсорбционной добавки, заключающийся в использовании в качестве адсорбционной добавки трепела, отличающийся тем, что осуществляют получение комплексного удобрения пролонгированного действия в пять этапов, при этом на первом этапе получают из трепела комплексный адсорбент, для этого смешивают трепел с раствором гидроксокомплекса алюминия с калием К₃[Al(ОН) ₆], помещают полученную суспензию в автоклав и выдерживают в течение четырех часов при давлении 5 атм и температуре 150°С, затем смесь извлекают из автоклава путем промывки водой в соотношении смесь: вода равном 1:3, и доводят до кипения с дальнейшей нейтрализацией полученной щелочной суспензии горячей фосфорной кислотой с концентрацией 30,7 вес.%, при непрерывном перемешивании до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей сушкой раствора до влажности 1%, на втором этапе получают биологически активную гуминовую фракцию удобрения путем обработки торфа 30% раствором гидроокиси калия КОН при кипячении в течение 0,5 ч, на третьем этапе получают органическую азотсодержащую фракцию удобрения путем получения нитрующей смеси, состоящей из фосфорного ангидрида P ₂O₅ и азотной кислоты HNO ₃ в соотношении 1:2, затем торф и нитрующую смесь соединяют в соотношении 1:1 при тщательном перемешивании в реакционном сосуде и подвергают охлаждению в течение 0,5 ч, поместив реакционный сосуд в кристаллизатор со льдом, на четвертом этапе смешивают биологически активную гуминовую и органическую азотсодержащую фракции удобрения, смесь нейтрализуют 25% раствором аммиака до получения раствора, рН которого равен 7,0 с последующей его сушкой, на пятом этапе комплексный адсорбент, полученный на первом этапе, и смесь органической и гуминовой фракций, полученную на четвертом этапе, соединяют в соотношении 1:2,7 с дальнейшим измельчением и получением при этом удобрения, содержащего в своем составе следующие элементы, вес.%:

азот N	21,96
фосфорный ангидрид Р2 О3	15,73
окись калия К2О	11,20
окись кремния SiO 2	12,54
окись алюминия Al2О3	1,65
окись кальция СаО	1,92
окись магния MgO	0,30
окись железа Fe2О3	0,96
окись марганца MnO2	0,14
торф и органические вещества	33,6

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологии получения комплексных удобрений, регулирующих дозированное введение микроэлементов и поглощение из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов, и может найти широкое применение для улучшения плодородия почв и улучшения их экологической безопасности.

Известны различные типы удобрений, служащие для улучшения плодородия почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Например, «Способ получения капсулированного медленно действующего минерального удобрения», включающий пропитку раствором минеральных удобрений природных пористых гранулированных продуктов, при этом в качестве природных продуктов используют сапропель и пропитку ведут с 3-4-кратным циклом в течение 5-10 мин. Каждый 80-90%-ным водным раствором минеральных удобрений с последующей сушкой продукта.

Патент РФ №2038347, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 27.06.95 г.

Известен «Способ получения комплексного удобрения длительного действия», включающий взаимодействие калий - и фосфорсодержащих соединений с цеолитсодержащим сырьем, причем смесь монокальцийфосфата моногидрата, азотнокислого калия и цеолитсодержащего сырья подвергают механической активации в высокоэнергетических и измельчительных аппаратах при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

монокальцийфосфат моногидрат	15-65
азотнокислого калия	10-25.

Патент РФ №2137739, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 20.09.99 г.

Известен «Способ получения биологически активного фосфор-цеолитового удобрения пролонгирующего действия», включающий смешивание фосфорита с природным цеолитом, при этом фосфорит с размером фракций до 0,5 мм смешивают с морденитсодержащим туфом с размером фракций до 2 мм, насыщенным фосфатмобилизующими микроорганизмами.

Патент РФ №2255922, МКИ 6 С05В 17/00, C05G 3/04, опубл. 20.09.99 г.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является «Способ удобрения почвы», включающий внесение в почву минеральных удобрений вместе с адсорбционной добавкой, причем в качестве адсорбционной добавки используют трепел в количестве не менее 60% от веса минеральных удобрений.

Патент РФ №2088557, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 27.08.97 г.

Недостатками вышеописанных способов являются недостаточная эффективность повышения плодородия почв и невысокие адсорбционная способность и емкость поглощения.

К техническому результату относится снижение стоимости полученного комплексного удобрения путем использования дешевого природного сырья в виде трепела и несложной технологической обработки, а также повышение эффективности пролонгированного действия комплексного удобрения на плодородие почвы путем использования комплексного адсорбента, регулирующего дозированное введение микроэлементов с одновременным поглощением с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов.

Технический результат достигается за счет того, что способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия на основе адсорбционной добавки заключается в использовании в качестве адсорбционной добавки трепела, причем осуществляют получение комплексного удобрения пролонгированного действия в пять этапов, при этом

на первом этапе получают из трепела комплексный адсорбент, для этого смешивают трепел с раствором гидроксокомплекса алюминия с калием K₃[Al(ОН) ₆], помещают полученную суспензию в автоклав и выдерживают в течение четырех часов при давлении 5 атм и температуре 150°С. Затем смесь извлекают из автоклава путем промывки водой в соотношении смесь:вода, равном 1:3, и доводят до кипения. Полученную щелочную суспензию подвергают нейтрализации горячей фосфорной кислотой с концентрацией 30,7 вес.% при непрерывном перемешивании до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей сушкой суспензии до влажности 1%.

На втором этапе получают биологически активную гуминовую фракцию удобрения путем обработки торфа 30% раствором гидроокиси калия КОН при кипячении в течение 0,5 часа.

На третьем этапе получают органическую азотсодержащую фракцию удобрения путем получения нитрующей смеси, состоящей из фосфорного ангидрида P₂O₅ и азотной кислоты HNO₃ в соотношении 1:2. Затем торф и нитрующую смесь соединяют в соотношении 1:1 при тщательном перемешивании в реакционном сосуде и подвергают охлаждению в течение 0,5 часа, поместив реакционный сосуд в кристаллизатор со льдом.

На четвертом этапе смешивают биологически активную гуминовую и органическую азотсодержащую фракции удобрения. Смесь нейтрализуют 25% раствором аммиака до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей его сушкой.

На пятом этапе комплексный адсорбент, полученный на первом этапе, и смесь органической и гуминовой фракций, полученную на четвертом этапе, соединяют в соотношении 1:2,7, измельчают и получают при этом удобрение, содержащее в своем составе следующие элементы, вес.%:

Азот N	21,96
Фосфорный ангидрид Р2O 5	15,73
Окись калия К2О	11,20
Окись кремния SiO2	12,54
Окись алюминия Al2O3	1,65
Окись кальция СаО	1,92
Окись магния MgO	0,30
Окись железа Fe2О3	0,96
Окись марганца MnO2	0,14
Торф и органические вещества	33,6

При этом мольное соотношение SiO ₂:Al₂О₃ равно 12,90.

Пример конкретного выполнения способа получения комплексного удобрения пролонгированного действия.

Для получения комплексного удобрения пролонгированного действия производятся следующие операции (в расчете на 1 кг исходного минерального сырья - трепела):

Этап 1. Приготовление комплексного адсорбента:

1. Получение 1 дм³ раствора гидроксокомплекса алюминия с калием - К₃[Al(ОН) ₆]:

1) В 0,1 дм³ H ₂O при кипячении растворяется 0,450 кг гидроокиси калия - (КОН).

2) В горячий раствор добавляется 0,100 кг гидроокиси алюминия - Al(ОН)₃ и полученная суспензия выдерживается при температуре кипения до полного растворения гидроокиси алюминия и просветления раствора.

3) Раствор гидроксокомплекса алюминия с калием доводится до объема 1 дм ³, при кипячении, малыми порциями горячей H ₂О (избегая интенсивного разбрызгивания и помутнения раствора).

2. Полученный раствор К₃[Al(ОН) ₆] вводится в трепел марки М80 (тонина помола <80 мкм) и тщательно перемешивается, полученная суспензия помещается в герметичный автоклав и нагревается до температуры 150°С, давление в автоклаве поддерживается в диапазоне 5-5,2 атм. Время автоклавирования после выхода на температурный режим составляет 4 часа.

3. Извлеченный из автоклава материал помещается в металлическую (нержавеющая сталь) или стеклянную емкость объемом более 10 дм³. Стенки автоклава обмываются водой от остатков смеси и смывы объединяются с основной массой смеси. В конечном итоге, извлеченная из автоклава смесь должна быть разведена водой не менее чем в 3 раза. Далее эту массу доводят до кипения.

4. Полученная щелочная суспензия нейтрализуется горячей фосфорной кислотой разбавленной водой до концентрации 30,7 вес.% или 3,71 моль/дм³ до нейтральной реакции раствора (рН 7,0), при тщательном перемешивании. На нейтрализацию расходуется 0,575 дм³ Н ₃PO₄

5. Полученная суспензия после нейтрализации помещается в испарительную ванну и высушивается.

Таким образом, для получения 1,777 кг комплексного адсорбента, высушенного до воздушно-сухого состояния (влажность 1%) затрачивается 0,100 кг Al(ОН)₃. 0,450 кг КОН, 1 кг трепела марки М80 и 2,13 моль (0,209 кг) Н₃PO ₄.

Этап 2. Приготовление биологически активной гуминовой фракции.

1. 0,5 кг торфа (возможно использование пожнивных остатков, гидролизного лигнина и др.) помещается в стеклянную или металлическую емкость, заливается 1,5 дм³ 30% раствора (m:v) гидроокиси калия (0,300 кг КОН на 1 дм ³ раствора) и кипятится на электрической плитке в течение 0,5 часа.

Этап 3. Получение органической азотсодержащей компоненты.

Приготавливается нитрующая смесь, состоящая из фосфорного ангидрида (P₂O ₅) и азотной кислоты (HNO₃) в соотношении 1:2 по массе чистых веществ (подразумевается масса безводного P₂O₅ и расчетная масса 100% HNO₃), в термостойкой посуде при охлаждении.

2,2 кг торфа помещаются в фарфоровую, тефлоновую или стеклянную посуду и заливаются 2 л нитрующей смеси (малыми порциями при тщательном перемешивании). Для приготовления необходимого количества нитрующей смеси затрачивается 2 дм ³ HNO₃ ( =1,39), имеющей концентрацию 65 вес.%, и 0,910 кг Р ₂O₅. Смесь выдерживают в течение 0,5 часа. При этом реакционный сосуд необходимо охлаждать, например, поместив в кристаллизатор со льдом.

Этап 4. Полученные биологически активная гуминовая фракция и органическая азотсодержащая компонента объединяются и нейтрализуются 25% водным раствором аммиака до нейтральной реакции (рН около 7,0), сопровождающейся появлением слабого запаха аммиака. На нейтрализацию расходуется 5,8 дм³ раствора NH₄ OH.

Полученная смесь помещается в испарительную ванну и высушивается. Общая масса органической компоненты в полученном продукте, приходящаяся на 1,777 кг минеральной компоненты (комплексного адсорбента), составляет 4,969 кг, следовательно соотношение между комплексным адсорбентом и смесью органических и гуминовых фракций составляет 1:2,7.

Этап 5. Получение комплексного удобрения пролонгированного действия.

Комплексный адсорбент (этап 1) и органическая компонента (этап 4) объединяются и размалываются (совместно) в мельнице (шаровой). Таким образом, общая масса полученного продукта составляет 6,746 кг.

Для оценки эффективности комплексного удобрения (супродита) в 2005-2006 гг. были проведены вегетационные опыты на техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве под ячменем сорта «Hyp». Применяемые дозы удобрения - от 0.2 до 0,5 г/кг почвы (в применении к полевым условиям приблизительно 600-1500 кг/га).

Как показали наблюдения, внесение в дерново-подзолистую легкосуглинистую почву Cd в дозе 6 мг/кг почвы снижает урожай зерна в 1,3 раза по сравнению с фоном. При внесении Zn в дозе 600 мг/кг почвы и Cu в дозе 390 мг/кг почвы, снижение урожая зерна по сравнению с контролем составило 1,6 и 1,1 раза (табл.3).

Применение комплексного удобрения (супродита), обладающего высокой емкостью поглощения, способствует повышению урожая на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной Cu, до уровня 116% от контрольного, и нивелирует отрицательное действие Zn₆₀₀ и Cd ₆ на урожай зерна, доводя уровень последнего до 81-82% от контрольного.

Добавление комплексного удобрения в радиоактивно загрязненную почву снижает содержание ¹³⁷ Cs в зерне ячменя на 35% по сравнению с вариантом без мелиоранта. Внесение супродита в загрязненную ТМ (Cd₆ и Zn₆₀₀) почву снижает содержание Cd и Zn в зерне ячменя на 17-27% по сравнению с вариантами без внесения мелиоранта (удобрения)

Таблица 1. Влияние комплексного удобрения пролонгированного действия (супродита) на продуктивность ячменя и накопление ТМ в урожае на техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве
№ п/п	Вариант	Урожай зерна, г/сосуд	Содержание в зерне 137Cs, Бк/кг	Содержание в зерне, мг/кг
				Cd	Zn	Cu
1	Фон-NPK	20,1±0,7	-	0,8	46,6	9,4
2	Фон+137Cs	22,0±0,8	4388±94	-	-	-
3	Фон+137 Cs+удобрение (супродит)	22,1±0,5	3246±75	-	-	-
4	Фон+Cd6	15,0±1,1	-	1,4	-	-
5	Фон+Cd6+удобрение (супродит)	17,0±0,8	-	1,1	-	-
6	Фон+Zn 600	12,9±0,9	-	-	224,4
7	Фон+Zn 600+удобрение (супродит)	16,2±0,8	-	-	192,0	-
8	Фон+Cu390	18,2±0,3	-	-	-	13,9
9	Фон+Cu390+удобрение (супродит)	23,3±0,8	-	-	-	14,1
	HCP 05	-	-	0,1	19,5	2,1

Были апробированы еще 2 варианта комплексного удобрения пролонгированного действия - с пониженным и повышенным содержанием калия. Выяснилось, что внесение в ту же почву, загрязненную Cd₆ и Zn₆₀₀, удобрения с пониженным содержанием калия практически не влияет на урожай зерна ячменя, а в почве, загрязненной Cu₃₉₀ , урожай зерна ячменя едва достигает контрольного уровня (табл.4). Содержание Cd и Zn в зерне ячменя при внесении данного удобрения достоверно не менялось по сравнению с вариантами, где мелиорант не был внесен.

Таблица 2. Влияние комплексного удобрения пролонгированного действия с пониженным (1) и повышенным (2) содержанием калия на продуктивность ячменя и накопление ТМ в урожае на техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве
№ п/п	Вариант	Урожай зерна, г/сосуд	Содержание ТМ в зерне, мг/кг
			Cd	Zn	Cu
1	Фон-NPK	20,1±0,7	0,8	46,6	9,4
2	Фон+Cd6	15,0±1,1	1,4	-	-
3	Фон+Cd6+удобрение (1)	15,9±0,8	1,3	-
4	Фон+Cd6+удобрение (2)	17,3±0,9	1,1	-	-
5	Фон+Zn600	12,9±0,9	-	224,4	-
6	Фон+Zn 600+удобрение (1)	14,0±0,8	-	210,0	-
7	Фон+Zn 600+удобрение (2)	16,6±0,5	-	186,3	-
8	Фон+Cu 390	18,2±0,3	-	-	13,9
9	Фон+Cu390 +удобрение (1)	19,0±0,7	-	-	14,1
10	Фон+Cu 390+удобрение (2)	24,0±0,8	-	-	13,5
	НСР 05	-	0,1	18,8	2,0

Действие удобрения с повышенным содержанием калия на урожай ячменя и накопление ТМ в зерне практически не отличается от эффекта классического удобрения с содержанием калия 25,2%, но стоимость его из-за повышенных доз необходимого для получения удобрения КОН оказывается несколько выше, так что супродит с содержанием К₂O=11,2% оптимален по стоимости и действию на урожай зерновых и накоплению ТМ в зерне, по крайней мере в условиях вегетационных опытов под ячменем на дерново-подзолистых почвах.

Следовательно, предложенный способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия позволяет получить из дешевого природного сырья в виде трепела путем несложной технологической обработки комплексное удобрение, эффективно влияющее на плодородие почвы, путем использования комплексного адсорбента, регулирующего дозированное введение микроэлементов с одновременным поглощением с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов.