Способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия

Способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия

Реферат

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 Р2O5	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 SiO₂: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 H₂O 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 дм³, при кипячении, малыми порциями горячей H₂О (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 Н₃PO₄

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) Н₃PO₄.

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 дм³ раствора) и кипятится на электрической плитке в течение 0,5 часа.

Этап 3. Получение органической азотсодержащей компоненты.

Приготавливается нитрующая смесь, состоящая из фосфорного ангидрида (P₂O₅) 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 дм³ HNO₃ (ρ=1,39), имеющей концентрацию 65 вес.%, и 0,910 кг Р₂O₅. 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 NH₄OH.

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 Cd₆ на урожай зерна, доводя уровень последнего до 81-82% от контрольного.

Добавление комплексного удобрения в радиоактивно загрязненную почву снижает содержание ¹³⁷Cs 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+137Cs+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+Zn600	12,9±0,9	-	-	224,4
7	Фон+Zn600+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
	HCP05	-	-	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+Zn600+удобрение (1)	14,0±0,8	-	210,0	-
7	Фон+Zn600+удобрение (2)	16,6±0,5	-	186,3	-
8	Фон+Cu390	18,2±0,3	-	-	13,9
9	Фон+Cu390+удобрение (1)	19,0±0,7	-	-	14,1
10	Фон+Cu390+удобрение (2)	24,0±0,8	-	-	13,5
	НСР05	-	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.

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 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 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 Р2О3	15,73
окись калия К2О	11,20
окись кремния SiO2	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