Способ получения капсулированного медленнодействующего минерального удобрения

 

Медленнодействующее капсулированное минеральное удобрение получают пропиткой раствором минеральных удобрений предварительно обоженного при 800 - 900°С сапропеля. Пропитку ведут с 3 - 4-х кратным циклом, в течение 5 - 10 мин каждый, 80 - 90%-ным водным раствором минеральных удобрений с последующей сушкой продукта. Способ дешев и полностью исключает чужеродные элементы в составе вносимого в почву удобрения. 1 табл.

Изобретение относится к производству минеpальных удобрений и может быть использовано для получения капсулированных медленнодействующих удобрений.

Известен способ получения капсулированных медленнодействующих удобрений путем нанесения на поверхность гранул суспензии фосфогипса в 20-50%-ном растворе карбамидной смолы при 70-90^оС в течение 2-3 мин [1] Однако этот способ не исключает возможности слипания и слеживания гранул и наряду с этим капсулы с фосфогипсовым покрытием не отличаются высокими прочностными свойствами.

Известен также способ получения капсулированных медленнодействующих удобрений путем нанесения на поверхность гранул, нагретых до 100-120^оС, нескольких слоев эпоксидной смолы через равные промежутки времени (10-20 мин) [2] Недостатками такого способа являются большая производительность процесса изготовления и необходимость использования дорогостоящего сырья (эпоксидных смол).

Кроме того, недостатками указанных способов являются внесение в почву чужеродных элементов, присутствие которых не связано с какими-либо технологическими особенностями сельскохозяйственного производства, а также оболочечный принцип обеспечения медленнодействующего статуса удобрений. В этом случае эффект медленного действия обеспечивается, главным образом, интегрально, в то время как для отдельных капсул потеря медленнодействующего характера происходит при любом локальном разрушении.

Известен способ получения капсулированных медленнодействующих удобрений, по которому к частицам удобрений порциями добавляют водный раствор конденсата мочевины с формальдегидом [3] После каждого добавления шихту перемешивают, гpанулируют и сушат при 80^оС в течение 30 мин.

Однако этот способ имеет вышеуказанные недостатки, в частности, от внесения в почву чужеродных элементов, используемых в качестве связующих для осуществления операции гранулирования.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения медленнодействующего удобpения [4] по которому гранулированные природные пористые вулканические продукты, содержащие цеолиты, пропитывают минеральными растворами. Гранулированный продукт погружают в раствор, содеpжащий калий и фосфор в форме ионов и солей.

Однако способ-прототип, обеспечивающий медленнодействующий характер удобрения, обладает существенными недостатками. Во-первых, пористые вулканические продукты как сыpье для изготовления капсулированных удобрений не является легкодоступным и широко распространенным, что не дает возможности организовать производство удобрений на их основе с достаточной эффективностью. Во-вторых, отработанная пористая гранула не разрушается после вымывания минеральных солей и не ассимилируется почвой, что при многократном использовании ведет к последовательному засорению плодородного слоя посевных земель.

В-третьих, вулканические породы наряду с цеолитами содержат ряд вредных для нормальной жизнедеятельности растений элементов, в частности сернистых соединений. Следовательно, использование подобных удобрений ведет к внесению в почву чужеродных элементов, что в значительной степени нейтрализует их полезные качества.

В-четвертых, поглощение вещества природными цеолитами происходит в абсорбционных полостях, соединяющихся узкими отверстиями, размеры которых сопоставимы с диаметром молекул. Проникнуть через окно могут только те молекулы, критический диаметр которых (диаметр по наименьшей оси молекулы) меньше диаметра входного окна. По этой причине они широко используются в качестве ионообменников и молекулярных сепараторов. Но в рассматриваемом случае эти качества являются негативными. Так как процесс идет на молекулярном уровне, то для достижения высокой степени насыщения гранул минеральными солями требуются большие временные затраты, что нетехнологично, а при малом времени пропитки степень заполнения гранул будет незначительной. Эти же причины затрудняют массоперенос солей из гранул в почву и та их часть, которая содержится во внутренних зонах, останется практически неиспользованной.

Кроме того, цеолиты не могут быть насыщены растворами солей, в состав которых входят молекулы большего диаметра (карбамид (NH₂)₂CO, аммофос, основной компонент которого NH₄H₂PO₄. суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂^. H₂O и многие другие), либо такое насыщение происходит с разрушением используемых химических соединений.

Предлагаемое изобретение полностью исключает вышеуказанные недостатки и обеспечивает; дешевизну и доступность исходного сырья, полную ассимиляцию почвой отработанных гранул после растворения минеральных солей, перманентный характер процесса переноса удобрения из капсулы в почву в ходе последовательного разрушения верхних слоев, высокую емкость пористого контейнера, полное отсутствие чужеродных элементов в составе вносимого в почву удобрения, а также возможность использования минеральных солей любой природы.

Сущность предлагаемого решения заключается в формировании капсул с высокими прочностными свойствами путем насыщения минеральными солями пористых гранул из веществ, которые сами являются удобрениями. Капсулированное удобрение, изготовленное подобным способом, отличается 100%-ной экологической чистотой.

Поставленная задача решается следующим образом: В качестве вещества, формирующего пористый каркас капсулы, используется донный ил (сапропель), который обжигается в высокотемпературной камере (при 800-900^оС), в результате чего образуются пористые гранулы, эффективный диаметр которых лежит в пределах (3-25)^.10^-3м, а пористость характеризуется величиной 3-4 м²г. Исходные гранулы являются непрочными и легко разрушаются под действием небольшого усилия.

Полученные гранулы в сетчатом контейнере погружаются в ванну с 80-90%-ным раствором минеральной соли и пропитываются в течение 5-10 мин. Затем контейнер помещается в камеру, где сушится при 100-150^оС.

Описанный цикл пропитки-сушки повторяется 3-4 раза, в результате чего получаются высокопрочные, насыщенные твердой солью капсулы, не поддающиеся разрушению без специальных приспособлений. Масса конечного продукта в 4-5 раз превосходит массу исходных пористых гранул.

Необходимость использования 80-90% -ных растворов минеральных солей обусловлена тем, что при работе с насыщенным раствором кристаллизация соли из раствора начинается на всей поверхности гранул уже в пропиточной ванне и после первого цикла часть входных отверстий пор оказывается закрытой соляными пробками, что исключает доступ раствора к внутренним зонам гранул. После 4-х циклов пропитки в насыщенном и в 80%-ном растворах средний вес гранул оказывается в 1,3-1,5 раза больше во втором случае, несмотря на меньшую концентрацию соли в растворе. Кроме того, на гранулах, пропитываемых в насыщенном pастворе, формируется практически сплошная солевая оболочка, которая будет легко растворяться при внесении в почву, что повлечет за собой потерю удобрения с грунтовыми водами и утерю медленнодействующего характера удобрения. Пpи использовании 80-90%-ного раствора в процессе испарения воды при сушке происходит рост концентрации соли в растворе до насыщения и кристаллизация начинается во внутренних зонах пор, что позволяет более эффективно использовать весь объем пор для абсорбции минеральных удобрений.

Применение растворов с концентрацией солей менее 80% от уровня насыщения нецелесообразно, так как требует увеличения числа циклов пропитки-сушки и, следовательно, длительности всего технологического процесса.

Наиболее быстрый рост массы капсул происходит в течение первых двух циклов. После четвертого цикла увеличение массы происходит не более чем на 4-5% причем основная часть прироста обеспечивается уже за счет кристаллизации соли на внешней поверхности капсулы, что, как отмечено выше, допускать нецелесообразно. Поэтому наиболее оптимальным является серия из 3-4 циклов пропитки-сушки.

Время пропитки (5-10 мин) выбирается исходя из того, что дальнейшая выдержка не приводит к заметному изменению массы капсул.

Наряду с основными достоинствами предлагаемого способа следует отметить и дополнительные: 1. В процессе диффузионного переноса минеральных солей из пор капсул в почву капсулы постепенно теряют свои механические свойства (обеспечиваемые кристаллическим скелетом в объеме пор) и начинают разрушаться с поверхности, открывая доступ к внутренним зонам капсулы. В результате такого характера процесса обеспечивается не только медленный, но и непрерывный переход удобрения в почву в течение длительного времени с минимальными потерями с грунтовыми водами. Разрушившаяся гранула аcсимилируется почвой, не внося в нее инородных, вредных для растений элементов.

2. Вследствие высокой прочности формируемых капсул и отсутствия необходимости введения в состав сырья связующих добавок полностью исключается слипаемость капсул при сушке и слеживаемость при хранении и транспортировке.

3. Технологический процесс изготовления капсул отличается простотой и непродолжительностью входящих в него операций, а также дешевизной используемого сырья.

4. Абсорбция солей в порах гранул практически полностью исключает вымывание удобрений из капсул, засоление почвы и вымывание солей из почвы грунтовыми водами в водоемы, что обеспечивает возможность использования их в нескольких циклах севооборота.

Экономический эффект наряду с дешевизной сырья и простотой технологии изготовления обеспечивается также и тем, что сушку капсул можно производить за счет тепла, выделяемого при обжиге донного ила.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Сапропель сжигается на воздухе в муфельной печи типа СНОЛ при 900^оС, температура контролируется хромель-алюмелевой термопарой. В результате формируются пористые гранулы диаметром 15-30 мм, черного цвета, легко разрушающиеся пальцами рук.

Навеска гранул массой 100 г (масса контролируется аналитическими весами типа ВЛР-200) в сетчатом контейнере погружается в водный раствор 80%-ной (по массе) концентрации азотного удобрения (аммофос), выдерживается в растворе в течение 2-10 мин (см. таблицу). Концентрация раствора в других экспериментах меняется в диапазоне 70-100% от предела насыщения.

После пропитки контейнер с пропитанными гранулами погружается в сушильный шкаф, где выдерживается при 120^оС в течение 15 мин до удаления влаги.

Затем производится измерение массы удобрения, после чего цикл пропитки-сушки повторяется.

Полученные данные приведены в таблице.

Проведенные испытания показали, что оптимальная продолжительность пропитки составляет 5-10 мин, меньшее время не дает полного насыщения капсулы, удобрением увеличение продолжительности более 10 мин не дает значительного увеличения массы капсул и ведет к неоправданному росту длительности технологического процесса.

Описанный процесс достаточно легко реализуется в условиях промышленного производства, так как не требует какого-либо уникального оборудования.

Изменение массы капсул после пропитки и сушки в зависимости от продолжительности пропитки и числа циклов (начальная масса 100 г) представлено в таблице.

Аналогичные опыты проводили с другими минеральными солями (KCl, карбамид). Установлено, что при равной концентрации удобрений в растворах масса конечного продукта при той же длительности циклов пропитки-сушки отличается от указанной в таблице не более чем на 6% Небольшая величина отклонения объясняется тем, что количество твердой соли любой природы, остающейся в капсуле после каждого цикла пропитки-сушки, во всех случаях обусловлено количеством испарившейся влаги, которое одинаково при постоянной исходной концентрации и неизменном режиме обработки. Поэтому предлагаемый способ позволяет изготовлять медленнодействующие удобрения с использованием любых минеральных солей.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАПСУЛИРОВАННОГО МЕДЛЕННОДЕЙСТВУЮЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ, включающий пропитку раствором минеральных удобрений природных пористых гранулированных продуктов, отличающийся тем, что в качестве природных продуктов используют предварительно обожженный при 800-900^oС 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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2