Органоминеральное удобрение (варианты)

 

Изобретение относится к химической промышленности по производству удобрений и может быть использовано в сельском хозяйстве для повышения плодородия как истощенных, так и плодородных почв. В одном из вариантов в удобрение, содержащее окисленные отходы угледобычи, фосфоритную муку и минеральные азотные вещества, дополнительно введены калий и биохимически переработанная органическая масса. Соотношение компонентов, мас.%: окисленные отходы угледобычи 30-35, фосфоритная мука 5,0-5,5, минеральные азотные вещества 3,5-4,0, калий 1,0-1,5, биохимически переработанная органическая масса 60-65. В другом варианте в удобрение дополнительно введены гипсосодержащие мелиоранты. При этом соотношение компонентов, мас.%: окисленные отходы угледобычи 20-25, фосфоритная мука 5-6, минеральные азотные вещества 3-4, калий 0,5-1,5, гипсосодержащие мелиоранты 5-10, биохимически переработанная органическая масса 45-50. Биохимически переработанная органическая масса в любом варианте изобретения содержит органические продукты, разложившиеся совместно с другими компонентами удобрения. К таким продуктам относятся навоз различных сельскохозяйственных животных и птиц, измельченные отходы деревообработки, отходы производства кормовых белково-витаминных добавок, биологические осадки производств первичной переработки шерсти. Использование органоминеральных удобрений позволяет повысить агрохимическую эффективность при выращивании сельскохозяйственных культур. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к химической промышленности по производству органоминеральных удобрений и может быть использовано в сельском хозяйстве для повышения плодородия как истощенных, так и плодородных почв. Преимущественное использование предлагаемого изобретения - на деградированных истощенных пахотных землях, а также на искусственных и естественных лугах с любым рельефом местности и величиной: от приусадебных участков и фермерских хозяйств до крупных земельных владений в несколько тысяч гектаров.

Известно использование отходов углеобогащения ("хвостов" флотации угля) на супесчаных черноземах в качестве органоминеральных удобрений. В состав таких отходов входят не только органические вещества, но и минеральные элементы, такие как азот и фосфор (1).

Недостатком флотохвостов является низкая агрохимическая эффективность из-за высокой зольности, составляющей до 90% по массе. Известно органоминеральное удобрение, содержащее окисленные отходы угледобычи, фосфоритную муку и минеральные азотные вещества при следующем соотношении компонентов, мас.%: отходы угледобычи 80-83, фосфоритная мука - 15-17, сульфат аммония 2-3 (2).

Это удобрение, взятое за прототип, обладает недостаточной агрохимической эффективностью по следующим причинам: - во-первых, высокой зольности, которая составляет 60-70% от массы удобрения; - во-вторых, медленной усвояемости фосфора на карбонатных и нейтральных почвах из-за слабого процесса гидролиза; - в-третьих, поскольку удобрение является физиологически кислым, оно ухудшает физико-химические свойства кислых почв.

Поскольку в удобрении 80-83% по массе составляют отходы угледобычи, которые не всегда сбалансированы по токсическим элементам, таким как мышьяк, свинец, трех- и шестивалентный хром, медь, цинк, то высокое содержание отходов угледобычи в удобрении может оказаться нежелательным с экологической точки зрения.

При создании группы изобретений ставилась единая задача получить органоминеральное удобрение, во-первых, с высокой степенью агрохимической эффективности при выращивании сельскохозяйственных культур на различных типах почв и, во-вторых, обладающее экологической безопасностью при любых дозах его внесения в почву.

В первом варианте изобретения поставленная задача достигается тем, что в известное органоминеральное удобрение, содержащее окисленные отходы угледобычи, фосфоритную муку и минеральные азотные вещества дополнительно введены калий и биохимически переработанная органическая масса при следующем соотношении компонентов, мас.%: Окисленные отходы угледобычи - 30 - 35 Фосфоритная мука - 5,0 - 5,5 Минеральные азотные вещества - 3,5 - 4,0 Калий - 1,0 - 1,5 Биохимически переработанная масса - 60 - 65 Во втором варианте изобретения этой группы поставленная задача достигается тем, что в известное органоминеральное удобрение, содержащее окисленные отходы угледобычи, фосфоритную муку и минеральные азотные вещества, дополнительно введены калий, гипсосодержащие мелиоранты и биохимически переработанная органическая масса при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окисленные отходы угледобычи - 20 - 25
Фосфоритная мука - 5 - 6
Минеральные азотные вещества - 3 - 4
Калий - 0,5 - 1,5
Гипсосодержащие мелиоранты - 5 - 10
Биохимически переработанная масса - 45 - 50
Биохимически переработанная органическая масса во всех вариантах изобретения содержит органические продукты, разложившиеся преимущественно совместно с другими компонентами удобрения.

К таким продуктам относятся, в частности, навоз различных сельскохозяйственных животных и птиц, измельченные отходы деревообработки, отходы производства кормовых белково-витаминных добавок, биологические осадки производств первичной обработки шерсти.

Введение в состав удобрения биохимически переработанной органической массы обеспечивает хорошие физико-химические свойства удобрения, такие как реакция среды (pH), влагоемкость, легкая доступность питательных веществ растениям, активное разложение нерастворимых или труднорастворимых фосфоросодержащих удобрений (фосфаты, апатиты), наиболее оптимально складывается соотношение основных элементов питания, повышается влияние удобрения на рост возделываемых культур за счет повышения эффективности биологически активных веществ. Кроме того, введение в состав удобрения биохимически переработанной органической массы в соответствии с настоящим изобретением устраняет газообразные потери азота и уничтожает семена сорно-полевой растительности и патогенной микрофлоры.

Все вышесказанное ведет к повышению агрохимической эффективности органоминерального удобрения при выращивании сельскохозяйственных культур на различных типах почв и экологической безопасности при любых дозах его внесения в почву.

В качестве азотных веществ используются широко применяемые в сельском хозяйстве азотные удобрения: мочевина (карбамид), аммиачная селитра, сульфит аммония.

Отходы угледобычи представляют собой окисленные, выветренные, сажистые, гумусовые угли. В основном это углеродосодержащая масса, богатая органическими веществами, элементами питания и микроэлементами. В частности, в окисленные отходы угледобычи входят следующие химические элементы, мас.%:
углерод - 36 - 93; азот - 0,06 - 1,8; фосфор - 0,006 - 0,16; калий - 0,41 - 0,58.

Содержание компонентов в отходах зависит от уровня аморфизации: нижний предел соответствует неразрушенным отходам, верхний - отходам, хранящимся на воздухе 4-6 месяцев.

В качестве гипсосодержащих мелиорантов применяется гипс, фосфогипс.

Продукты, входящие в биохимически переработанную массу, содержат следующие химические элементы, мас.%:
- навоз крупного рогатого скота: азот - 3,2; фосфор - 1,0; калий - 3,0;
- куриный помет: азот - 3,4; фосфор - 7,5; калий - 2,3;
- отходы производства кормовых белково-витаминных добавок, в том числе лигнин гидролизный: азот - 0,63; фосфор - 0,45; калий - 0,63 и ил гидролизный: азот - 8,0; фосфор - 8,0; калий - 1,4;
- измельченные отходы деревообработки: азот - 0,6; фосфор - 0,45; калий - 0,4;
- биологические осадки первичной обработки шерсти: азот - 1,4; фосфор - 1,2; калий - 0,9.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа однообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел:
- заявка относится к объектам изобретения одного вида - органоминеральному удобрению;
- объекты изобретений имеют одинаковое назначение - применение в сельском хозяйстве для повышения плодородия как истощенных, так и плодородных почв;
- объекты изобретений обеспечивают получение одного и того же технического результата - повышение агрохимической эффективности удобрения и обеспечение его экологической чистоты;
- объекты изобретений обеспечивают получение одного и того же результата принципиально одним и тем же путем - введением в состав удобрения биохимически переработанной органической массы.

Таким образом, условия единства изобретения, выраженные в п.1 статьи 16 Патентного закона Российской Федерации и в п.2.3 Правил составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение, по мнению заявителя, соблюдены.

Для приготовления любого органоминерального удобрения из заявленной группы изобретений берут измельченные окисленные угли крупностью не более 1 мм, с которыми смешивают в соответствующей пропорции органические и минеральные компоненты в специальных, например бетонных, емкостях или открытых площадках. При плюсовых температурах окружающей среды производят 1-3 перемешивания всей приготавливаемой массы с тем расчетом, чтобы активизировать биохимические процессы во всем объеме приготавливаемой массы.

При достаточном доступе кислорода к массе приготавливаемого удобрения происходит саморазогрев массы до температуры 50-60^oC в течение 30-40 дней. К этому времени масса приобретает творожистую консистенцию, теряет влагу и постепенно охлаждается, приобретая все необходимые свойства. Удобрение готово к расфасовке и использованию.

В табл. 1 представлены сравнительные агрохимические показатели предлагаемого удобрения (п.1 формулы изобретения), удобрения, принятого за прототип (патент 2017707) и подстилочного навоза крупного рогатого скота.

В табл. 2 представлены сравнительные данные по урожайности в 1992-1994 гг. для различных видов удобрений: строка 1 - без удобрений; строка 2 - принятые нормативы внесения минеральных удобрений; строка 3 - навоз крупного рогатого скота (КРС), внесенный в количестве 60 т/га (принятый норматив внесения в Красноярском крае), строка 4 - для удобрения по патенту 2017707, строка 5 - для предлагаемого удобрения по варианту, соответствующему п.1 формулы изобретения.

В табл. 3 представлены сравнительные агрохимические показатели предлагаемого удобрения (п.7 формулы изобретения), удобрения, принятого за прототип (патент 2017707) и подстилочного навоза крупного рогатого скота на слабосолонцеватых (каштановых) почвах.

В табл. 4 представлены данные по урожайности в 1992-1994 гг. на слабосолонцеватых (каштановых) почвах для следующих видов удобрений: строка 1 - без удобрений; строка 2 - принятые нормативы внесения минеральных удобрений; строка 3 - навоз крупного рогатого скота; строка 4 -для удобрения по патенту 2017707; строка 5 - для предлагаемого удобрения по варианту, соответствующему п.7 формулы изобретения.

Из данных табл. 1 следует, что основные агрохимические параметры на реакции среды (pH) близки друг к другу, что дает основание использовать эти удобрения в аналогичных климатических условиях. Однако зольность предлагаемого удобрения в 1,5-1,7 раза меньше, чем у известного. Содержание органического вещества в предлагаемом органоминеральном удобрении в 1,5-1,9 раза выше, а валовое количество азота в 7,5-8,5 раза больше, чем у известного удобрения (по патенту 2017707).

Из данных табл. 2 следует, что предлагаемое органоминеральное удобрение по продуктивности превосходит удобрение, взятое за прототип, на 41,6%
Из данных табл. 3 следует, что содержание органического вещества предлагаемого органоминерального удобрения превосходит удобрение, взятое за прототип, на 9-10%.

Из данных табл. 4 следует, что предлагаемое удобрение по продуктивности превосходит удобрение, взятое за прототип, на 95,5%.

Химический анализ заявленных органоминеральных удобрений и их составляющих компонентов показали, что по содержанию приоритетных наиболее опасных тяжелых металлов они значительно ниже санитарно-гигиенических норм ПДК и не являются загрязнителями почвы при использовании этих удобрений. Низкая концентрация тяжелых металлов в органоминеральных удобрениях, а именно: марганца в 2,4; цинка в 1,6; меди в 10,4; кадмия в 9,0; свинца в 6,7; никеля в 5,4; хрома в 4,2 раза ниже ПДК, не может способствовать накоплению их в почве выше ПДК при внесении этих удобрений в почву в любых дозах. По существу, по содержанию тяжелых металлов почвы, удобренные органоминеральными удобрениями, не отличаются от не удобренных. На удобренном фоне заявленных удобрений содержание цинка на 23,6; меди на 17,4; свинца на 14,5; кадмия на 14,3 меньше, чем в самых обыкновенных почвах.

Именно этим объясняется низкое содержание тяжелых металлов и фторидов в возделываемых культурах, выращенных с применением заявленных удобрений: в кукурузе и однолетних травах среднее содержание цинка в 2,36; меди в 3,04; кадмия в 2,1; свинца в 2,5 раза меньше максимально допустимых уровней (МДУ).

Таким образом, корма, полученные при возделывании на фоне заявленных удобрений, с экологической точки зрения являются доброкачественными и пригодными для кормления скота, дающего мясную и молочную продукцию для диетического и детского питания.

Сравнительные измерения активности естественных и искусственных радионуклидов в почве и предлагаемых удобрениях показывают, что в удобрениях она невысока, а по цезию-137 в 5,6; калию-40 в 3,2; торию-232 в 4,5; радию-220 в 2,8 и в эффективной активности естественных радионуклидов (ЕРН) в 3,5 раза ниже активности этих радионуклидов в целинной почве. Активность радионуклидов в заявленных удобрениях не превышает активности их в почвах в Усть-Абаканском районе (Республика Хакасия) и в среднем по Республике Хакасия, где проводились полевые испытания, что свидетельствует о радиологической чистоте удобрений и возможности внесения их в почву в неограниченном количестве.

Использование органоминеральных удобрений позволяет повысить продуктивность на 41,6% (вариант по п.1 формулы изобретения) и на 95,5% (вариант по п. 7 формулы изобретения) относительно удобрения, взятого за прототип (патент 2017707). Содержание органического вещества в предлагаемом удобрении в 1,5-1,9 раз (вариант по п. 1 формулы изобретения) и на 9-10% (вариант по п.7 формулы изобретения) выше, чем в прототипе.

Библиографические данные
1. Генезис и плодородие почв: сб. науч. тр. (Харьковский ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственный институт им. В.В.Докучаева, Харьков 1982, т. 284, стр. 57-63.

2. Патент РФ N 2017707, кл. C 05 F 11/02, опубл. 15.08.94, бюл. N 15.

Формула изобретения

1. Органоминеральное удобрение, содержащее окисленные отходы угледобычи, фосфоритную муку и минеральные азотные вещества, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит калий и биохимически переработанную органическую массу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окисленные отходы угледобычи - 30 - 35
Фосфоритная мука - 5,0 - 5,5
Минеральные азотные вещества - 3,5 - 4,0
Калий - 1,0 - 1,5
Биохимически переработанная органическая масса - 60 - 65
2. Органоминеральное удобрение по п.1, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит продукты, разложившиеся совместно с другими компонентами удобрения.

3. Органоминеральное удобрение по п.1 или 2, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит навоз различных сельскохозяйственных животных и птиц.

4. Органоминеральное удобрение по п.1 или 2, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит измельченные отходы деревообработки.

5. Органоминеральное удобрение по п.1 или 2, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит отходы производства кормовых белково-витаминных добавок.

6. Органоминеральное удобрение по п.1 или 2, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит биологические осадки производств первичной переработки шерсти.

7. Органоминеральное удобрение, содержащее окисленные отходы угледобычи, фосфоритную муку и минеральные азотные вещества, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит калий, гипсосодержащие мелиоранты и биохимически переработанную органическую массу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окисленные отходы угледобычи - 20 - 25
Фосфоритная мука - 5 - 6
Минеральные азотные вещества - 3 - 4
Калий - 0,5 - 1,5
Гипсосодержащие мелиоранты - 5 - 10
Биохимически переработанная органическая масса - 45 - 50
8. Органоминеральное удобрение по п.7, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит продукты, разложившиеся совместно с другими компонентами удобрения.

9. Органоминеральное удобрение по п.7 или 8, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит навоз различных сельскохозяйственных животных и птиц.

10. Органоминеральное удобрение по п.7 или 8, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит измельченные отходы деревообработки.

11. Органоминеральное удобрение по п.7 или 8, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит отходы производства кормовых белково-витаминных добавок.

12. Органоминеральное удобрение по п.7 или 8, отличающееся тем, что биохимически переработанная органическая масса содержит биологические осадки производств первичной переработки шерсти.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2