Органоминеральное удобрение
Владельцы патента RU 2788695:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)
Изобретение относится к средствам повышения плодородия бедных и нарушенных почв и может быть использовано при выращивании сельскохозяйственных и лесных культур, для восстановления истощенных почв, для рекультивации земель и ландшафтном озеленении. Органоминеральное удобрение содержит торфяное сырье, минеральную добавку и раскислитель. В качестве торфяного сырья содержит обезвоженный торф, а также дополнительно содержит торфяную воду. В качестве минеральной добавки и раскислителя используют твердые отходы производства глинозема - бокситовый остаток и подшламовую воду. Техническим результатом является создание экологически чистого удобрения, изменяющего условия почвенного питания растений и способствующего оздоровлению и улучшению структуры почв. 1 табл.
Изобретение относится к средствам повышения плодородия бедных и нарушенных почв и может быть использовано при выращивание сельскохозяйственных и лесных культур, для восстановления истощенных почв, для рекультивации земель и ландшафтном озеленении. Органоминеральное удобрение содержит торфяное сырье, минеральную добавку и раскислитель, при этом в качестве минеральной добавки и раскислителя используют техногенные отходы производства глинозёма, в виде бокситового остатка и щелочной подшламовой воды.
Известно органоминеральное удобрение (патент РФ № 2096393, опубликованный 20.11.1997), включающее бурый уголь, фрезерный торф, известняк и/или отходы мела, природные фосфоритные и кварц-глауконитовые руды.
Недостаток известного удобрения заключается в том, что кроме торфа оно содержит достаточно большое количество ископаемых руд и минералов, а для того, чтобы нейтрализовать природную кислотность торфяного сырья необходимо ввести большое количество известковых материалов, что требует дополнительных технологических операций и увеличивает трудоемкость процесса производства.
Известно гранулированное удобрение на основе торфа, в состав которого входит фрезерный торф, минеральные удобрения и сорбент – природный цеолит (патент РФ № 2121489, опубликованный 10.11.1998). При соотношении торфа и цеолита 2,5:1,0 -10,0:1,0 концентрации компонентов составляет, масс.%:торф (сухого вещества) - 44-65, цеолит - 5-22, минеральные удобрения - 23-45.
Недостаток данного удобрения состоит в необходимости применения дополнительных агротехнических мероприятий по раскислению почвы, так как наблюдается процесс подкисления почвы из-за отсутствия раскислителей, которые необходимы для нейтрализации природной кислотности торфяного сырья, входящего в состав гранул. Кислотность торфа ведет к ухудшению физико-химических свойств указанного удобрения.
Известно органоминеральное удобрение на основе торфа (патент РФ № 2067969, опубликованный 20.11.1996), в состав которого входит фрезерный торф, раскисляющий компонент в виде известкового материала, минеральные добавки (суперфосфат), песок и глина.
Недостатком данного удобрения является его склонность к засолению почвы и низкая продуктивность при его использовании из-за недостатка питательных веществ. Кроме того, для нейтрализации кислотности торфа, необходимо в большом количестве добавлять известковый материал, что требует дополнительных технологических операций и увеличивает трудоемкость процесса производства.
Известно органоминеральное удобрение (авторское свидетельство СССР № 1723077, опубликованное 30.03.1992), содержащее 60% минеральных удобрений (карбамид, двойной суперфосфат, хлорид калия), сульфатов меди и магния и 40% торфа Недостатком данного удобрения является высокое содержание химических веществ с кислой реакцией, что не способствует нейтрализации кислотности торфа и может привести к закислению почвы. Двойной суперфосфат содержит 6% свободной ортофосфорной кислоты, рН такого раствора составляет 1,5. Кроме того, необходимость в добавлении к торфу 5-и компонентов увеличивает трудоемкость процесса получения удобрения.
Известно органоминеральное удобрение на основе торфа (патент РФ № 2346917, опубликованный 20.02.2009), минеральных добавок, раскислителя и дополнительных компонентов в виде борогипса и кислоты ортофосфорной. В качестве раскислителя используется щелочь – гидроксид калия, в соотношении гидроксид калия к торфу 1:29,6-37,5, концентрация компонентов органоминерального удобрения при этом следующая, мас.%: торф 71,0-75,0, борогипс 7,0-7,4, гидроксид калия 2,0-2,4, минеральные добавки 16,0-19,0, кислота ортофосфорная 0,8-0,9.
Недостатками являются сложность технологического процесса производства удобрения из-за большого количества компонентов и необходимость ввода значительных количеств химических реагентов в виде щелочей и кислот.
Техническим результат является создание экологически чистого удобрения.
Технический результат достигается тем, что дополнительно содержит торфяную воду, а в качестве минерального компонента и раскислителя используют бокситовый остаток и подшламовую воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
обезвоженный торф 15,01-15,99
торфяная вода 60,05-63,97
бокситовый остаток 14,03-17,46
подшламовая вода остальное.
Заявляемое органоминеральное удобрение включает в себя следующие реагенты и товарные продукты, их содержащие в вес.%.
- обезвоженный торф 15,01-15,99, выпускаемый по ГОСТ Р 51661.3-2000;
- торфяная вода 60,05-63,97, выпускаемая по ГОСТ 11305-2013;
- бокситовый остаток 14,03-17,46, выпускаемый по СТО 47673611-12-2011;
- подшламовая вода остальное, выпускаемая по МВИ 042.
Натуральное торфяное сырье, являющееся основой удобрения, содержит в значительных количествах высокомолекулярные, темноокрашенные органические вещества – гумус. Гумус содержит до 60% гуминовых кислот, фульвокислоты и гумин. Гуминовые кислоты – смесь слабых органических кислот, которые растворимы в растворах щелочей и нерастворимы в воде, в нейтральной и кислой средах. Гуминовые кислоты образуют легко доступные для растений формы (гуматы), соли с неорганическими макро- и микроэлементами. В естественных условиях гуматы образуют нерастворимые соли с кальцием, магнием, железом и др., поэтому в торфе их молекулы блокированы.
Торфяная вода характеризуется высокими значениями цветности до 92,0° и бихроматной окисляемости от 130 до 360 мг О2/л. В дополнение к высокому уровню растворенного органического углерода и цветности, вода торфяного месторождения связана со многими другими качественными показателями воды. Общая минерализация торфяных вод в целом невысокая от 6 до 60 мг/л, а содержание взвешенных веществ изменяется от 0,5 до 50 мг/л. Доминирующим компонентом органического вещества торфяных вод являются фульвовые кислоты, содержание которых составляет более 55%; гуминовых кислот содержится около 13%. Показатель pH находится в диапазоне от 3,5 до 7,0.
Бокситовый остаток – сухая часть отходов переработки бокситовой руды в глинозём. Представляет собой тонкодисперную смесь размерностью частиц от 100 нм до 200 мкм оксидов минерального происхождения, преимущественно железа, алюминия, титана, кальция, кремния.
Подшламовая вода – жидкая составляющая тех же отходов, представляющая собой водный раствор карбонатов, бикарбонатов, гидроксидов, щелочных и щелочноземельных металлов с высоким показателем щелочности от 10 до 13 pH.
При взаимодействии гуматов со щелочами, содержащимися в подшламовой воде, происходит их активация, в результате чего они переходят в легко усваиваемую растениями форму. Кроме того, гуминовые кислоты образуют с элементами, содержащимися в бокситовом остатке новые химические соединения, соли, например, гуматы железа, алюминия, кальция и магния, что увеличивает прочностные свойства гранулированного удобрения. Известно, что среднечисловые молекулярные массы гумусовых кислот почв составляют от 1500 до 600000, из-за чего образуются объемные прочные пространственные решетки, упрочняющие материал. При этом нет необходимости в обработке торфяного сырья едким калием и последующей обработкой ортофосфорной кислотой для получения значения рН=6-7, являющимся рациональным для корневой системы растений.
Заявляемое органоминеральное удобрение характеризуется пролонгированным действием, до 2-3-х лет, благодаря адсорбции питательных элементов гуминовыми кислотами торфяного сырья, что предотвращает их преждевременное вымывание из почвы и улучшает водно-физические свойства почв.
Заявленная композиция не создает опасных концентраций минеральных солей при недостатке влаги в случае засухи, поэтому созданное удобрение экологично, что является большим преимуществом по сравнению с известными удобрениями. Применение данного удобрения изменяет условия почвенного питания растений, вызывая активацию процессов и количественное увеличение усвоения питательных веществ растениями, что способствует более эффективной рекультивации почвы и улучшению ее структуры.
Отличительной особенностью технологии получения гранулированного удобрения является отсутствие искусственной тепловой обработки в термических печах, так как упрочнение гранул происходит в результате химического взаимодействия компонентов, что значительно упрощает технологию его производства.
Органоминеральное удобрение получают смешиванием измельченного торфяного сырья натуральной влажности с бокситовым остатком промышленной влажности до получения однородной по консистенции пластичной массы. Полученная масса гранулируется в шнековом или тарельчатом грануляторе, затем гранулы подсушиваются и упаковываются. Готовое органоминеральное удобрение представляет собой подсушенные гранулы диаметром от 5 до 10 мм.
Для примера изготавливались и оценивались опытные органоминеральные смеси с различным содержанием компонентов и влажностью исходного сырья. В качестве сырья использовался красный шлам влажностью 30% и торф натуральной влажности 80%. Исходные компоненты в различных соотношениях по сухому веществу, измельчались и замешивались до получения однородной массы, после чего гранулировались и сушились. Оценка качества проводилась по показателю крошимости согласно действующей методики, содержанию оксида железа и уровню кислотности.
Результаты примеров сведены в таблицу 1. Во всех примерах получена пастоообразная однородная масса с хорошо перемешанной структурой и наличием достаточного количества питательных веществ, повышающих плодородие почвы. Сушка полученных из этой пасты гранул происходит на воздухе, что снижает затраты на обезвоживание продукта.
Высокое содержание железа в исходном бокситовом остатке, а именно 42,3% оксида железа в бокситовом остатке Уральского алюминиевого завода РУСАЛ, обеспечивает его достаточно высокое содержание до 23% в конечном продукте, дающее основание отнести его к хелатным биологически активным удобрениям, по своей структуре близким с природными веществами, за счет чего они легко усваиваются растениями.
В примерах 4, 5, 9, 10, 14, 15 полученные смеси отличаются существенным отклонением от нейтрального уровня кислотности, кроме того, они обладают пониженными прочностными свойствами, затрудняющими их транспортировку и внесение в почву, в связи с чем были исключены из дальнейшего рассмотрения.
Далее были проведены эксперименты по определению прорастания и всхожести семян овса при применении заявляемого удобрения в соответствии с требованиями ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести». Производилось проращивание на песке (НП) партий семян по 50 штук. Полученные результаты однозначно указывают, что присутствие органоминерального удобрения по заявляемому составу способствует повышению проращивания с 88% до 96%, при этом наблюдается увеличение длины ростков в 2 раза по сравнению с контролем. Проращивание семян на гранулированном удобрении показало также высокие результаты – 96% всхожесть при увеличении в 2 раза скорости проращивания.
Высокая влагопоглотительная способность получаемого органоминерального композита позволяет эффективно использовать его в качестве гидрофильной составляющей почвы, в условиях засухи, нерегулярного полива или при отсутствии такового.
Экологически чистая заявленная композиция удобрения, изменяющая условия почвенного питания растений, способствует оздоровлению и улучшению структуры почв, и найдет, по мнению заявителя, широкое применение в качестве почвоулучшителя в сельском и лесном хозяйстве, при озеленении городских территорий и восстановлении нарушенных земель.
Таблица 1 - свойства опытных образцов
| № | Состав, масс. % | Соотношение, бокситовый остаток /торф |
pH гранул | Содержание Fe2O3, % | Характеристики гранул | |||
| Торфяное сырье | Красный шлам | |||||||
| торф | торфяная вода | бокситовый остаток | подшламовая вода | |||||
| 1 | 15 | 62 | 15,7 | остальное | 1,05:1,00 | 7 | 21,63 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 2 | 15,5 | 62 | 15,7 | остальное | 1,01:1,00 | 7 | 21,29 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 3 | 16 | 62 | 15,7 | остальное | 0,98:1,00 | 7 | 20,95 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 4 | 14 | 62 | 15,7 | остальное | 1,12:1,00 | 9 | 22,36 | низкая твердость и прочность, крошится, образует пыль при транспортировке |
| 5 | 17 | 62 | 15,7 | остальное | 0,92:1,00 | 5 | 20,31 | не достаточная эксплуатационная прочность, крошится при транспортировке |
| 6 | 16 | 60 | 17 | остальное | 1,06:1,00 | 7 | 21,79 | достаточная эксплуатационная 7прочность, не крошится при транспортировке |
| 7 | 15,5 | 62 | 15,7 | остальное | 1,01:1,00 | 7 | 21,29 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 8 | 15 | 64 | 14 | остальное | 0,93:1,00 | 7 | 20,42 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 9 | 15,5 | 58 | 15,7 | остальное | 1,01:1,00 | 9 | 21,29 | низкая твердость и прочность, крошится, образует пыль при транспортировке |
| 10 | 15,5 | 66 | 15,7 | остальное | 1,01:1,00 | 5 | 21,29 | не достаточная эксплуатационная прочность, крошится при транспортировке |
| 11 | 16 | 64 | 14 | остальное | 0,88:1,00 | 7 | 19,74 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 12 | 15,5 | 62 | 15,7 | остальное | 1,01:1,00 | 7 | 21,29 | достаточная эксплуатационная прочность, не 13крошится при транспортировке+ |
| 13 | 15 | 60 | 17,5 | остальное | 1,17:1,00 | 7 | 22,78 | достаточная эксплуатационная прочность, не крошится при транспортировке |
| 14 | 15,5 | 62 | 13 | остальное | 0,84:1,00 | 8 | 19,29 | низкая твердость и прочность, крошится, образует пыль при транспортировке |
| 15 | 15,5 | 62 | 18 | остальное | 1,16:1,00 | 5 | 22,73 | не достаточная эксплуатационная прочность, крошится при транспортировке |
Органоминеральное удобрение, содержащее натуральное торфяное сырье, минеральную добавку и раскислитель, отличающееся тем, что в качестве торфяного сырья содержит обезвоженный торф, дополнительно содержит торфяную воду, а в качестве минеральной добавки и раскислителя используют бокситовый остаток и подшламовую воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| обезвоженный торф | 15,01-15,99 |
| торфяная вода | 60,05-63,97 |
| бокситовый остаток | 14,03-17,46 |
| подшламовая вода | остальное |
