Спосіб одержання комплексних добрив

Реферат: Винахід належить до агрохімії і може бути використаний для виробництва комплексних добрив, призначених для внесення в ґрунт і підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Заявлений спосіб одержання комплексних добрив включає утворення складу з живильних мінеральних речовин, що містять азот, калій, фосфор та органічний компонент, причому як органічний компонент використовують солі гумінових кислот і фульвокислот, при цьому з органічного компонента, представленого солями гумінових кислот і фульвокислот, формують мікрогранули-частки, або розчиняють у воді до створення насиченого розчину, після чого змішують із живильними мінеральними речовинами в робочому просторі пристрою, що змішує, у якому формують турбулентні потоки змішування органічних і мінеральних складових за допомогою хвильового або механічного впливу, при змішуванні мікрогранул-часток, турбулентним потокам надають швидкість переміщення, що перевищує швидкість витання мікрогранул-часток органічного компонента, причому у добриво додатково вносять мікроелементи у вигляді сполук металів, наприклад марганцю, цинку, міді, бору, молібдену, заліза, кобальту, кремнію та натрію. UA 102301 C2 (12) UA 102301 C2 UA 102301 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до агрохімії і може бути використаний для виробництва комплексних добрив, призначених для внесення в ґрунт і підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Винахід може бути використаний для випуску комплексних добрив широкого спектра застосування для забезпечення підвищення врожайності різних рослин за рахунок забезпечення інтенсивності взаємодії органічних і мінеральних речовин, що являють собою комплексні добрива, які випускаються в гранульованому або рідкому вигляді. Відомий спосіб промислового одержання гумінових речовин з торфу або бурого вугілля. Гумінові кислоти у такій сировині представлені у вигляді високомолекулярних нерозчинних у воді фракцій. Витяг гумінових кислот відбувається одновалентними катіонами натрію, калію або амонію в лужному середовищі. При цьому одержують розведені розчини солей гумінових кислот, які методом розпарювання концентрують до необхідної величини. У готовому вигляді препарати найчастіше являють собою очищені від домішок гумінові кислоти або солі гумінових кислот, наприклад, гумат натрію (http://eco-soil.ru/htmls/gumin_prepar.htm). Недоліком відомої технології є те, що вона характеризується високою вартістю виробництва у перерахуванні на зміст діючої речовини. Крім того, одержувані препарати, які використовуються самостійно, по відомому способу мають ряд недоліків: - нерегульовану розчинність; - складність забезпечення стабільного складу препарату; - некомплектність впливу на кореневу систему рослини після внесення добрива в ґрунт. Основним недоліком відомої технології є те, що гумінові речовини, що містяться в цих добривах, переходять у фізіологічно активний стан і ефективно діють як стимулятори росту рослин і джерела елементів живлення лише в сполученні з мінеральними з'єднаннями, наприклад, солей азоту, фосфору, калію або магнію. Найбільш близьким технічним рішенням, обраним як прототип, є спосіб утворення комплексних добрив, що включає утворення складу з живильних мінеральних речовин, що містять, наприклад, азот, калій, фосфор (http://www.himi.oglib.ru/bgl/6423.html). При варіантному виконанні способу в мінеральне добриво вносять солі магнію, а також мікроелементи металів залежно від характеристик ґрунту і культур, що вирощують. Внесення цих комплексних мінеральних добрив забезпечує формування кореневої системи, розвиток листової поверхні, активізує фотосинтез, стимулює ріст клітковини, формує передумови формування врожаю наступного року стосовно до багаторічних культур. Відоме технічне рішення дозволяє забезпечити рівномірне в часі розчинення мінеральної складової. У міру зволоження гранул, утворюється мінералізований розчин, що взаємодіє із ґрунтом і, відповідно, з кореневою системою рослини. Залежно від щільності гранул, їхнього розміру і наявності гідрофобних добавок, можна планувати внесення добрив протягом усього вегетативного періоду. Виготовлення гранул здійснюється як результат технологічного процесу, у результаті якого згущений високонасичений продукт гранулюється шляхом механічного впливу у грануляторі або під дією, наприклад, спрямованих потоків повітря, у результаті яких утворюються гранули правильної геометричної форми і заданого розміру. Недоліком відомого способу є те, що у результаті його реалізації отримують гранульовані мінеральні добрива, у яких відсутня органічна складова, що приводить до збільшення мінерального навантаження на ґрунт, нагромадження в рослинах з'єднань, які негативно позначаються на здоров'ї споживача. Висока мінералізація ґрунту знижує врожайність рослин і приводить до зниження ефективних біохімічних процесів, що протікають у ґрунті. Для відновлення ґрунту необхідний значний період часу для відновлення гумусового шару, що забезпечує функціонування кореневої системи і живлення необхідними речовинами рослини. Це приводить до витрат на відновлення ґрунту протягом тривалого періоду часу, а також погіршенню органолептичних параметрів врожаю, а значить робить його неконкурентним на ринках для споживача. Для підвищення врожайності необхідно збільшення норми внесення добрива, що призводе до додаткових витрат і зниження рентабельності сільськогосподарського виробництва продуктів рослинництва. Відсутність органічної складової збіднює ґрунт і перешкоджає створенню умов для засвоювання коріннями рослин корисних компонентів. Задачею винаходу є вдосконалення способу утворення комплексних добрив, що являє собою продукт, який включає мінеральну і органічну складову. Спосіб реалізується за рахунок утворення комплексного складу з живильних мінеральних речовин і органічного компонента - у вигляді солей гумінових кислот і фульвокислот, які вводять при заданому об'ємному 1 UA 102301 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 співвідношенні по відношенні до мінеральної складової. При цьому речовини органічної складової вводять у живильні мінеральні речовини у вигляді мікрогранул заданого гранулометричного складу або у вигляді насиченого розчину. Для збільшення проникаючої здатності і підвищення інтенсивності впливу на кореневу або листову систему, у комплексне добриво вносять мікроелементи металів. Технічний результат від використання винаходу полягає в гармонізованому сполученні в комплексному добриві органічної і мінеральної складової, що дозволяє підвищити ефективність добрив, ступінь їхньої засвоюваності рослинами на всіх періодах вегетації. Використання способу дозволяє підвищити рентабельність виробництва сільськогосподарської продукції, підвищити її конкурентоспроможність і якісні показники. Використання способу підвищує врожайність сільськогосподарських культур, а значить і ефективність сільськогосподарського виробництва. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб утворення комплексних добрив включає утворення складу з живильних мінеральних речовин, що містять, наприклад, азот, калій, фосфор. Відповідно до винаходу, у склад з живильних мінеральних речовин вносять органічний компонент, у якості якого використовують солі гумінових кислот і фульвокислот, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: - солі гумінових кислот від 0,01 до 10; - солі фульвокислот від 0,01 до 10; - живильні мінеральні речовини - інше; при цьому з органічного компонента, представленого солями гумінових кислот і фульвокислот, формують мікрогранули-частки, розмір яких становить 0,002-0,25мм або розчиняють до створення насиченого розчину, після чого змішують із живильними мінеральними речовинами в робочому просторі пристрою, що змішує, у якому формують турбулентні потоки змішування органічних і мінеральних складових за допомогою хвильового або механічного впливу, при цьому при змішування мікрогранул-часток, турбулентним потокам надають швидкість переміщення, що перевищує швидкість витання мікрогранул-часток органічного компонента, при цьому змішують органічний компонент до його рівномірного просторового розподілу у мінеральній масі, після чого утворене органо-мінеральне добриво послідовно згущують до ступеня фіксації рівномірного просторового розподілу органічного компонента у мінеральній масі, яку після чого направляють на гранулювання, створюючи макрогранули, що містять органічну і мінеральну складову. Для ефективного внесення добрива як рідкої кореневої і позакореневої підкормки рослин, а також рівномірного розподілу по поверхні кореневої і листової поверхні при утворенні добрив речовини, мінеральні живильні, і органічні компоненти, при заданому співвідношенні компонентів, змішують із водою до утворення насиченого розчину. Для підвищення ефективності утвореного органо-мінерального добрива, при змішуванні органічної і мінеральної складової в утворене добриво вносять мікроелементи у вигляді з'єднань металів, наприклад, марганцю цинку, міді, бору, молібдену, заліза, кобальту, кремнію, натрію за рахунок зниження в добриві масової частки живильних мінеральних речовин. Спосіб реалізується таким чином. Хімічна промисловість здійснює випуск полікомпонентних добрив, які містять азот, калій, фосфор, магній у різних сполученнях. Паралельно або завчасно здійснюється виробництво органічного компонента комплексних добрив, у який входять солі гумінових кислот і фульвокислот. Гумінові кислоти - це темно-кольорові високомолекулярні азотовмісні органічні кислоти. Вони нерозчинні в мінеральних і органічних кислотах, але добре розчиняються в розчинах гідроксиду натрію, аміаку, соди з утворенням колоїдних розчинів темно-вишневого або коричнево-чорного кольору. З розчинів гумінові кислоти осаджуються солями алюмінію, заліза, кальцію і магнію. При взаємодії з катіонами лужних і лужноземельних металів гумінові кислоти утворюють солі - гумати. Гумати натрію, калію і амонію добре розчинні у воді, тому вимиваються із ґрунту. Гумати кальцію і магнію у воді не розчиняються і добре закріплюються в ґрунтах. Гумінові кислоти становлять найціннішу частину гумусу. Вони збільшують поглинальну здатність ґрунту, сприяють накопиченню елементів ґрунтової родючості і утворенню водо міцної структури. Фульвокислоти - це високомолекулярні азотовмісні органічні кислоти жовтого кольору. У них, на відміну від гумінових кислот, утримується менше вуглецю, але більше кисню і водню. 2 UA 102301 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Всі солі фульвокислот (фульвати калію, натрію, кальцію і магнію) розчинні у воді і слабко закріплюються в ґрунтах. Фульвокислоти мають сильно кислу реакцію, енергійно руйнують мінеральну частину ґрунту, викликаючи розвиток підзолостворювального процесу. При утворенні комплексного добрива в гранульованому вигляді, органічний компонент може бути перетворений у стан, що дозволяє піддати його здрібнюванню або грануляції. Підсумкова сировина органічної складової органо-мінерального добрива являє собою мікрогранули-частки, розмір яких становить 0,002-0,25 мм. Дослідження показали, що заявлений діапазон мікрограгул-часток органічної складової добрива обумовлений оптимальним регламентом їхнього поступового розчинення після внесення добрива в ґрунт і початок його взаємодії із ґрунтовими водами, утвореними у результаті атмосферних опадів або штучного поливу. Розмір часток, визначений як оптимальний у гранулах мінерального добрива, визначається залежно від їхніх геометричних параметрів, пористості, вихідній вологості. Основною умовою визначення раціонального розміру мікрогранул є взаємодія утворених розчинів органічної і мінеральної складових. Результати досліджень і дослідно-промислових випробувань показали, що виготовлення мікрогранул-часток менш 0,002 мм необґрунтовано прискорює процес розчинення і утворення неповної зони взаємодії з мінеральною складовою, що розчиняється. При збільшенні розміру мікрогранул-часток більше 0,25 мм процес їхнього розчинення не збалансований із процесом розчинення мінеральної складової в гранулах добрива. При збільшенні зазначених розмірів органічна складова практично губиться, тому що мінеральна складова повністю на той час засвоюється рослиною або виноситься ґрунтовими водами. Збільшення розмірів часток призводить до не обґрунтованих економічних втрат, обумовлених надвиробництвом органічних добрив. Разом з тим, заявлений технічний результат досягається і у тому разі, коли органічний компонент у заданому співвідношенні виготовляють у вигляді насиченого розчину. В основному це доцільно при використанні комплексного органо-мінерального добрива в рідкому вигляді. За рахунок виготовлення органічній частини рідкою, перед змішуванням з мінеральною складовою, значно скорочується строк приготування розчину комплексного добрива для, наприклад, позакореневого годуванням рослин, або створення умов для прискореної взаємодії добрива с кореневою системою рослини. Після одержання органічної і мінеральної частин, органо-мінерального добрива, здійснюють змішування компонентів. В суміш мінеральної складової вводять мікрогранули-частки або насичений розчин органічної складової - солей гумінових кислот та фульвокислот при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: - солі гумінових кислот від 0,01 до 10,0; - солі фульвокислот від 0,01 до 10,0; - живильні мінеральні речовини - інше. Дослідження показали, що в заявлений діапазон внесення солей гумінових кислот і солей фульвокислот є оптимальним стосовно до їх властивостей. Зменшення частки (менш 0,01 % мас.) внесення солей зазначених кислот приводить до недостатньої взаємодії їх з мінеральною складовою при внесенні в ґрунт, а також цієї кількості недостатньо для активізації кореневої системи рослини. Збільшення частки (більше 10,0 % мас.) внесення солей зазначених кислот не забезпечено кількістю мінеральної складової, приведе до зайвих витрат і не забезпечує приросту активізації росту і плодоносіння рослини. Регламентоване внесення солей гумінових кислот і фульвокислот дозволяє враховувати їхню наявність у ґрунтах перед внесенням. Це дозволяє виконувати виготовлення органомінерального добрива стосовно до регіональних якісних показників ґрунту. Органо-мінеральне добриво дозволяє враховувати дефіцит солей гумінових кислот і солей фульвокислот, що забезпечує максимальну врожайність агротехнічних культур. Отримані живильні мінеральні речовини змішують органічним компонентом. Так як щільність компонентів суміші різна, а необхідно забезпечити рівномірний розподіл мікрогранул у середовищі із суміші мінеральної складової, то отриману суміш поміщають у робочий простір пристрою будь якого типу, що змішує і формують у ньому за допомогою механічного або хвильового впливу, турбулентні потоки. Ці потоки попереджають розшарування компонентів утвореного органо-мінерального добрива і забезпечують рівномірний просторовий розподіл органічних компонентів у мінеральній масі. 3 UA 102301 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Основною і обов'язковою умовою змішування компонентів органо-мінерального добрива у вигляді мікрогранул-часток є формування турбулентних потоків, швидкість переміщення яких перевищує швидкість витання мікрогранул-часток органічного компонента. При перемішуванні утворене органо-мінеральне добриво згущають і змішують його до рівномірного просторового розподілу органічного компонента у мінеральній частині, після чого утворене органо-мінеральне добриво послідовно згущають. Згущення продукту забезпечує фіксацію и рівномірний розподіл просторового розташування органічної складової усередині мінеральної згущеної маси. Це дозволяє забезпечити рівномірний розподіл компонентів при динамічному впливі на утворену органо-мінеральну масу при її наступній грануляції, яку виконують за допомогою стандартного устаткування, що застосовується в хімічній промисловості при виробництві мінеральних гранульованих добрив. Як товарний продукт, у результаті виконаного технологічного циклу грануляції утворюються макрогранули комплексних добрив, які містять органічну і мінеральну складову. Утворене органо-мінеральне комплексне добриво може бути ефективно використано як позакоренева підкормка. У даному вигляді, у збезводненому стані, органо-мінеральне добриво не може використовуватися для рідкої кореневої і позакореневої підкормки. Органо-мінеральне добриво у вигляді рідкої фази дозволяє за короткий строк засвоїти добриво рослиною і спроектувати динаміку її розвитку в процесі вегетації. Це досягається за рахунок того, що при утворенні органо-мінеральних добрив, живильні, і органічні компоненти в заданому співвідношенні компонентів, змішують із водою до утворення насиченого розчину. Це дозволяє при сільськогосподарських роботах використовувати устаткування, що забезпечує за допомогою форсунок і нагнітаючих компресорів розпорошувати добриво по листовій поверхні або за допомогою спеціальних пристроїв, або насичувати землю до регламентованої взаємодії добрива з поверхнею кореневої системи. Для збагачення бідних ґрунтів і забезпечення продуктивного впливу на рослини при змішуванні органічної і мінеральної складових в утворене органо-мінеральне комплексне добриво вносять мікроелементи металів, наприклад, марганцю цинку, міді, бору, молібдену, заліза, кобальту, кремнію, натрію. Мікроелементи - елементи живлення необхідні рослинам у невеликих кількостях і дія на рослину їх різна, наприклад: - Магній входить до складу хлорофілу, бере участь у фосфорному обміні. Дефіцит магнію проявляється в пожовтінні листової пластинки, причому жилки залишаються зеленими, потім листи стають мармуроподібними, жовтіють і відмирають. - Залізо бере участь у процесах дихання і обміну речовин, синтезі хлорофілу, входить до складу окислювально-відновних ферментів. При дефіциті заліза рослини втрачають зелене фарбування, листи бліднуть і опадають. - Бор бере участь у процесах обміну, формуванні органів розмноження, синтезі вуглеводів. При дефіциті бору відбувається відмирання точки росту, загнивання коріння. - Молібден бере участь у процесах азотного живленні рослин. При його дефіциті різко гальмується ріст рослин, вони отримують блідо-зелене фарбування. - Марганець входить до складу ферментів, які беруть участь у процесах подиху, фотосинтезу, вуглеводного і азотного обміну рослин. Характерна ознака дефіциту марганцю крапковий хлороз: між жилками на листових пластинках з'являються дрібні жовті плями, потім уражені ділянки відмирають. - Мідь також бере участь у процесах обміну і входить до складу ферментів. При дефіциті міді вповільнюється ріст, припиняється цвітіння. - Цинк входить до складу ферментів росту - ауксинів і ряду інших. Його дефіцит викликає вповільнення росту, появу хлорозу, здрібніння листів і ущільнення верхівок розеток. Дослідження способу показали, що у результаті його реалізації утворюється комплексне органо-мінеральне добриво, що забезпечує посилення рухливості фосфору ґрунту; посилення процесів створення нітратів в ґрунті, що сприяє значному збільшенню загального і білкового азоту і перевазі змісту нітратів над аміачним азотом. Крім того: - зростає також фотохімічна фіксація азоту і доступність рослинам органічного азоту ґрунту; - прискорюється надходження аміачних і амідних форм азоту, фосфору в рослину, у результаті спостерігається збільшення змісту азоту і фосфору в рослині і їхній винос; - збільшується концентрація заліза, кальцію, алюмінію при зниженні кількості магнію, тобто комплексні добрива, впливають на зміст і динаміку ґрунтових катіонів. 4 UA 102301 C2 5 10 15 Спосіб забезпечує виготовлення комплексних добрив, які значно впливають на властивості ґрунту. Особливістю цих добрив є зниження або повне усунення негативного впливу несприятливих для розвитку рослин факторів. Таким чином, дія добрив, одержуваних за допомогою заявленого способу, можна представити у вигляді комплексу взаємозалежних процесів: 1. Вплив на фізико-хімічні і фізичні властивості ґрунту. 2. Вплив на життєдіяльність вищих рослин і мікроорганізмів. 3. Посилення процесів всередині ґрунтового обміну: адсорбція добривами елементів живлення ґрунту з поліпшенням живильного режиму розвитку рослин і посиленням біологічної активності. Кінцевим результатом цієї взаємодії є підвищення родючості ґрунту і збільшення врожайності сільськогосподарських культур. 4. Забезпечення активної взаємодії кореневої системи і листової поверхні з компонентами органо-мінерального добрива. Одержання добрива за допомогою способу дозволяє отримати продукт, що впливає на фізико-хімічні і біологічні властивості ґрунту: підвищується капілярна і польова вологоємність легких ґрунтів (у середньому на 20-30 %) і водопроникність важких, поліпшується структура і її водо міцність, зменшується щільність ґрунту за рахунок її структурування. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 40 45 1. Спосіб одержання комплексних добрив, що включає утворення складу з живильних мінеральних речовин, що містять, наприклад: азот, калій, фосфор, який відрізняється тим, що, у склад з живильних мінеральних речовин вносять органічний компонент, як органічний компонент використовують солі гумінових кислот і фульвокислот, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: - солі гумінових кислот від 0,01 до 10, - солі фульвокислот від 0,01 до 10, - живильні мінеральні речовини - решта, при цьому з органічного компонента, представленого солями гумінових кислот і фульвокислот, формують мікрогранули-частки, розмір яких становить 0,002-0,25 мм або розчиняють у воді до створення насиченого розчину, після чого змішують із живильними мінеральними речовинами в робочому просторі пристрою, що змішує, у якому формують турбулентні потоки змішування органічних і мінеральних складових за допомогою хвильового або механічного впливу, при цьому при змішуванні мікрогранул-часток, турбулентним потокам надають швидкість переміщення, що перевищує швидкість витання мікрогранул-часток органічного компонента, при цьому змішують органічний компонент до його рівномірного просторового розподілу у мінеральній масі, після чого утворене органо-мінеральне добриво послідовно згущують до ступеня фіксації рівномірного просторового розподілу органічного компонента у мінеральній масі, яку направляють на гранулювання, створюючи макрогранули, що містять органічну і мінеральну складову. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при утворенні органо-мінеральних добрив, які містять живильні мінеральні речовини та органічні компоненти, їх змішують із водою до утворення насиченого розчину. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при змішуванні органічної і мінеральної складової, в утворене добриво додатково вносять мікроелементи у вигляді сполук металів, наприклад: марганцю, цинку, міді, бору, молібдену, заліза, кобальту, кремнію, натрію за рахунок зниження масової частки живильних мінеральних речовин. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5