Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВЫХ ПРЕПАРАТОВ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам получения гуминовых препаратов из угля для применения в качестве органо-минеральных удобрений.

Известен способ получения гуминовых удобрений (пат. РФ №2104988), согласно которому угли, содержащие гуминовые кислоты, смешивают с карбамидом и/или гидроксидами щелочных металлов в соотношении 1:0,2-0,35, затем смесь подсушивают до 6-12 мас. % влаги и подвергают сверхтонкому измельчению до 10 мкм. При этом содержание основного вещества в продукте составляет 81-87 мас. %. Основным недостатком данного способа является сниженное содержание гуматов в готовом продукте, обусловленное использованием в технологическом процессе подсушенного угля, в котором при сушке происходят усадочные явления за счет сжатия его пористой структуры и уменьшения внешней и внутренней реагентной поверхности.

Известен способ получения гуматов щелочных металлов (пат. РФ №2036190), в котором смесь, состоящую из угля и карбонатов калия и/или натрия в соотношении 1:0,8-1,2, подвергают диспергированию. Полученный продукт выдерживают в течение суток. Содержание растворимого вещества в готовом продукте составляет 87,0-94,5 мас. %. Недостатком данного способа является то, что наряду с водорастворимым гуматом в конечном продукте находятся водорастворимые карбонаты калия и/или натрия, а содержание гуматов в получаемом продукте не превышает 80%.

Известен способ получения гуматов щелочных металлов, предусматривающий механоистирающее воздействие на реагенты, включающие уголь, карбонаты калия и/или натрия и окислитель (пат. РФ №2275348). Затем при перемешивании добавляют гидроксиды щелочных металлов и раствор карбамида в качестве пластификатора. Содержание основного вещества в получаемом продукте повышается с 80 до 90,0-95,5 мас. %. Недостатком данного способа является то, что продукт получается в несколько стадий и в нем отсутствует фосфор и кальций, способствующие нормальному росту и развитию растений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ (пат. РФ №2057105), предусматривающий измельчение бурого угля до получения фракции менее 100 мкм, обработку его 2-10%-ным водным раствором КОН при постоянном перемешивании. Полученную массу далее перемешивают сначала с фосфорсодержащим компонентом в течение 30-60 мин, а затем с пластификатором, формируют в гранулы, выдерживают гранулы при 35-45°C в течение 1-3 ч и сушат при 85-95°C до достижения необходимой влажности. В качестве фосфорсодержащего компонента рекомендуется использовать фосфориты, двойной суперфосфат и/или аммофос, предварительно измельченные до размеров частиц менее 100 мкм, а в качестве пластификатора - 4-5%-ный раствор мочевины. Приготовленные таким образом удобрения содержат 0.5-1,2% N, 3-4,5 PO, 1,5-2,6 KO и не менее 10% гумата калия. Недостатком данного способа является многостадийность способа получения готового продукта и небольшое содержание гуматов в готовом продукте.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение способа получения гуминовых препаратов с повышенным содержанием растворимых гуматов в готовом продукте, обогащенном калием, кальцием, фосфором и кремнием.

Технический результат достигается путем сверхтонкого измельчения смеси окисленного угля влажностью 14-16% и песка в присутствии гидроксида щелочного металла и фосфорсодержащего компонента, при этом измельчение смеси угля с песком проводят в шаровых мельницах в течение 2-4 минут в воздушной среде в присутствии в качестве фосфорсодержащего компонента - дигидрофосфата аммония NH4H2PO4, в качестве щелочного металла - твердого гидроксида калия KOH или гидроксида натрия NaOH и добавок: пирофасфата натрия Na2P2O7, перкарбоната натрия Na2CO3·1.5H2O2 и негашеной извести CaO при следующем соотношении компонентов, % масс.:

Сверхтонкое измельчение смеси окисленного угля и песка проводят в шаровых мельницах, обеспечивающих ускорение воздействующих тел, например шаров, 300 м/с² в течение 2-4 минут в воздушной среде. Использование песка при сверхтонком измельчении окисленного угля необходимо для предотвращения слипания частиц угля, содержащего цементирующие элементы. При сверхтонком измельчении смеси угля и песка в шаровых мельницах образуется водорастворимая форма кремния и часть кремния входит в состав гуминовых кислот. Присутствие водорастворимого кремния в почве играет значимую роль в процессах почвообразования и формировании плодородия почв.

Для получения водорастворимых гуматов необходимы щелочные реагенты. Действие гидроксида натрия усиливает добавка пирофасфата натрия Na₂P₂O₇. Перкарбонат натрия Na₂CO₃·1.5Н₂О₂ выполняет роль окислителя, снижая осмоление угля. Фосфор вводится в готовый продукт в виде фосфатов натрия (Na₂P₂O₇) и дигидрофосфата аммония NH₄H₂PO₄. Фосфаты - необходимый компонент клеточных мембран, играют ключевую роль в метаболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеинов, вторичных посредников и макроэргических соединений.

Введение добавки негашеной извести СаО обусловлено необходимостью получения кальция в течение всего периода развития растений. Для нормального хода жизненных процессов очень важно оптимальное соотношение калия и кальция. Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизированном виде, а поскольку многие соли кальция нерастворимы в воде, предложенный способ предполагает проведение интенсивного сверхтонкого измельчения угля совместно с СаО.

Анализ свободных ионов Na⁺, K⁺, Са²⁺, PO₄ ^3-, HPO₄ ^2- в готовом продукте проводят методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель 105». Содержание кремния в гуминовых кислотах определяют на рентгенофлуоресцентном энергодисперсионном анализаторе «БРА-18».

Получаемый гуминовый препарат представляет собой сбалансированное органо-минеральное удобрение, которое позволяет существенно повысить качественные и количественные показатели выращиваемой сельскохозяйственной продукции в условиях устойчивого земледелия.

Пример 1. Сверхтонкое измельчение смеси окисленного угля влажностью 14-16% с песком проводят в шаровой мельнице в течение 2 мин в воздушной среде при соотношении уголь : песок 4:1 с добавками 7% NaOH, 3% Na₂P₂O₇, 5% N₂CO₃·1.5H₂O₂ и 1% NH₄H₂PO₄, 0,5% СаО. Содержание водорастворимого продукта в готовой форме препарата составляет 90,3%. Кремния в гуминовых кислотах содержится 0,3% мас. Содержание Na⁺, Са²⁺, РО₄ ^3-, НРО₄ ^2- в готовом продукте представлено в таблице.

Пример 2. Сверхтонкое измельчение смеси окисленного угля влажностью 14-16% с песком проводят в шаровой мельнице в течение 4 мин в воздушной среде при соотношении уголь : песок 3:1 с добавками 7% NaOH, 3% Na₂P₂O₇, 5% Na2CO3·1.5H2O2 и 3% NH₄H₂PO₄, 0,5% СаО. Полученный порошок является готовой формой гуминового препарата. Содержание водорастворимого продукта в готовой форме препарата составляет 92,7%. Кремния в гуминовых кислотах содержится 0,4% мас. Содержание Na⁺, Са²⁺, PO₄ ^3-, HPO₄ ^2- в готовом продукте представлено в таблице.

Пример 3. Сверхтонкое измельчение смеси окисленного угля влажностью 14-16% с песком проводят в шаровой мельнице в течение 2 мин в воздушной среде при соотношении уголь : песок 3:1 с добавками 7% KOH, 3% Na₂P₂O₇, 5% Na₂CO₃·1.5H₂O₂ и 5% NH₄H₂PO₄, 0,5% СаО. Содержание водорастворимого продукта в готовой форме препарата составляет 98,1%. Кремния в гуминовых кислотах содержится 0,4% мас. Содержание Na⁺, K⁺, Са²⁺, РО₄ ^3-, HPO₄ ^2- в готовом продукте представлено в таблице.

Пример 4. Сверхтонкое измельчение смеси окисленного угля влажностью 14-16% с песком проводят в шаровой мельнице в течение 2 мин в воздушной среде при соотношении уголь : песок 4:1 с добавками 7% KOH, 3% Na₂P₂O₇, 5% Na₂CO₃·1.5H₂O₂ и 1% NH₄H₂PO₄, 2% СаО. Полученный порошок растворяется в холодной воде на 98,1%. Кремния в гуминовых кислотах содержится 0,3% мас. Содержание Na⁺, K⁺, Са²⁺, РО₄ ^3-, HPO₄ ^2- в готовом продукте представлено в таблице.

Пример 5. Сверхтонкое измельчение смеси окисленного угля влажностью 14-16% с песком проводят в шаровой мельнице в течение 4 мин в воздушной среде при соотношении уголь : песок 4:1 с добавками 7% KOH, 3% Na₂P₂O₇, 5% Na₂CO₃·1.5H₂O₂ и 1% NH₄H₂PO₄, 2% СаО. Содержание водорастворимого продукта в готовой форме препарата составляет 97,5%. Кремния в гуминовых кислотах содержится 0,3% мас. Содержание Na⁺, K⁺, Са²⁺, PO₄ ^3-, HPO₄ ^2- в готовом продукте представлено в таблице.

Отличие от существующих способов предлагаемого технического решения заключается в том, что уголь подвергается сверхтонкому измельчению в присутствии твердых реагентов, что обеспечивает протекание твердофазных механохимических реакций. Содержание водорастворимого продукта в готовой форме гуминового препарата увеличивается. Процесс осуществляется в одну стадию. Экспериментальные результаты показали, что увеличение времени реакции с 2 до 4 минут снижает выход водорастворимого готового продукта. Применение в качестве щелочного реагента KOH вместо NaOH повышает выход водорастворимого продукта и обогащает его ионами калия.