Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ОБЖИГА КЕРАМИЧЕСКОГО МАГНИЙСИЛИКАТНОГО ПРОППАНТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛИОРАНТА

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к повышению плодородия почв за счет восстановления их структуры, и может быть использовано для вовлечения бросовых земель в сельскохозяйственный оборот, облагораживания территорий, оказавшихся в зоне интенсивного влияния промышленных предприятий, на территориях жилой и промышленной застройки.

Общеизвестно применение различных природных материалов и техногенных отходов в сельском хозяйстве в качестве физических мелиорантов-рыхлителей почв как самостоятельно, так и в смеси с органическими и неорганическими удобрениями (см., например, патенты РФ №2091423, №2490240, №2049107, №2193590). Применение мелиорантов особенно актуально при вовлечении в хозяйственный оборот глинистых почв. Глинистые почвы являются тяжелыми грунтами, обладающими повышенной плотностью и вязкостью. При увлажнении они чрезмерно слипаются и становятся почти непригодными для обработки и выращивания растений. Кроме того, с повышенной плотностью глинистых грунтов связана их низкая воздухопроницаемость, что делает успешное выращивание на них растений почти невозможным. Дело в том, что в таком случае к корням не поступает достаточного количества кислорода и микроэлементов. Это, в свою очередь, приводит к торможению роста и развития растительных видов. Отсутствие кислорода губительно действует и на микроорганизмы, обитающие в почве и являющиеся важной составляющей процесса почвообразования. Недостаток воздуха приводит к тому, что замедляется распад органических компонентов почвы. В результате грунт становится бедным, а растения не получают требующихся им для нормального развития питательных веществ. Такие почвы обычно практически не пропускают влагу, что обусловливает невозможность развития внутренней капиллярной системы, являющейся важным условием создания оптимальной среды для роста растений. При увлажнении вода задерживается в поверхностных слоях глинистых почв, в большом количестве скапливаясь в прикорневой зоне высаженных растений, в результате чего растения загнивают и погибают. Вовлечение указанных земель в хозяйственный оборот производится путем периодического внесения в них крупнозернистого песка, золы, торфа, извести, цеолита и пр., биологические качества повышают введением органических удобрений, а борьбу с сорняками осуществляют введением в почву гербицидов.

Известен патент РФ №2411281, в котором состав для восстановления биопродуктивности глинистых почв содержит органическое удобрение сапропель и естественный рыхлитель, запахиваемые в почву на глубину 10-15 см, а в качестве естественного рыхлителя используется отсев карьеров строительных материалов при следующем массовом соотношении компонентов, %:

кроме того, в качестве рыхлителя используются нетоксичные отходы металлургического производства.

Недостатком известного технического решения является то, что отсев карьеров строительных материалов и нетоксичные отходы металлургического производства используются исключительно в качестве рыхлителя.

Известен также способ производства удобрений или мелиорантов из металлургического шлака (патент РФ№2195440), в котором исходный шлак дробят, извлекают из него металлические включения и сортируют по крупности на грохотах. Отсев шлака крупностью 0-5 (0-10) мм подвергают пневмоклассификации при скорости воздушного потока 12-18 м/с и концентрации отсева шлака в пневмоклассификаторе 4-10 кг/м³. В качестве добавок используют сыпучие органические и неорганические материалы - навоз, торф, птичий помет, суперфосфат, мочевину и др. Недостатком известного технического решения также является тот факт, что дробленый шлак выступает исключительно в качестве рыхлителя.

Проведенные исследования показали, что информация о способах переработки отходов обжига магнийсиликатного керамического проппанта для получения мелиоранта в известных источниках отсутствует.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение многофункционального физического и химического мелиоранта, представляющего собой рыхлитель и носитель гербицидов или микроэлементов.

Указанная цель достигается тем, что в способе переработки отходов обжига керамического магнийсиликатного проппанта для получения мелиоранта отделяют спеки, образующиеся при обжиге, дробят их, затем дробленый материал подают в лопастной смеситель и обрабатывают в течение 2-5 минут суспензией гербицида или раствором микроэлементов при подаче во время обработки в смеситель воздуха с температурой 60-80°С.

Под термином мелиорант, употребляемым в рамках заявляемого технического решения, следует рассматривать материал, способствующий улучшению физических и химических характеристик почвы.

Магнийсиликатные керамические проплаты представляют собой гранулы с насыпной плотностью, как правило, менее 1,6 г/см³, поверхность которых обладает высокими показателями сферичности и округлости. В качестве исходных компонентов шихты используют смесь термообработанного серпентинита и высушенного природного песка. Применение проппанта увеличивает поток текучих сред из нефтяного или газового резервуара в скважину за счет увеличения общей площади контакта между резервуаром и скважиной, а также за счет того, что слой проппанта в трещине имеет более высокую проницаемость, чем проницаемость пласта. Производство проппанта включает в себя помол исходной шихты, ее грануляцию и пофракционный обжиг гранул. ГОСТом 54571-2011 установлен следующий фракционный состав выпускаемого магнийсиликатного проппанта, мм: 0,2-0,4; 0,3-0,6; 0,85-1,2; 1,0-1,7; 1,4-2,0. В процессе обжига проппанта-сырца образуется некоторое количество отходов, представляющих собой спеки гранул. Вследствие того, что производство проппантов носит крупнотоннажный характер, переработка и рациональное использование указанных отходов представляет большой интерес для изготовителей данного вида продукции.

Дробленые отходы обжига магнийсиликатного проппанта имеют ряд неоспоримых преимуществ перед известными рыхлителями, обусловленных, прежде всего, их поверхностной структурой, представляющей собой спеки 3-15 отдельных гранул малинообразной формы. Между гранулами имеются впадины и поры. Такая форма поверхности придает материалу высокую удерживающую способность, что позволяет наносить на гранулы гербициды или микроэлементы.

В последние годы все большее распространение получают почвенные гербициды корневого действия (симазин, атразин, диурон). Эти препараты сами по себе обладают малой растворимостью в воде, а при нанесении на поверхность заявляемых дробленых отходов в значительной степени уменьшается опасность их промывания к корневой системе плодовых растений.

Уникальная форма поверхности отходов обжига магнийсиликатного проппанта делает возможной их обработку раствором микроэлементов с их последующим медленным высвобождением в почве.

Состав и концентрация наносимых на поверхность материала гербицидов или микроэлементов определяется характеристиками почвы. Кроме того, дробленые отходы обжига керамического магнийсиликатного проппанта имеют низкую насыпную плотность, что позволяет уменьшить количество вводимого рыхлителя. Необходимо особо отметить тот факт, что, имея слабощелочную реакцию, отходы обжига магнийсиликатного проппанта могут снижать избыточную кислотность грунтов, подвергшихся воздействию кислотных дождей.

Размер дробленых агломератов определяется конкретным типом обрабатываемой почвы и может варьироваться в пределах 2-20 мм.

При обработке материала в смесителе в течение менее 2 минут не удается обеспечить равномерность обработки поверхности дробленого материала, увеличение времени обработки свыше 5 минут не приводит к дальнейшему улучшению потребительских свойств продукции и вызывает разрушение некоторой части агломератов.

Сушка материала при температуре 60-80°С производится для удаления лишней влаги. Вместе с тем, экспериментальным путем установлено, что некоторая остаточная влажность (приблизительно 0,5-1,0%) обеспечивает более надежное сцепление действующего вещества с поверхностью носителя.

При обработке материала в смесителе в течение менее 2 минут и при температуре ниже 60°С материал остается переувлажненным и товарный продукт слеживается при хранении. При обработке материала в смесителе в течение более 5 минут и при температуре выше 80°С материал оказывается существенно пересушенным и нанесенные гербициды и микроэлементы частично осыпаются с поверхности носителя.

Примеры осуществления изобретения

Пример 1. 1 тонну дробленых отходов обжига магнийсиликатного проппанта фракции 10 мм помещали в лопастной смеситель, затем в смеситель подавали 12 л водной суспензии атразина, содержащей 2 кг действующего вещества, одновременно в смеситель подавали воздух с температурой 60°С. Материал обрабатывали в течение 5 минут. Готовый продукт с остаточной влажностью 1,0% выгружали и затаривали в полимерный контейнер (1 т).

Пример 2. 1 тонну дробленых отходов обжига магнийсиликатного проппанта фракции 10 мм помещали в лопастной смеситель, затем в смеситель подавали 12 л водного раствора карбоната калия, содержащего 2 кг К₂СО₃, одновременно в смеситель подавали воздух с температурой 80°С. Материал обрабатывали в течение 2 минут. Готовый продукт с остаточной влажностью 0,5% выгружали и затаривали в полимерный контейнер (1 т).

Таким образом, заявляемый способ переработки отходов обжига керамического магнийсиликатного проппанта позволяет получить многофункциональный мелиорант, представляющий собой рыхлитель и носитель гербицидов или микроэлементов, обеспечивающий структурирование почвы и ее химическую мелиорацию.