Результат интеллектуальной деятельности: ГРАНУЛИРОВАННОЕ КОМПЛЕКСНОЕ АЗОТНО-МАГНИЕВОЕ УДОБРЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Группа изобретений относится к области химии, в частности к азотно-магниевым удобрениям на основе карбамида с задаваемой скоростью (продолжительностью) растворения в почве, и может быть пригодно для выращивания различных видов сельскохозяйственных культур.

Известно гранулированное удобрение, содержащее водорастворимые формы азота, магния и серы с катионами аммония и магния, нитратными и сульфатными анионами, в масс.%: азота - 18-24, серы - 8-12, магния, выраженного как оксид магния (MgO) - 3-6, в форме буссенготита формулы (NH₄)₂SO₄·MgSO₄·6H₂O и двойные соли нитрата аммония формул: 2NH₄NO₃·(NH₄)₂SO₄ и 3NH₄NO₃·(NH₄)₂SO₄. Данное удобрение принято за прототип.

Недостатком известного гранулированного удобрения, содержащего водорастворимые формы азота, магния и серы с катионами аммония и магния, нитратными и сульфатными анионами, является избыточное содержании серы по отношению к азоту и магнию (N:MgO:S=1:0,2:0,5 масс). Данное удобрение особенно пригодно для выращивания растений на почвах с низким содержанием водорастворимого магния, а также для быстрорастущих растений, требующих быстрого усвоения питательных веществ.

Прототипом является способ приготовления гранулированного удобрения, содержащего водорастворимые формы азота, магния и серы с катионами аммония и магния, нитратными и сульфатными анионами, при котором магнезит обрабатывают концентрированной азотной кислотой, содержащей 30-60% HNO₃, с образованием реакционной смеси, содержащей нитрат магния, нитрат кальция и другие нитраты согласно содержанию металлических соединений в магнезите, и остаток неразложившегося магнезита; затем реакционную смесь нейтрализуют щелочным реагентом до pH=2-6, далее нейтрализованную реакционную смесь оставляют для реакции с сульфатом аммония при температуре 80-120°C в течение 20-80 мин. С образованием суспензии буссенготита формулы (NH₄)₂SO₄·MgSO₄·6H₂O, содержащей 10-30 масс.% воды, его гранулируют при температуре 60-75°C с образованием влажных гранул, содержащих 12 масс.% воды, из которого получают конечный продукт после удаления свободной воды. Суспензию смешивают с рецикловым продуктом предшествующего производства в соотношении 1:2-1:4 (Патент RU №2455270 С2. Гранулированное удобрение, содержащее водорастворимые формы азота, магния и серы, и способ его получения. - МПК: C05C 1/00. - Опубл. 10.07.2012).

Недостатком известного способа является сложность технологии, включающей использование агрессивных и ядовитых веществ, причем при высоких температурах.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа получения гранулированных комплексных азотно-магниевых удобрений является способ получения гранулированных комплексных азотно-магниевых удобрений, включающий смешение карбамида и оксида магния, подогрев смеси до температуры плавления карбамида, гранулирование удобрения. В качестве оксида магния используют обожженный магнезитовый порошок. Оксид магния вводят в количестве 10-55%, остальное - карбамид. Гранулирование удобрения осуществляют быстрым охлаждением смеси и измельчением полученного кристаллизата. Скорость охлаждения смеси до момента начала кристаллизации поддерживают не менее 5 град/мин (Патент RU №2217398 С1. Способ получения гранулированных комплексных азотно-магниевых удобрений. - МПК⁷: C05C 9/00, C05D 5/00. - Опубл. 27.11.2003).

Недостатком известного способа получения гранулированных комплексных азотно-магниевых удобрений является подогрев смеси до температуры плавления карбамида (132°C) и быстрое охлаждение расплава со скоростью не менее 5 град/мин для предотвращения оседания оксида магния. При этом содержание азота существенно уменьшается и происходит превышение содержание магния над азотом: N:MgO=1:(0,4-1,4) масс. Данное удобрение можно использовать только под определенные культуры, которые не угнетаются избыточным количеством магния.

Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является создание и получение удобрения, адаптированного для выращивания различных видов сельскохозяйственных культур с разной продолжительностью вегетационного периода, требующих различных скоростей (продолжительности) растворения удобрения.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемого изобретения, является повышение эффективности использования земельных угодий и урожайности различных сельскохозяйственных культур.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном гранулированном комплексном азотно-магниевом удобрении, содержащем смесь ингредиентов азота в виде карбамида, магния, выраженного как оксид магния (MgO), и серы, в форме гранул, согласно предложенному техническому решению, ингредиенты составляют, масс.%: азота - 26-38 и магния - 7-17 в соотношении N:MgO=1:(0,2-0,6), и серы - 1-3 в качестве микроэлемента, в составе гомогенной композиции карбамида с гидроксидсульфатом магния (ГОС) формулы: nMg(OH)₂·MgSO₄·mH₂O, где n=2, 3 и 5, m=6-8, определяющие скорость растворения удобрения в почве.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, включающем смешение карбамида и оксида магния, подогрев смеси, охлаждение и гранулирование кристаллизирующегося удобрения, согласно предложенному техническому решению:

- карбамид вводят в водный раствор сульфата магния с концентрацией 16-20%, затем смесь размешивают, подогревают до полного растворения карбамида, в раствор добавляют оксид магния в соотношении N:MgO=1:(0,2-0,6) масс и смесь перемешивают до образования гомогенной сметанообразной массы, разливают на плоскую поверхность толщиной 1-4 мм и охлаждают;

- далее, в зависимости от влажности и скорости твердения ГОС, смесь гранулируют различными способами: - медленнотвердеющую густую кашеобразную массу влажностью 5-10% гранулируют методом экструзии, влажные гранулы сушат при комнатных условиях и просеиванием (сортировкой) отбирают товарную фракцию 1-4 мм, а в случае быстрого схватывания смеси и невозможности гранулирования ее экструзией отвердевшую плитку толщиной 1-4 мм дробят, так же просеиванием отбирают товарную фракцию 1-4 мм, при этом независимо от способа гранулирования нестандартные гранулы размером менее 1 мм и более 4 мм возвращают на стадию перемешивания до образования гомогенной массы для последующего гранулирования;

- скорость растворения удобрения в почве задают соотношением карбамида и суммарного содержания магния в оксиде и сульфате магния;

- оксид и сульфат магния берут в соотношении MgO:MgSO₄=1:(0,4-1,5) масс, с возможностью образования смесей ГОС формулы nMg(OH)₂·MgSO₄·mH₂O, где n=2, 3 и 5, m=6-8, определяющие скорость растворения удобрения в почве;

- в качестве оксида магния используют смесь каустического магнезита и эпсомита (MgSO₄·7H₂O).

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения и способа его получения, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявляемых технических решений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявляемых технических решений соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленные технические решения могут быть реализованы на любом предприятии химической промышленности из общеизвестных материалов по принятой технологии и использовано на предприятиях сельского хозяйства для выращивания различных видов сельскохозяйственных культур. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

В предлагаемом изобретении соблюдено требование единства, поскольку гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение и способ его получения предназначены для выращивания различных видов сельскохозяйственных культур. Заявленные технические решения решают одну и ту же задачу - повышение эффективности выращивания различных видов сельскохозяйственных культур.

Сущность изобретений заключается в следующем.

Гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение содержит смесь водорастворимых ингредиентов в форме гранул, в масс.%: азота (N) - 26-38 и магния (Mg), выраженного как оксид магния (MgO), - 7-17 в соотношении N:MgO=1:(0,2-0,6), и серы - 1-3 в качестве микроэлемента, в составе гомогенной композиции карбамида с гидроксидсульфатом магния формулы: nMg(OH)₂·MgSO₄·mH₂O, где n=2, 3 и 5, m=6-8, определяющие скорость растворения удобрения в почве.

Способ получения гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения включает смешение карбамида и оксида магния, при этом карбамид вводят в водный раствор сульфата магния с концентрацией 16-20%. Затем смесь подогревают до полного растворения карбамида, в раствор добавляют оксид магния в соотношении N:MgO=1:(0,2-0,6) масс. и полученную суспензию перемешивают до образования гомогенной массы, последнюю разливают на плоскую поверхность толщиной 1-4 мм и охлаждают в течение нескольких минут. Затем, в зависимости от влажности и скорости твердения ГОС, смесь гранулируют различными способами -медленно твердеющую густую кашеобразную массу влажностью 5-10% гранулируют методом экструзии, влажные гранулы сушат при комнатных условиях и просеиванием отбирают товарную фракцию 1-4 мм, а в случае быстрого схватывания смеси и невозможности гранулирования ее экструзией, отвердевшую плитку толщиной 1-4 мм дробят, также просеиванием отбирают товарную фракцию 1-4 мм, при этом независимо от способа гранулирования нестандартные гранулы размером менее 1 мм и более 4 мм возвращают на стадию перемешивания до образования гомогенной массы для последующего гранулирования.

Скорость растворения удобрения в почве задают соотношением карбамида и суммарного содержания магния в оксиде и сульфате магния. Оксид и сульфат магния берут в соотношении MgO:MgSO₄=1:(0,4-1,5) масс, с возможностью образования смесей гидроксидсульфатов магния формулы: nMg(OH)₂·MgSO₄·mH₂O, где n=2, 3 и 5, m=6-8, определяющие скорость растворения удобрения в почве. В качестве оксида магния используют смесь каустического магнезита и эпсомита (MgSO₄·7H₂O).

Взаимодействие MgO с MgSO₄ происходит не только в жидкой среде (суспензии), но и в воздушной среде после того как произошло первоначальное схватывание смеси и превращение ее в камнеобразное тело. Реакции образования гидроксидсульфатов, способствующие упрочнению гранул и, следовательно, уменьшению скорости их растворения, заканчиваются примерно в течение 1-4 недель.

Примеры получения гранулированных комплексных азотно-магниевых удобрений.

Пример 1. В смеситель загружали 174 г эпсомита формулы MgSO₄·7H₂O и 360 г воды из расчета получения 16%-ного раствора, в который добавляли 1200 г карбамида из расчета получения удобрения с соотношением N:MgO=1:0,2 масс. Затем ингредиенты смешивали и подогревали до температуры 60-80°C до полного растворения карбамида и в полученный раствор вносили 100 г каустического магнезита из расчета получения гидроксидсульфата магния состава 3Mg(OH)₂·MgSO₄·8H₂O. Образовавшуюся суспензию продолжали перемешивать до получения однородной массы определенной вязкости, которую разливали на плоскую поверхность толщиной 1-4 мм, охлаждали до комнатной температуры, сушили в комнатных условиях для удаления свободной влаги, далее сухой, полностью затвердевший продукт дробили, просеиванием отбирали товарную фракцию 1-4 мм, нестандартные фракции зерен удобрений размером менее 1 мм и более 4 мм возвращали в цикл и использовали при последующем гранулировании.

Полное удаление избыточной влажности гранул и достижение их максимальной прочности при комнатной температуре составило 2 недели. В результате получили 1500 г гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, содержащего 79% карбамида и 20% ГОС. Удобрение содержало N=36,7%, MgO=7,4% и S=1,5% при соотношении питательных компонентов N:MgO:S=1:0,2:0,04.

Пример 2. Гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение получали аналогично примеру 1, при котором в раствор эпсомита с водой добавляли 600 г карбамида из расчета получения удобрения с соотношением N:MgO=1:0,4, при этом полное растворение карбамида происходило в интервале температур 40-50°C. Гранулирование полученной густой кашеобразной массы влажностью 5-10% в процессе ее остывания и медленного затвердевания осуществляли с помощью экструдера, влажные гранулы сушили при комнатных условиях и просеиванием отбирали товарную фракцию 1-4 мм, нестандартные гранулы размером менее 1 мм и более 4 мм возвращали в цикл и использовали при последующем гранулировании.

Полное удаление избыточной влажности гранул и достижение их максимальной прочности при комнатной температуре составило 4 недели. В результате получили 930 г гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, содержащего 65% карбамида и 33% ГОС. Удобрение содержало N=30,3%, MgO=12,3% и S=2,4% при соотношении питательных компонентов N:MgO:S=1:0,4:0,08.

Пример 3. Гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение получали аналогично примеру 1, при котором в раствор эпсомита с водой добавляли 400 г карбамида из расчета получения удобрения с соотношением N:MgO=1:0,6, при этом количество воды было достаточно для растворения карбамида при комнатной температуре. Гранулирование продукта осуществляли как методом экструзии - после начала схватывания смеси в течение 1-3 час, так и методом дробления затвердевшей плитки толщиной 1-4 мм - после полного удаления из нее свободной влаги в течение 1-3 суток. Товарную фракцию удобрений 1-4 мм отбирали просеиванием, нестандартные фракции зерен удобрений размером менее 1 мм и более 4 мм возвращали в цикл и использовали при последующем гранулировании. В результате получили 730 г гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, содержащего 55% карбамида и 43% ГОС. Удобрение содержало N=25,9%, MgO=15,5% и S=3,1% при соотношении питательных компонентов N:MgO:S=1:0,6:0,12.

Пример 4. Гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение получали аналогично примеру 1, при этом в смеситель загружали 104 г эпсомита и 150 г воды из расчета получения 20% раствора и ГОС состава 5Mg(OH)₂·MgSO₄·8H₂O, в который добавляли 1070 г карбамида из расчета получения удобрения с соотношением N:MgO=1:0,2 масс, при этом полное растворение карбамида происходило в интервале температур 70-100°C. В результате получили 1300 г гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, содержащего 75% карбамида и 23% ГОС. Удобрение содержало N=37,9%, MgO=7,7% и S=1,0% при соотношении питательных компонентов N:MgO:S=1:0,2:0,04.

Пример 5. Гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение получали аналогично примеру 4, при котором добавляли 550 г карбамида из расчета получения удобрения с соотношением N:MgO=1:0,4 масс., при этом полное растворение карбамида происходило в интервале температур 40-70°C. Гранулирование полученной густой кашеобразной массы влажностью 5-10% в процессе ее остывания и медленного затвердевания осуществляли с помощью экструдера. В результате получили 800 г гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, содержащего 59% карбамида и 39% ГОС. Удобрение содержало N=32,1%, MgO=12,7% и S=1,7% при соотношении питательных компонентов N:MgO:S=1:0,4:0,08.

Пример 6. Гранулированное комплексное азотно-магниевое удобрение получали аналогично примеру 4, при котором добавляли 360 г карбамида из расчета получения удобрения с соотношением N:MgO=1:0,6, при этом количество воды достаточно для растворения карбамида при комнатной температуре. Гранулирование продукта осуществляли как методом экструзии - после начала схватывания смеси в течение 1-3 час, так и методом дробления затвердевшей плитки толщиной 1-4 мм - после полного удаления из нее свободной влаги в течение 1-3 суток. В результате получили 600 г гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения, содержащего 50% карбамида и 47% ГОС. Удобрение содержало N=27,7%, MgO=16,6% и S=2,2% при соотношении питательных компонентов N:MgO:S=1:0,6:0,12.

Примеры получения гранулированного комплексного азотно-магниевого удобрения при других условиях приведены в табл.1.

Основные физико-химические свойства гранулированных комплексных азотно-магниевых удобрений оценивали испытаниями на прочность гранул через 4 недели после их получения. Результаты испытаний представлены в табл.2.

Время половинного растворения удобрений (τ_0,5, мин) в зависимости от количества MgO (C_MgO - массовое отношение MgO к азоту) в интервале N:MgO=1:0-1:0,6 масс, может быть рассчитано по эмпирической формуле: τ_0,5=140C_MgO+5, мин.

Следовательно, изменяя (подбирая) количество добавляемого MgO (и эквивалентное количество MgSO₄), можно получить удобрение с регулируемой скоростью растворения.

Предлагаемые NMg-удобрения по сравнению с карбамидом отличаются более высокой прочностью, что уменьшает пылеобразование и слеживаемость. Кроме того, они являются щелочными (pH растворов ~10,5), следовательно, постоянное внесение их будет способствовать нейтрализации кислых почв.

Таблица 1 - Условия получения и состав удобрений, полученных по предлагаемому способу и прототипу

Результаты оценки агрохимической эффективности полученных NMg-удобрений в вегетационных опытах представлены в табл.3 и 4. При этом определяли их влияние на урожайность зерновых (ячмень, пшеница) и кормовых культур (зеленая масса суданской травы).

Таблица 3 - Влияние NMg-удобрений на урожайность зерновых культур на серой лесной среднесуглинистой почве (доза азота - 0,15 г/кг почвы)

Таблица 4 - Влияние NMg-удобрений на выход зеленой массы суданской травы на серой лесной среднесуглинистой почве (N=0,15 г/кг почвы)

Предлагаемые гранулированные комплексные азотно-магниевые удобрения с заданной (регулируемой) скоростью растворения в почве способствуют существенному увеличению на 13-26% урожая зерна зерновых культур (ячмень, пшеница) и выхода зеленой массы кормовых культур на 35%. Кроме того, содержание нитратов в зеленой массе суданской травы (во втором укосе) значительно меньше, в то время как в опыте с использованием карбамида данная величина превышает ПДК (ПДК_NO3=600 мг/кг сырой массы).