Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛИОРАНТА КИСЛЫХ ПОЧВ

Изобретение относится к способам получения мелиоранта и предназначено для использования в сельском хозяйстве для снижения кислотности почв и повышения их плодородия.

Известно применение кальцийсодержащих мелиорантов кислых почв, полученных из отходов производства Ачинского глиноземного комбината и золы бурых углей Канско-Ачинского бассейна, при этом дополнительной подготовке эти отходы не подвергаются. В работе приведены результаты модельных опытов на агросерых и дерново-подзолистых почвах и изучено действие нефелинового шлама и золы бурых глей на зольность и усвоение азота, фосфора, калия и кальция зерновыми и кормовыми культурами [Н.Г. Рудой, Я.И. Лубите Об использовании шламов Ачинского глиноземного комбината для мелиорации кислых почв // Совершенствование гидротехнического строительства и мелиорации в Сибири. - Красноярск: Изд-во СибНИИГиМ, 1976. - Вып. 1. - С. 128-134].

Недостатком данного способа является то, что нефелиновый шлам применяется без подготовки и измельчения, а процесс раскисления почвы протекает замедленно и требует значительных объемов мелиоранта для нейтрализации кислых почв.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения мелиоранта кислых почв из влажного нефелинового шлама, включающий его подготовку на шламохранилище, при этом подготовку шлама проводят буртованием и сушкой его на воздухе до влажности 25% [Шепелев И.И., Стыглиц И.С., Еськова Е.Н., Жижаев A.M. Исследование химических и токсичных свойств нефелиновых шламов для использования в сельском хозяйстве // Вестник КрасГАУ, 2016. - №2. - С. 13-19].

Недостатком данного способа является то, что процесс получения мелиоранта осуществляется без дополнительной подготовки и измельчения, при этом процесс раскисления почвы при вводе данного мелиоранта протекает замедленно и требует значительных объемов мелиоранта для нейтрализации кислых почв.

Задачей изобретения является ускорение процесса раскисления почвы и повышение раскисляющей способности мелиоранта, что позволит быстро определить целесообразность применения мелиоранта и его дозировки в процессе нейтрализации кислых почв.

Поставленная задача достигается тем, что для повышения раскисляющей способности мелиоранта нефелиновый шлам дополнительно подвергают измельчению в шаровой мельнице до крупности слива 55-60% класса - 0,074 мм.

Сопоставительный анализ с ближайшим аналогом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый способ получения мелиоранта кислых почв отличается тем, что нефелиновый шлам дополнительно подвергают измельчению в шаровой мельнице до крупности слива 55-60% класса - 0,074 мм.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Предлагаемый способ получения мелиоранта кислых почв позволяет получать мелиорант из влажного нефелинового шлама с использованием его измельчения в шаровой мельнице, что обеспечивает повышение его раскисляющей способности за счет активации его поверхности и при этом ускоряется процесс нейтрализации кислых почв и сокращается расход мелиоранта. Предлагаемое изобретение придает способу получения мелиоранта кислых почв новое техническое решение способа получения мелиоранта кислых почв, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

Способ получения мелиоранта кислых почв осуществляют следующим образом.

Нефелиновый шлам ОАО «РУСАЛ Ачинск» является хвостовым продуктом комплексной спекательной технологии получения глинозема и содопродуктов из нефелиновой руды и известняка. В своем составе нефелиновый шлам имеет до 55% оксида кальция. Химический состав отвального нефелинового шлама ОАО «РУСАЛ Ачинск» приведен в табл. 1.

Минералогический состав нефелинового шлама, размещаемого на существующих шламовых картах №1 и №2 ОАО «РУСАЛ Ачинск», показан в табл. 2.

Как видно из табл. 2, основной минеральный состав размещаемого на шламовом поле нефелинового шлама в пробах составляет двухкальциевый силикат (более 80%), в качестве следов до 5% в отвальном шламе присутствуют: алюминаты натрия Na₂O×Al₂O₃, кальций магниевые силикаты CaO×MgO×SiO₂, натрокальциевые силикаты Na₂O×CaO×SiO₂, гидрогранаты кальция. 3CaO×Al₂O₃×SiO₂×(6-x)H₂O, кальциевые алюминаты CaO×Al₂O₃.

По гранулометрическому составу отвальный нефелиновый шлам имеет размер частиц 0-3 мм.

По существующей в ОАО «РУСАЛ Ачинск» технологии отвальный нефелиновый шлам в виде пульпы при соотношении твердое: жидкость, Т:Ж=1:3, перекачивается по шламопроводам на шламохранилище, где происходит его отделение от водной фазы с последующим складированием его на шламовом поле №1 и №2. Для вторичного использования, в том числе для нужд сельского хозяйства, нефелиновый шлам подвергают буртованию и предварительной сушке на воздухе до влажности 25%. Подготовленную таким образом пробу нефелинового шлама отбирали для лабораторных испытаний и использовали ее в качестве прототипа и для последующей подготовки по заявляемому способу. Для повышения раскисляющей способности мелиоранта, приготовленного из нефелинового шлама, его дополнительно подвергали измельчению в шаровой мельнице. Измельчение проводили в лабораторной шаровой мельнице МЛБ в периодическом режиме. Мелющие тела - сталь, диаметр - 1-3 см. Шаровая нагрузка - 40 кг. Загрузка минерального материала - 50 кг. Длительность измельчения составляла 30 минут, которая обеспечивала тонкость помола нефелинового шлама в шаровой мельнице до крупности слива 55-60% класса - 0,074 мм. Измельченную пробу нефелинового шлама использовали в качестве мелиоранта для нейтрализации кислых почв согласно заявляемого способа.

Примеры выполнения способа получения мелиоранта кислых почв приведены в табл. 3. Примеры 1-3 - по прототипу, примеры 4-7 - по заявляемому способу.

Заявляемый способ получения мелиоранта кислых почв из нефелинового шлама проверен на пробах кислых почв, отобранных на лесных серых почвах полей Болышеулуйского района Красноярского края. Анализ полученных экспериментальных данных (табл. 3 примеры 4-7) показал, что раскисляющая способность у заявляемого мелиоранта значительно выше и его для нейтрализации кислой среды почвы требуется вводить на порядок меньше, чем мелиоранта, приготовленного из отвального нефелинового шлама текущего производства ОАО «РУСАЛ Ачинск». Мелиорант из измельченного нефелинового шлама, приготовленный по предлагаемому способу, решает поставленную задачу, то есть обеспечивает ему более высокую раскисляющую способность и позволяет получить по сравнению с прототипом более высокий технический результат, заключающийся в повышении эффективности предлагаемого мелиоранта за счет увеличения активной поверхности частиц нефелинового шлама и повешенной активности оксида кальция.

Анализ табл. 3 показывает, что ввод неизмельченного отвального нефелинового шлама согласно прототипу в количестве 3,5-10,5 т/га (табл.3 примеры 1,2) не обеспечивает повышение pH водной вытяжки кислой почвы до нейтральной среды и только ввод нефелинового шлама в количестве 20 т/га (табл. 3, пример 3) позволяет достичь pH=7,0. Применение дополнительно измельченного нефелинового шлама до крупности слива 55-60% класса - 0,074 мм для раскисления пробы кислой серой лесной почвы с pH 4,5-4,7 позволяет снизить расход необходимой дозы мелиоранта до 2,5-3,5 т/га (табл. 3, примеры 5, 6) за счет увеличения его раскисляющей способности. Применение измельченного нефелинового шлама с тонкостью помола до крупности слива менее 55% класса - 0,074 мм (табл. 3, пример 4) позволяет достичь нейтральной среды водной вытяжки почвы, но при этом расход измельченного мелиоранта возрастает до 4,2 т/га. Использование нефелинового шлама, измельченного до крупности слива более 60% класса - 0,074 мм (табл. 3, пример 7), хотя и обеспечивает достижение поставленной задачи - повышения раскисляющей способности мелиоранта, но при этом требует большего времени на измельчение, что увеличивает энергетические затраты на его приготовление.

Дополнительная операция измельчения нефелинового шлама способствует более эффективному применению мелиоранта для раскисления серых лесных почв. В процессе измельчения нефелинового шлама обеспечивается вскрытие минеральных частиц и агрегатов, входящих в его состав, и появление активных форм кальцийсодержащих минералов и разложение алюминатов натрия и калия, что приводит к более эффективной раскисляющей способности заявляемого мелиоранта.

Таким образом, на основе данных лабораторных испытаний заявляемый способ обеспечивает в отличие от прототипа повышение раскисляющей способности мелиоранта также за счет увеличения активной поверхности минеральных частиц нефелинового шлама. Применение дополнительно измельченного нефелинового шлама позволяет в отличие от прототипа сократить его расход на порядок и обеспечить необходимую нейтрализацию кислой среды почвы.

Использование изобретения позволяет существенно сократить расход необходимого мелиоранта для раскисления серых лесных почв и обеспечить условия для улучшения продуктивности культурных растений.