способ получения фосфорсодержащего минерального удобрения

Формула изобретения

1. Способ получения фосфорсодержащего минерального удобрения, включающий стадии раздельного измельчения фосфорсодержащего сырья и минеральной добавки, последующее смешение их, отличающийся тем, что измельчение фосфорсодержащего сырья проводят в высоконапряженных мельницах до степени аморфизации 5-25%, в качестве минеральной добавки используют природный цеолит, а смешение исходных компонентов проводят при соотношении 1: (2-5) соответственно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для измельчения фосфорсодержащего сырья используют центробежно-планетарные мельницы непрерывного или периодического действия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве природного цеолита используют клиноптилолитсодержащий туф.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что природный цеолит измельчают до размеров не более 0,2 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения фосфорных удобрений с высоким содержанием усвояемого растениями P₂O₅ из необогащенного фосфатного сырья, например апатита или фосфорита, в которых Р₂O₅ содержится в слабоусвояемой растениями форме.

В решении проблемы обеспечения земледелия фосфором особое значение приобретает разработка новых, нетрадиционных и высокоэффективных методов использования фосфоритов (апатитов) в качестве удобрений.

В последние годы интенсивно развиваются новые технологические способы повышения эффективности фосфоритов, связанные с процессом производства самого удобрения и направленные на изменение структуры фосфатного вещества и его химических свойств. Среди них обработка измельченных фосфоритов потоком быстрых электронов (А. с. 1089078, кл. С 05 В 11/02, опубл. БИ 16, 30.04.84г. ), механохимическая активация (А. с. 712407, кл. С 05 В 11/02, опубл. БИ 4, 30.01.80г. ) и др.

Альтернативой описанным способам является установленная возможность увеличения растворимости фосфатсодержащих пород (фосфоритов и апатитов) введением в систему катионообменников или хелатобразующих агентов, способных к поглощению или связыванию катионов Са⁺² сырых фосфатов.

Известен способ получения многофункциональных минеральных удобрений, включающий введение в плав фосфорсодержащих удобрений в качестве кондиционирующей добавки природных цеолитов, в частности клиноптилолитсодержащего туфа с размером частиц 0,1-1,0 мм в количестве не менее 1% от массы плава удобрения.

Недостатком данного способа является то, что введение минеральной кондиционирующей добавки в плав удобрения не изменяет реакционную способность основного действующего вещества - фосфата.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ получения органоминеральных удобрений из фосфатов и бурого угля (DЕ, заявка 2603771, кл. С 05 В 21/00, 1977г. ), включающий стадии измельчения исходного сырья (фосфатов и бурого угля) и последующее их смешивание. Количество бурого угля, вводимого в состав удобрения, составляет 70-98% от его массы.

Фульвокислоты и гуминовые кислоты, составляющие 80% от состава бурых углей, являются хелатообразующими соединениями. В известном техническом решении хелатообразование происходит между веществами бурого угля и ионами Са сырых фосфатов, благодаря чему их растворимость, а следовательно, усвояемость растениями увеличивается.

Недостатком известного технического решения является его высокая энергоемкость (время измельчения исходных продуктов составляет 60 и более минут), а также высокое содержание минеральной добавки, приводящее к сильному разбавлению фосфорсодержащего удобрения. Кроме этого, известный способ позволяет получить фосфорсодержащее удобрение с невысоким содержанием лимонно-растворимой (легкоусвояемой) формы Р₂O₅.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в повышении качества фосфорсодержащего минерального удобрения за счет увеличения в нем лимонно-растворимой формы P₂O₅ путем эффективного использования природного фосфатного сырья и снижения энергоемкости процесса.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в заявляемом способе получения фосфорсодержащего минерального удобрения, включающем стадии раздельного измельчения фосфорсодержащего сырья и минеральной добавки и последующее смешивание их, измельчение фосфорсодержащего сырья проводят в высоконапряженных мельницах до степени аморфизации 5-25%, в качестве минеральной добавки используют природный цеолит, а смешение исходных компонентов проводят при соотношении 1: (2-5) маc. ч. соответственно.

Измельчение фосфорсодержащего сырья проводят, предпочтительно, в центробежно-планетарных мельницах непрерывного или периодического действия.

В качестве природного цеолита используют клиноптилолитсодержащий туф.

Природный цеолит, предпочтительно, измельчают до размеров частиц не более 0,2 мм.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентной и научно-технической литературе, содержащей сведения об аналогах заявляемого технического решения, позволил установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

По отношению к прототипу - наиболее близкому аналогу заявляемое техническое решение обладает совокупностью существенных отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения и позволяющих получить эффективное фосфатцеолитное удобрение с увеличенным содержанием лимонно-растворимой Р₂O₅ по менее энергоемкой технологии.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию "новизна" согласно действующему законодательству.

Предложенная совокупность существенных отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением того же результата не обнаружена.

На основании этого сделан вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует требованию "изобретательский уровень".

При проведении экспериментов в заявляемом способе в качестве природного цеолита использовали клиноптилолитсодержащий туф Холинского месторождения. В качестве фосфорсодержащего сырья применяли апатиты или фосфориты, содержащие Р₂O₅ в слабоусвояемой растениями форме.

Измельчение апатитов или фосфоритов проводилось в высоконапряженных центробежно-планетарных мельницах периодического или непрерывного действия. В таких мельницах обрабатываемый материал под воздействием мелющих тел не только измельчается, но и подвергается механохимической активации, приводящей к нарушению кристаллической структуры апатита (фосфорита), которую можно охарактеризовать степенью аморфизации. Частично аморфизованный апатит легче вступает в реакцию ионного обмена с измельченным природным цеолитом.

Аморфизация фосфата - величина обратная степени кристалличности, которая количественно рассчитывается по данным рентгеноструктурного анализа по отношению величин интегральных интенсивностей рефлексов исходного и измельченного фосфата.

Предлагаемые нами в качестве добавки к фосфорным рудам природные цеолиты, в частности клиноптилолит, являются каркасными алюмосиликатами, в структуре которых имеются сообщающиеся между собой полости, занятые катионами различных элементов (чаще щелочных и щелочноземельных) и молекулами воды, способными свободно удаляться и поглощаться структурой, благодаря чему происходит ионный обмен и обратимая дегидратация. Являясь природными ионообменниками катионного типа, цеолиты проявляют активность по отношению ко многим ионам, в том числе и к катионам Са⁺², на чем основана возможность использования их с целью повышения растворимости природных фосфоритов и апатитов.

При ионообменном взаимодействии в системе цеолит-фосфорит ионы Са⁺² фосфата поглощаются цеолитом, в результате чего повышается его растворимость, а следовательно, усвояемость растениями увеличивается. Частичная аморфизация структуры при измельчении в высоконапряженных мельницах приводит к нарушению кристаллической решетки, что облегчает процесс удаления кальция.

Кроме этого, фосфорсодержащие удобрения с добавкой цеолитов, внесенные в почву, увеличивают ее обменную емкость и влагоемкость, улучшают структуру почвы и приводят к лучшему усвоению питательных веществ растениями за счет регулируемого поступления их в почву.

Примеры конкретного осуществления способа.

Апатит измельчают в центробежно-планетарной мельнице М-3 периодического действия мелющими шарами диаметром 2-3 мм при отношении массы мелющих тел к массе измельчаемого аппатита 20: 1 в течение 30-120 с. Полученный измельченный апатит со степенью аморфизации 5-25% смешивают с клиноптилолитсодержащим туфом с размером частиц не более 0,2 мм при соотношении 1: (2-5) соответственно.

Данные по параметрам прототипа и заявляемого способа, а также свойствам получаемых удобрений сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что измельчение фосфорсодержащего сырья в высоконапряженных мельницах до степени аморфизации 5-25% является оптимальным для данного технического решения.

Измельчение фосфорсодержащего сырья до степени аморфизации более 25% приводит к дополнительным энергозатратам, трудностям отделения существенно аморфизованного продукта от мелющих тел. Измельчение до степени аморфизации менее 5% снижает содержание лимонно-растворимого Р₂О₅, что негативно сказывается на качестве получаемого удобрения.

При измельчении фосфорсодержащего сырья с помощью стержневых мельниц до размеров частиц не более 0,2 мм аморфизация его не происходит, что приводит к уменьшению содержания лимонно-растворимой Р₂O₅ в удобрении. То есть использование высоконапряженных мельниц, например центробежно-планетарных, является обязательным условием осуществления способа.

При использовании заявляемого способа целесообразно использовать соотношение апатита и цеолита в пределах 1: (2-5). При этом относительный процент лимонно-растворимого ₂O₅ составляет 61-78%. При уменьшении содержания цеолита в удобрении против оптимального существенно снижается относительное содержание лимонно-растворимого P₂O₅. При увеличении дозировки цеолита более, чем пятикратное превышение содержания апатита, снижается общее содержание P₂O₅ в удобрении.

При внесении в почву такого удобрения происходит ионнообменное взаимодействие цеолита с кальциевой составляющей фосфатного вещества, что приводит к повышению реакционной способности (РO₄)-ионов, входящих в структуру фосфатов, вследствие чего относительное содержание лимонно-растворимого Р₂O₅ в удобрении увеличивается. Предварительная механическая обработка (высокоэнергонапряженное измельчение) частично нарушает структуру апатита (фосфорита) и таким образом способствует активации процесса ионного обмена.

Полученное согласно заявляемому способу удобрение обладает повышенным по сравнению с исходным сырьем содержанием лимонно-растворимой формы P₂O₅ и обладает пролонгирующим действием за счет применения цеолитовой компоненты.