способ получения органоминерального комплексного удобрения

Формула изобретения

Способ получения органоминерального комплексного удобрения на основе адсорбционной добавки в виде трепела, заключающийся в получении комплексного удобрения путем смешивания раствора гидроксокомплекса алюминия с калием К₃[Аl(ОН) ₆] с трепелом, доведением полученной суспензии до кипения и нейтрализацией ее фосфорной кислотой, при этом на последнем этапе соединяют комплексный сорбент, полученный из трепела, и суспензию гидролизованного торфа, представляющего органическую азотсодержащую фракцию удобрения, с дальнейшим измельчением и сушкой смеси, отличающийся тем, что на этапе получения органической азотсодержащей фракции удобрения торф обрабатывают 50%-ным раствором гидроокиси калия КОН в соотношении торф : гидроокись калия, равном 1:1,3, и при кипячении в течение 1 ч, затем полученную органическую смесь нейтрализуют раствором 30,7% Н₃РO₄ до рН 7, а на этапе соединения комплексного сорбента и органической азотсодержащей фракции удобрения в смесь дополнительно вводят следующие ингредиенты: измельченный сухой торф, азотно-кислый аммоний NH₄NO₃ и микроэлементы в виде борной кислоты Н₃ВО₃, серно-кислого магния MgSO ₄ и молибденово-кислого аммония, (NН₄)₆ Мо₇O₂₄·4Н₂O, полученное при этом удобрение характеризуется следующим содержанием элементов, вес.%:

Азот	N	11,4
Фосфорный ангидрид	Р2 О5	12,0
Окись калия	К2О	18,0
Окись кремния	SiO2	11,4
Окись алюминия	Аl2O3	1,75
Окись кальция	СаО	1,60
Окись марганца	МnО2	0,12
Окись железа	Fе2О3	0,8
Окись магния	MgO	0,53
Бор	В	0,12
Молибден	Мо	0,14
Торф и органические вещества	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологии получения органоминеральных комплексных удобрений, регулирующих дозированное введение микроэлементов и поглощение из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов, и может найти широкое применение для улучшения плодородия почв и улучшения их экологической безопасности.

Известны различные типы удобрений, служащие для улучшения плодородия почв и повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Например, способ приготовления органоминерального комплексного удобрения, включающий смешивание кварц-глауконитового песка и источника органического вещества, причем в качестве органического вещества используют смесь навоза и илового осадка - сырого осадка и избыточного активного ила, полученных при биологической очистке бытовых сточных вод, причем смесь получают путем добавления навоза перед обработкой илового осадка обеззараживанием, обезвреживанием и сушкой. После обработки и смешивания с кварц-глауконитовым песком получают удобрение при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

кварц-глауконитовый песок	20-25
навоз	10-15
иловый осадок	60-70

Патент РФ № 2316523, МПК C05D 9/00, опубл. 2008.02.10.

Известен способ удобрения почвы, включающий внесение в почву минеральных удобрений вместе с адсорбционной добавкой, причем в качестве адсорбционной добавки используют трепел в количестве не менее 60% от веса минеральных удобрений. Патент РФ № 2088557, МКИ 6 C05G 3/04, опубл. 27.08.1997 г.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия на основе адсорбционной добавки, заключающийся в использовании в качестве адсорбционной добавки трепела, причем осуществляют получение комплексного удобрения пролонгированного действия в пять этапов, при этом на первом этапе получают из трепела комплексный адсорбент, для этого смешивают трепел с раствором гидроксокомплекса алюминия с калием К₃[Аl(ОН)₆], помещают полученную суспензию в автоклав и выдерживают в течение четырех часов при давлении 5 атм и температуре 150°С, затем смесь извлекают из автоклава путем промывки водой в соотношении смесь:вода, равном 1:3, и доводят до кипения с дальнейшей нейтрализацией полученной щелочной суспензии горячей фосфорной кислотой с концентрацией 30,7 вес.% при непрерывном перемешивании до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей сушкой раствора до влажности 1%, на втором этапе получают биологически активную гуминовую фракцию удобрения путем обработки торфа 30% раствором гидроокиси калия КОН при кипячении в течение 0,5 ч, на третьем этапе получают органическую азотсодержащую фракцию удобрения путем получения нитрующей смеси, состоящей из фосфорного ангидрида P₂ O₅ и азотной кислоты HNО₃ в соотношении 1:2, затем торф и нитрующую смесь соединяют в соотношении 1:1 при тщательном перемешивании в реакционном сосуде и подвергают охлаждению в течение 0,5 ч, поместив реакционный сосуд в кристаллизатор со льдом, на четвертом этапе смешивают биологически активную гуминовую и органическую азотсодержащую фракции удобрения, смесь нейтрализуют 25% раствором аммиака до получения раствора, рН которого равен 7,0, с последующей его сушкой, на пятом этапе комплексный адсорбент, полученный на первом этапе, и смесь органической и гуминовой фракций, полученную на четвертом этапе, соединяют в соотношении 1:2,7 с дальнейшим измельчением и получением при этом удобрения, содержащего в своем составе следующие элементы, вес.%:

Азот	N	21,96
Фосфорный ангидрид	P2 O3	15,73
Окись калия	К2О	11,20
Окись кремния	SiO2	12,54
Окись алюминия	Аl2О3	1,65
Окись кальция	СаО	1,92
Окись магния	MgO	0,30
Окись железа	Fе2 О3	0,96
Окись марганца	МnO2	0,14
Торф и органические вещества	33,6

Патент РФ на изобретение № 2336257, МПК C05D 9/00, д. публ. 2008.10.20.

К техническому результату относится снижение стоимости полученного комплексного органоминерального удобрения путем использования дешевого природного сырья в виде трепела, а также повышение эффективности действия комплексного удобрения на плодородие почвы за счет использования комплексного адсорбента, регулирующего дозированное введение микроэлементов и одновременное поглощение с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов.

Технический результат достигается за счет того, что способ получения комплексного органоминерального удобрения на основе адсорбционной добавки в виде трепела заключается в получении комплексного удобрения путем смешивания раствора гидроксокомплекса алюминия с калием К₂[Аl(ОН)₆] с трепелом. Затем полученная суспензия доводится до кипения и нейтрализуется фосфорной кислотой. На последнем этапе соединяют комплексный сорбент, полученный из трепела, и суспензию гидролизованного торфа, представляющего органическую азотсодержащую фракцию удобрения, с дальнейшим измельчением и сушкой смеси. При этом на этапе получения органической азотсодержащей фракции удобрения торф обрабатывают 50% раствором гидроокиси калия КОН в соотношении торф: гидроокись калия, равном 1:1,3, и при кипячении в течение 1 часа. Полученную органическую смесь нейтрализуют раствором 30,7% Н₃ РO₄ до рН 7. На этапе соединения комплексного сорбента и органической азотсодержащей фракции удобрения в смесь дополнительно вводят следующие ингредиенты: измельченный сухой торф, азотнокислый аммоний NH₄NO₃ и микроэлементы, в виде борной кислоты Н₃BО₄, сернокислого магния MgSO₄ и молибденовокислого аммония, (NH₄ )₆Mo₇O₂₄·4H₂ O. Полученное при этом удобрение характеризуется следующим содержанием элементов, вес.%:

Азот	N	11,4
Фосфорный ангидрид	Р2 O5	12,0
Окись калия	К2O	18,0
Окись кремния	SiO2	11,4
Окись алюминия	Аl2О3	1,75
Окись кальция	СаО	1,60
Окись марганца	МnO2	0,12
Окись железа	Fe2O3	0,8
Окись магния	MgO	0,53
Бор	В	0,12
Молибден	Мо	0,14
Торф и органические вещества	Остальное

Примеры конкретного выполнения способа

ИНГРАДИЕНТЫ:

1. Трепел - 1 кг

2. Гидроокись алюминия Аl(ОН)₃ 0,2 кг

3. Гидроокись калия КОН 1,833 кг

4. Фосфорная кислота Н₃ РO₄ (100%) 1,243 кг

5. Торф 1,5 кг

6. Азотнокислый аммоний NH₄NO₃ 2.4 кг

Микроэлементы:

7. Борная кислота Н₃ВО₃ 0,060 кг

8. Сернокислый магний MgSO₄ 0,26 кг

9. Молибденовокислый аммоний (NH₄)₆Mo ₇O₂₄·4H₂O 0,020 кг

Способ получения органоминерального комплексного удобрения на основе адсорбционной добавки - трепела, включает 8 этапов.

1. Гидроокись алюминия Аl(ОН)₃ (200 г) растворяется в 89% растворе едкого кали (533 г КОН в 600 мл раствора), раствор кипятится и в кипящем виде разбавляется до концентрации 53% по внесенному в зону реакции КОН (объем 1 литр) - получение гидроксокомплекса алюминия с калием (К₃[Аl(ОН) ₆] 63% раствор +10% КОН).

2. При тщательном перемешивании раствор гидроксокомплекса алюминия с калием вливается в трепел.

3. После того как пройдет бурная стадия реакции гидролиза кремнезема, суспензию с небольшим количеством воды (250-300 мл) переносят в герметичный реактор и нагревают в течение 4-5 часов при температуре 150°С.

4. После остывания суспензия разбавляется водой (4 литра), нагревается и нейтрализуется Н₃РO₄ разбавленной до концентрации 30.7% ( =1,185) до рН 7.

5. 50% раствор КОН (1,3 кг КОН растворяется водой до объема 2,6 литра) нагревается до кипения, в кипящий раствор помещается 1 кг торфа и кипятится в течение 1 часа.

6. Полученный раствор нейтрализуется Н₃РO₄ разбавленной до концентрации 30.7% ( =1,185) до рН 7.

7. Полученные суспензии сорбента (п.4), гидролизованного торфа (п.6), объединяются, перемешиваются с 0,5 кг сухого измельченного торфа, 2,4 кг азотнокислого аммония NH₄NO₃ и микроэлементами.

8. Сушка, измельчение.

Разработанный новый тип органоминерального комплексного удобрения получил название Супродит М, удобрение обогащено макро- (N, Р, К) и микроэлементами (Mg, В, Мо) и обладает сорбирующими свойствами для загрязняющих веществ (¹³⁷Cs и тяжелых металлов), способствует повышению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Полученное органоминеральное комплексное удобрение «Супродит М» также обладает пролонгированным действием и состоит из двух компонентов: минеральной компоненты - нового высокоселективного синтетического сорбента на основе трепела Зикеевского месторождения Калужской области с закрепленными в кристаллической решетке элементами минерального питания растений Р₂O₅ и К₂О и обогащенного Mg, В и Мо, и органической компоненты - на основе торфа.

Минеральная часть «Супродита М» получена путем гидротермической переработки природного трепела с участием гидроокиси калия, гидроокиси алюминия и фосфорной кислоты. Согласно протоколу испытаний № 10 ук6-1 от 30 июля 2009 года (г.Москва) высокоселективный сорбент содержит: цеолит к-н (20%), цеолит ECR-2 (20%), монтмориллонит (около 10%), мусковит (9%), кварц (2%). Рентгеноаморфная фаза составляет 39%.

	Супродит М
	Содержание, вес.%
N	11,4
Р2O5	12,0
К 2О	18,0
SiO2	11,4
Аl2О3	1,75
СаО	1,60
Fе 2O3	0,8
МnO 2	0,12
MgO	0,53
В	0,12
Мо	0,14
Торф + орган. вещества	остальное

Супродит М содержит легкоусвояемый азот и биологически активное вещество (гумат калия) и также обладает пролонгированным действием как удобрение.

Пролонгированное действие означает, что эффект от однократного применения комплексного удобрения будет сохраняться в течение двух вегетационных периодов и более. Данное удобрение предназначается для сохранения и повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур, а также для снижения поступления радионуклидов и ТМ в хозяйственно-ценную часть урожая и получения экологически безопасной продукции растениеводства на техногенно загрязненных территориях.

Испытание действия лабораторного образца Супродита М на подвижность Cd и Zn в дерново-подзолистой супесчаной почве проводилось в 2009 г. на базе ГНУ ВНИИСХРАЭ РАСХН (г.Обнинск, Калужской области) в вегетационном опыте, где концентрация Cd составляла 6 мг/кг, а Zn 600 мг/кг почвы. Почва дерново-подзолистая супесчаная. Агрохимические показатели: рН_KCl 5,5; гумус 1,5%, P₂O ₅ 78 мг/кг, K₂O 65 мг/кг почвы, гидролитическая кислотность 3,3 мг-экв/100 г почвы, емкость поглощения 8,3 мг-экв/100 г почвы.

Применение Супродита М позволяет увеличить переход Cd в необменное состояние в 2,6 раза по сравнению с контролем. Значительное количество Cd при внесении Супродита М связано с оксидами / гидроксидами железа и марганца) - 35,5%. Суммарное количество форм Cd наиболее доступных для усвоения корнями растений (обменная + подвижная) снижается при внесении Супродита М в 1,8 раза по сравнению с контролем.

Формы Cd в загрязненной дерново-подзолистой супесчаной почве в порядке увеличения концентрации распределены следующим образом: на фоне NPK - труднорастворимые соединения < кислоторастворимые < подвижная < обменная; в варианте с Супродитом М - подвижная < обменная < труднорастворимые соединения < кислоторастворимые соединения.

При использовании нового удобрения Супродит М на почвах, загрязненных Zn, доля металла, связанная с оксидами, возрастает в 1,3 раза. Содержание легкодоступных для растений форм Zn (обменная + подвижная) снижается при внесении Супродита М в 1,3 раза, а доля труднорастворимых соединений увеличивается в 2,5 раза.

Формы Zn в почве в порядке увеличения концентраций распределены следующим образом: на фоне NPK - труднорастворимые соединения < кислоторастворимые соединения < обменная < подвижная; в варианте с внесением Супродита М - труднорастворимые соединения < кислоторастворимые соединения < обменная < подвижная.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что внесение нового органоминерального комплексного удобрения Супродит М в дерново-подзолистую супесчаную почву, загрязненную Cd и Zn, снижают содержание мобильных, наиболее доступных для растений форм ТМ.

На экспериментальной базе ГНУ КНИПТИ АПК РАСХН (Перемышльский район Калужской области) в 2009 г. в условиях полевого опыта на серой лесной среднесуглинистой почве под ячменем (сорт Hyp) были проведены испытания Супродита М по влиянию на продуктивность зерновых культур. Супродит М вносили в дозе 800 кг/га. Почва - серая лесная среднесуглинистая: рНKCl 6,1; Р₂O₅ 200 мг/кг, К₂О 150 мг/кг почвы, гумус 2,9%.

Результаты исследований показали, что применение Супродита М способствовало достоверному повышению урожайности ячменя, сорт Hyp, на 4,2% по сравнению с вариантом с внесением минеральных удобрений. Внесение супродита М, обогащенного микроэлементами Mg, В, Мо, увеличивало выполненность зерна и число зерен в колосе на 11,8% (табл.1).

Таблица 1
Влияние Супродита М на продуктивность ячменя, сорт Hyp
Вариант	Урожай, ц/га	Отклонение от фона	Масса 1000 зерен, г	Число зерен в колосе, шт.
ц/га	%
Фон - N10 P120K90	48	0	0	44,1	16,1
Супродит М	50	2	4,2	45,0	18,0
НСР0,5	1,8	-	-	-	-

На экспериментальной базе КФ РГАУ-МСХА им. К.А.Тимирязева (г.Калуга) в условиях полевого опыта на дерново-подзолистой супесчаной почве под овсом (сорт Привет) и картофелем (сорт Журавинка) в 2009 г. изучали влияние супродита М на развитие растений овса и картофеля, их продуктивность и переход тяжелых металлов (Cd, Zn, Cu, Pb, Ni, Co и др.) и микроэлементов (Mg, В, Мо) в продукцию. Почва - дерново-подзолистая супесчаная. Мощность пахотного слоя 25 см. Гумус 1,22%, рН_KCl 6,2; P₂O₅ 436 мг/кг, К₂О 94 мг/кг почвы, содержание в почве нитратного азота 3,5, аммиачного 4,0, меди 2,0, цинка 3,2 мг/кг почвы соответственно.

Результаты исследований показали, что применение супродита М способствовало повышению урожайности овса на 60% по сравнению с вариантом с внесением минеральных удобрений (табл.2).

Таблица 2
Влияние Супродита М на продуктивность овса, сорт Привет
Вариант	Урожай, ц/га	% к NPK	Масса 1000 зерен, г
N90 P60K90	47	100	31,1
Супродит М	75	160	33,7
НСР05	5,0	-	-

В ходе исследования результатов полевого опыта с Супродитом М было показано, что Супродит М способствует снижению поступления Cd в зерно на 16% по сравнению с внесением минеральных удобрений Н₆₀Р₆₀К₉₀ . Повышение содержания Са в зерне овса при внесении Супродита М составляет 43%, а К 12% по отношению к N₉₀P ₆₀K₉₀ (фиг.3). Содержание микроэлементов при этом повышается: Мо на 169%, Mg на 24% по сравнению с применением обычных минеральных удобрений. Повышение поступления Mg и Мо в растения овса в ходе применения Супродита М объясняется высоким содержанием этих элементов в самом удобрении.

Таблица 3
Влияние Супродита М на поступление Cd, макро- и микроэлементов в зерно овса
Вариант	Содержание в зерне элементов, мг/кг
Cd	Са	К	Mg	Мо
N 90P60K90	0,116	254	1869	507	0,67
Супродит М	0,098	363	2084	628	1,8
НСР05	0,010	40	180	60	0,20

Применение Супродита М обеспечило более равномерное питание растений картофеля необходимыми для роста и развития элементами в период вегетации, способствовало удлинению межфазного периода цветение-отмирание ботвы, обеспечивающего пластическими веществами формирующиеся клубни, и повысило урожайность клубней в сравнении с использованием зональных доз минеральных удобрений (N₉₀P₁₂₀K₁₂₀) - на 26,3 ц/га (13,8%) - табл.4.

Таблица 4
Влияние Супродита М на продуктивность картофеля, сорт Журавинка
Вариант	Урожай, ц/га	Отклонение от NPK
ц/га	%
N90P 120K90	190,8	0	0
Супродит М	217,1	26,3	13,8
НСР05	13,9	-	-

Таким образом, на основании проведенных предварительных исследований установлено положительное действие супродита М на продуктивность овса, ячменя и картофеля при возделывании их на дерново-подзолистых и серых лесных почвах. Применение супродита М позволяет получать более экологически чистую продукцию сельскохозяйственных культур за счет повышения ее поглотительной способности.

Супродит М рекомендуется использовать на дерново-подзолистых и серых лесных почвах под яровые зерновые культуры (ячмень, овес) и картофель в дозах, общепринятых для сложных удобрений (800-1000 кг/га), в качестве основного удобрения.

Таблица 5
Элементный состав комплексных удобрений Супродит и Супродит М
	Супродит	Супродит М
	Содержание, %	Содержание, %	Материалы (реактивы)
N	21,6	11,4	Трепел	1
P2O5	15,3	12,0	Аl(ОН)3	0,2
К 2O	11,2	17,2	КОН	1,833
SiO2	12,54	11,4	Н3 РO4	1,243
Аl2 О3	1,65	1,75	Торф	1,5
CaO	1,92	1,60	NH4NO3	2,425
Fе 2О3	0,96	0,8	вода нейтрализац	-0,75
MnO 2	0,14	0,12	Сум. вес	7,451
MgO	0,30	0,98	Микроэлементы
В		0,08	Н3ВО 3 -	0,020
Mo		0,05	(NН4) 6Мo7O24·4Н2O	0,030
Торф + орган. вещества	33,6	остальное	MgSO4	0,2

Следовательно, предложенный в качестве изобретения способ получения органоминерального комплексного удобрения позволяет получить из дешевого природного сырья в виде трепела путем несложной технологической обработки комплексное удобрение, эффективно влияющее на плодородие почвы, путем использования комплексного адсорбента, обогащенного микроэлементами (Mg, В, Mo), с одновременным поглощением с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе тяжелых металлов.