Способ получения водной суспензии на основе серы и торфа
METHOD OF PRODUCING AN AQUEOUS SUSPENSION BASED ON SULFUR AND PEAT

Изобретение относится к сельскому хозяйству, ветеринарии и технологии производства удобрений и агропрепаратов и может быть использовано для получения водных суспензий на основе серы и торфа для применения в растениеводстве в качестве почвенных кондиционеров (для длительного и мягкого подкисления почвы), серосодержащих удобрений, фунгицидов и акарицидов; в ветеринарии для борьбы с различными клещами (иксодовыми, чесоточными, куриными), вшами, клопами, блохами; в технологии удобрений в качестве гидрофобной добавки для обработки гранул удобрений и в качестве компонента, содержащего серу и гуминовые вещества.
Сера и торф являются нетоксичными (4 класс опасности) природными материалами, широко используемыми в растениеводстве, животноводстве, фармакологии, технологии удобрений и агропрепаратов [Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. М., 2010. - 840 с.]. РФ обладает огромными запасами, как торфа, так и серы. Особый интерес для переработки представляет сера, образующаяся в качестве отхода нефтехимического производства. Накопление неиспользуемой нефтехимической серы на участках складирования представляет определенную экологическую проблему. Сера в чистом виде относится к пожароопасным веществам, а в мелкодисперсном состоянии при среднемедианном размере частиц пыли до 70 микрон способна образовывать пылевоздушные взрыво-пожароопасные смеси. Вместе с тем в качестве удобрений интерес представляет именно мелкодисперсная сера, поскольку в воде это вещество не растворяется и скорость перехода серы в доступную для растений сульфатную форму напрямую зависит от степени дисперсности соответствующего материала. Поиск и разработка новых экономически и экологически обоснованных взрыво-пожаробезопасных способов переработки серы и торфа в полезные продукты представляет большой практический интерес.
В настоящее время на основе серы производится большое количество агрохимических препаратов для защиты растений от поражения фитопатогенными грибами и клещами-вредителями, а также препаратов ветеринарного назначения. Основным недостатком соответствующих препаратов является включение в их состав поверхностно-активных добавок, способствующих получению устойчивых водных суспензий. Содержание технологических добавок в препаратах достигает 20%. Применяемые добавки приводят к существенному повышению стоимости готовых форм. Кроме того, коллоидная сера при размере частиц менее 70÷75 микрон является взрыво-пожароопасным продуктом, а наличие в составе агропрепарата синтетических поверхностно-активных веществ и других добавок может оказать неблагоприятное воздействие, как на выращиваемые растения, так и на окружающую среду.
Известна возможность применения серы в качестве дешевого серного удобрения, причем агрохимическая эффективность серы повышается при включении ее в состав сложных удобрений. Однако гидрофобные свойства серы существенно затрудняют процесс получения гранулированных продуктов на основе серы и водорастворимых солей, что ограничивает ее использование в технологии удобрений.
Известна возможность применения серы для создания гидрофобного слоя на поверхности таких легко растворимых удобрений, как карбамид. Сера в виде покрытия на поверхности гранул карбамида обеспечивает пониженную слеживаемость гранул, замедленное растворение карбамида в почве и, соответственно, уменьшение потерь азота за счет вымывания карбамида атмосферными осадками или поливными водами. Сера на поверхность гранул удобрения обычно наносится в форме расплава, что сопряжено с определенными технологическими трудностями, которые могут быть преодолены, если для создания гидрофобных покрытий будет применяться водная суспензия этого элемента.
Из существующего уровня техники известен способ получения препаративной формы водорастворимой элементной серы, для использования в качестве фунгицида, акарицида с целью защиты сельскохозяйственных и лесных растений от болезней и вредителей. Соответствующая форма серы включает водный раствор полисульфидов кальция, водорастворимые низкомолекулярные полиспирты (в качестве стабилизатора) и неионогенные водорастворимые пленкообразующие и поверхностно-активные полимеры (в качестве добавки пролонгирующего действия) [Сангалов Ю.А., Массалимов И.А., Красулина Н.А., Петухова Н.И., Антонова Н.Е., Чанышев Н.С., Турьянов Р.А., Мифтахов А.А., Давлетова А.Р. Препаративная форма водорастворимой элементной серы для защиты культурных растений от вредителей // Патент RU 2142908 С1. МПК С01В 17/43, A01N 59/02, заявка №98117430/12, 21.09.1998, опубл.: 20.12.1999]. Недостатком данного технического решения является высокая стоимость получаемого препарата и наличие в готовой форме полиспиртов, поверхностно-активных и пленкообразующих полимеров, получаемых методами химического синтеза. Данные соединения не свойственны природе и могут оказать на негативное влияние на окружающую среду.
Известен способ получения комбинированного пестицидного препарата для борьбы с болезнями и вредителями растений, содержащий 27÷40% коллоидной серы, хлорокись меди и концентрат сульфитно-спиртовой барды (ССБ) или сульфитно-дрожжевой бражки в качестве диспергатора [Тропин В.П., Оверчук В.И. Комбинированный пестицидный препарат и способ борьбы с болезнями и вредителями растений // Патент RU 2240002 С1. МПК A01N 59/20, A01N 59/20, A01N 59/02, A01N 25/30, A01N 25/24, A01N 25/04, заявка №2003115176/15, 23.05.2003, опубл.: 20.11.2004 в Бюл. №32]. Недостатком данного технического решения является наличие в составе препарата хлорокиси меди, относящейся к 3-му классу опасности и относительно высокая стоимость готового продукта, невысокое стабилизирующее действие сульфитно-спиртовой барды и, вследствие этого, высокий расход диспергатора. Кроме того, образование на поверхности частиц серы и хлорокиси меди плотной полимерной пленки снижает агрохимическую эффективность соответствующего препарата.
Известен способ получения суспензии серы для использования в сельском хозяйстве с целью улучшения почвы, коррекции щелочного баланса почвы, повышения урожайности [Шакенов Б.К., Такбергенова М.М. Такбергенова А.Т. Способ получения суспензии серы // Патент KZ 31149. МПК С01В 17/00. Заявка №2014/1823.1 от 09.12.2014, опубл.: 16.05.2016 в Бюл. №5]. Способ предполагает грубое измельчение серы с последующим пропусканием ее через диспергатор-измельчитель вместе с потоком воды. Недостатком данного технического решения является низкая устойчивость водной суспензии и непригодность ее для хранения и транспортирования.
Известен способ стабилизации суспензии серы путем введения в качестве гидрофилизирующих - стабилизирующих добавок растворов высокомолекулярных водорастворимых полимерных стабилизаторов (на основе полиакрилонитрила и отходов нитрона) [Сулейменов Ж.Т. Асанов А., Айдарова А.О., Асанов А.А. Способ стабилизации суспензии серы // Патент KZ 14439. МПК B01J 13/00, С01В 17/10, заявка №2002/1050.1 от 07.08.2002, опубл.: 15.08.2006 в Бюл. №8]. Недостатком данного технического решения является наличие в готовой суспензии продуктов химического синтеза, которые при разложении в окружающей среде приводят к образованию ряда токсичных продуктов. Имеются данные о том, что акрилонитрил вызывает рак у животных и, по результатам некоторых исследований, у человека. Таким образом, использование соответствующих стабилизаторов для получения устойчивых водных суспензий серы приводит к нежелательному загрязнению окружающей среды.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ стабилизации водных суспензий серы путем введения стабилизирующей добавки, в качестве которой используют сточные воды, полученные при кокономотании, содержащие шелковый клей серицин [Юнусов Л.Ю., Саидов П., Ходжимуратова Д.С., Сакиев А.С., Ахмедов К.С., Хамраев А.Ш. Способ стабилизации серы // Патент SU 983036 А1. МПК С01В 17/10. Заявка №3311408, 06.07.1981, опубл.: 23.12.1982]. Стабилизированные таким образом суспензии серы предназначены для использования в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями. Описанный способ является по совокупности существенных признаков наиболее близким к заявляемому изобретению, поэтому он принят в качестве прототипа заявляемого изобретения. Способ позволяет получить достаточно устойчивую водную суспензию серы за счет использования натурального стабилизатора. Недостатками данного технического решения являются ограниченные ресурсы и малая доступность серицина, а также загрязнение готового продукта другими отходами переработки коконов шелкопряда, кроме серицина, что ограничивает возможности применения готового продукта.
Техническим результатом изобретения является разработка экологически безопасного, взрыво-пожаробезопасного и низкозатратного способа получения устойчивой водной суспензии на основе серы и торфа, предназначенной для использования в сельском хозяйстве, ветеринарии и технологии органо-минеральных и минеральных удобрений.
Технический результат достигается за счет использования циклично-периодического процесса диспергирования водной суспензии молотой серы и торфа с помощью диспергирующих устройств серийного производства. Устойчивость получаемой суспензии обеспечивается натуральными поверхностно-активными веществами торфа. Поверхностная активность торфа обусловлена наличием в этом материале комплекса ароматических биополимеров гумусовой и лигнинной природы, характеризующихся наличием, как гидрофобного каркаса, так и гидрофильных структурных элементов (карбоксильных, карбонильных, гидроксильных, амино- и др. групп). Увеличению поверхностной активности торфа способствует механическая активации, происходящая в процессе кавитационного диспергирования. Известно, что механическая активация позволяет максимально перевести гуминовые вещества торфа в растворимое состояние, уменьшить молекулярную массу, уменьшить размер частиц обрабатываемого вещества до 50 микрон, повысить реакционную способность за счет частичной деструкции и окисления полимерных структур, содержащихся в исходном материале [Иванов А.А., Филатов Д.А. Биологическая активность гуминовых кислот торфа, полученных методом механоактивации // Вестник ТГПУ. 2011. №5. С. 131-134]. Обогащение суспензии растворимыми гуминовыми веществами приводит к существенному повышению агрохимической ценности продукта, поскольку гуминовые вещества проявляют высокую физиологическую активность, способствуют повышению всхожести семян, стимулируют развитие растений, связывают тяжелые металлы в почвах в недоступные для растений формы, обеспечивают биопротекторный и антистрессовый эффект.
Для получения водной суспензии торфа и серы с содержанием сухого остатка до 40% масс могут быть использованы роторно-импульсные аппараты, статические проточные кавитаторы, ультразвуковые проточные кавитационные установки или любые другие диспергирующие устройства, обеспечивающие механическую активацию торфа и получение устойчивых суспензий на основе серы и торфа без использования других химических реагентов.
Для получения водной суспензии торфа и серы с содержанием сухого остатка до 50% масс может быть использован гидроударный узел мокрого помола.
При этом в первом случае готовится в диссольвере при оборотах мешалки 1500÷3000 об/мин смесь элементарной серы, торфа естественной сушки до влажности 40÷60% и воды в пропорции 10÷30% масс серы, 10÷30% масс торфа на сухое вещество и остальное вода. Во втором случае готовится в диссольвере смесь элементарной серы, торфа естественной сушки до влажности 40÷60% и воды в пропорции 10÷30% масс серы, 10÷30% масс торфа на сухое вещество и остальное вода. Однородная суспензия винтовым насосом из емкости диссольвера качается на роторно-импульсный аппарат, статический (проточный) кавитатор, ультразвуковой проточный аппарат или гидроударный узел мокрого помола. Готовый продукт закачивается в тару, например, полиэтиленовые бочки любой емкости и направляется на фасовку в потребительскую тару.
Свойства готовой суспензии.
Готовая суспензия представляет собой негорючую пасту темно-бурого (почти черного) цвета с легким запахом серы. Основными действующими веществами суспензии являются тонко дисперсная сера, стабилизированная поверхностно-активными компонентами торфа и комплекс гуминовых веществ, переходящих в раствор при кавитационной обработке (механической активации) торфа. Суспензия не содержит патогенной микрофлоры и проявляет устойчивость при хранении при температуре от 0 до 25°С не менее 1 года. В процессе хранения на поверхности суспензии появляется едва заметный налет серы, не влияющий на свойства и активность готового препарата. Суспензия легко смешивается с водой в любом соотношении, что обеспечивает возможность приготовления рабочих растворов требуемой концентрации и использования этих растворов для обработки растений или почвы методом распыливания. Средний размер частиц серы после кавиатационной обработки составляет 50 микрон, что обеспечивает высокую эффективность суспензии при ее применении для защиты растений от фитопатогенных грибов, клещей и насекомых-вредителей, а также равномерное распределение и быстрое окисление серы в почвах.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является получение нового типа натуральной, устойчивой и негорючей водной суспензии на основе серы и торфа, содержащей комплекс гуминовых веществ, образующихся в процессе технологической обработки сырья (диспергирования). Соответствующая водная суспензия предназначена для применения в следующих областях:
- растениеводство: в качестве почвенного кондиционера (для длительного и мягкого подкисления почвы); серосодержащего удобрения с гуматами; фунгицидного, акарицидного, инсектицидного препарата для защиты растений от патогенных грибов (филлоксера, мучнистая роса, сферотека и др.) и комплекса вредителей. При этом поверхностно активные компоненты торфа обеспечивают хорошую прилипаемость серы к обрабатываемым растениям, а гуминовые вещества предотвращают ожог листовой поверхности обрабатываемых растений серной кислотой (серная кислота образуется в результате окисления серы во внешней среде под воздействием микроорганизмов), оказывают антистрессовое воздействие на растение после нанесения мелкодисперсной серы, проявляют стимулирующее действие на развитие растений, связывают в почвах тяжелые металлы.
- животноводство: в качестве заменителя кормовой серы в составе кормовых и лечебных смесей для включения в рационы коров и молодняка КРС, коз, овец, кошек, собак и птиц. Гуминовые вещества, входящие в состав суспензии, будут способствовать более мягкому действию серы и обеспечивать дополнительный эффект детоксикации организма животных за счет адсорбции токсичные соединения, образующиеся в желудочно-кишечном тракте.
- ветеринария: для борьбы с различными клещами (иксодовыми, чесоточными, куриными), вшами, клопами, блохами;
- в технологии удобрений: в качестве гидрофобной добавки для обработки гранул удобрений с целью обеспечения эффекта пролонгированного действия, предотвращения слеживаемости, а также в качестве компонента содержащего серу и гуминовые вещества для включения в состав комплексных удобрений.
В отличие от прототипа, настоящее техническое решение имеет следующие преимущества:
- все сырьевые компоненты, входящие в состав суспензии, легко доступны и имеют низкую стоимость;
- тонкодисперсное состояние серы обеспечивает возможность равномерного нанесения препарата и точность дозирования действующего вещества, в то же время мелкодисперсная сера в составе торфогеля является невзрыво-непожароопасным продуктом;
- для производства суспензии кроме основных сырьевых компонентов (сера, торф, вода) не используются никакие другие добавки;
- за счет использования торфа удается получить высококонцентрированную суспензию, что снижает расходы на транспортировку и хранение готового продукта;
- получаемый по предлагаемой технологии продукт может применять не только для борьбы с вредителями, но и в таких сферах, как ветеринария, технология удобрений, животноводство;
- включение в состав суспензии торфа позволяет снизить возможное негативное влияние серы на обрабатываемые растения и почву, а также повысить агрохимическую эффективность суспензии за счет обогащения ее гуминовыми веществами;
- производство водной суспензии на основе серы и торфа отличается низкой себестоимостью и может быть организовано на предприятиях любой мощности;
- предлагаемое техническое решение способствует расширению сферы полезного использования торфа и отходной серы;
- производство водной суспензии на основе серы и торфа является безотходным и полностью соответствует принципам зеленой химии.