ГУМИНОВОЕ УДОБРЕНИЕ ДЛЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
HUMIC FERTILISER FOR ORGANIC FARMING AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к органическим гуминовым удобрениям, предназначенным для использования в «органическом земледелии», и способам их получения.
«Органическое земледелие» - это агротехнология, основанная на отказе от химических и биологических средств повышения урожайности и возврате к природным ресурсам. Одним из эффективных природных источников повышения урожая являются гуминовые кислоты. Однако природные гуминовые кислоты почв, торфа, бурого угля, сапропеля биологически не активны, так как нерастворимы в воде, а их функциональные группы связаны ионами, кальция, магния или железа. Для их перевода в биологически активное состояние природный источник гуминовых кислот обрабатывают щелочами, в результате чего образуются водорастворимые соли - гуматы натрия, калия или аммония. Этот процесс лежит в основе многочисленных способов производства гуминовых удобрений, защищенные патентами России ( №№2001038, 2015931, 2058279, 2083537, 2178737, 2181710), США (№№6204396, 431941, 3985536) и других стран. Все перечисленные патенты могут служить аналогами настоящего изобретения. Несмотря на определенные различия способов и достигнутых результатов их объединяет один общий недостаток: все полученные гуминовые удобрения относятся к классу органо-минеральных удобрений, включают минеральный балласт, а биологически активная часть содержит ионы натрия, калия, кальция и других металлов. Поэтому эти препараты не могут получить разрешения для использования в «органическом земледелии» (organic farming).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ по патенту РФ № 1763437, (класс С05F 11/02), предусматривающий измельчение сильно окисленного бурого угля, обработку его раствором щелочи с последующей аммонизацией раствором аммиака и получением продукта влажностью 30-55% и общим содержанием гуматов натрия, калия и аммония 33-38% на сухую массу.
Недостатком указанного способа является наличие 62-57% минерального балласта (на сухую массу) в конечном продукте, наличие избыточной щелочи (11%) катионов металла в составе действующего вещества, что в совокупности не позволяет использовать данный препарат в качестве удобрения для органического земледелия.
Технической задачей изобретения является получение водорастворимых гуминовых кислот, не содержащих как минерального балласта, так и катионов металлов в качестве противоионов биологически активной части препарата, и разработка способа получения продукта, удовлетворяющего указанным требованиям.
Поставленная задача достигается тем, что сильно окисленный бурый уголь после предварительного измельчения подвергают двухстадиальной обработке.
На первой стадии отделяют минеральный балласт, не связанный химически с гуминовыми кислотами. С этой целью измельченный уголь обрабатывают разбавленным до концентрации 1-2% раствором гидрата окиси аммония при температуре 70-80°С, Ж:Т (отношение жидкого к твердому) (7-8):1, при перемешивании в течение 4-5 часов при постоянном контроле рН среды. При этом значение рН среды в конце обработки должно находиться в пределах 7-7.5, а концентрация гумата аммония должна находится в пределах 11-13%. В результате гуминовые кислоты угля переходят в раствор в основной массе в виде гуматов аммония с небольшой примесью гуматов других металлов, а минеральный балласт остается в осадке, который удаляют центрифугированием или отстаиванием.
На второй стадии отделяют катионы металлов и аммония, перешедшие в раствор на первой стадии. С этой целью полученный раствор гумата аммония обрабатывают катионитом, например сульфоуглем, который порционно вводят в раствор гумата аммония при постоянном контроле рН среды до тех пор, пока рН не достигнет значения 4.0-4.2. После этого катионит удаляют, а полученный раствор чистых гуминовых кислот с содержанием 10-12% используют как товарный продукт или подвергают сушке до влажности 30-35%.
Параметры процесса первой стадии определяются следующим образом. Концентрация раствора гидроксида аммония, в отличие от прототипа, выбирается в интервале от 1 до 2%, что позволяет использовать ее практически полностью, не допуская избытка. В результате в конце первой стадии мы получаем продукт со значением рН, близким к нейтральному. Это подтверждается примерами, представленными ниже. Выбранный интервал температуры реакционной смеси и значений отношения Ж:Т, равного (7-8):1, обусловлены необходимостью сокращения времени протекания первой стадии и получения оптимальной концентрации гумата аммония. При более низком отношении Ж:Т концентрация гумата аммония достигает 18-20% и раствор приобретает пастообразную консистенцию, что затрудняет отделение осадка и проведение второй стадии. При более высоких значениях Ж:Т концентрация раствора составляет 8-9%, что осложняет условия сушки конечного продукта.
Вторая стадия процесса - обработка гумата аммония катионитом, например сульфоуглем, контролируется по единственному параметру - значению рН среды. Это обусловлено тем, что расход катионита и время процесса могут колебаться в зависимости от партии катионита, его типа и концентрации раствора гумата аммония, а конечное значение рН среды - это постоянная величина, характеризующая степень очистки гуминовых кислот от противоионов.
Учитывая, что данное изобретение, в отличие от прототипа, позволяет получить чисто органический продукт, свободный от минеральных компонентов, предлагаемое техническое решение отвечает критерию «изобретательский уровень».
Осуществление способа получения гуминового удобрения для органического земледелия иллюстрируется следующими примерами.
Пример № 1
К 500 мл 0.75%-ного раствора гидроксида аммония при нагревании до 80-85°С и перемешивании добавляли 100 г бурого угля (табл. 1) при Ж:Т=5:1 в течение 6 час, контролируя значение рН до достижения его постоянного значения. После этого отделяли осадок от раствора на центрифуге и определяли в растворе содержание гумата аммония.
Таблица 1
Характеристика бурого угля
Наименование показателей
Содержание, %
Общая минеральная масса
9.5
Общая органическая масса
90.5
Массовая доля угля, растворимая в NaOH
74.5
Массовая доля угля, нерастворимая NaOH
25.5
Массовая доля гуминовых кислот и их солей после осаждения при рН 2
65.9
Массовая доля металлов, связанных с гуминовыми кислотами
3.5
Массовая доля минеральной части кислотами, не связанной с гуминовыми
5.9
К полученному раствору гумата аммония при перемешивании добавляли порциями по 2-3 г сульфоуголь (табл.2) до того момента, когда значение рН среды достигало 4.0-4.2.
Таблица 2
Показатели качества сульфоугля (ТУ 2162-078-05015182-2001)
Наименование показателя
Норма
Факт
Динамическая обменная емкость, ммоль/ дм<sup>3</sup>, не менее
180
208
Гранулометрический состав:Массовая доля зерен размером 1.25 мм, % не менее
10
20
менее 0.25 мм, %, не более
5
2
Массовая доля воды, %
30-40
34
Насыпная масса, т/ м<sup>3</sup>
Не нормируется
0.638
Способность к пептизации
Фильтрат не должен давать мути и окрашиваться
Соответ.
После этого сульфоуголь отделяли процеживанием смеси через сито с диаметром ячеек 0.1 мм, а полученный раствор направляли на элементный анализ. Результаты эксперимента, а также других примеров осуществления данного изобретения представлены в таблице 3.
Пример 2. Опыт проводили аналогично примеру 1, используя 1% раствор гидроксида аммония.
Пример 3. Опыт проводили аналогично примерам 1 и 2, используя 2% раствор гидроксида аммония.
Пример 4. Опыт проводили аналогично примерам 1-3, используя 3% раствор гидроксида аммония.
Пример 5. Опыт проводили аналогично примеру 4, добавляя 70 г бурого угля при Ж:Т=7:1.
Пример 6. Опыт проводили аналогично примеру 2, добавляя 50 г бурого угля при Ж:Т=10:1.
Пример 7. Опыт проводили аналогично примеру 5, используя 2% раствор гидроксида аммония.
Пример 8. Опыт проводили аналогично примерам 5 и 7, используя 1.5% раствор гидроксида аммония.
Таблица 3
Результаты аналитического контроля процесса получения органического гуминового удобрения по примерам 1-8
№ примера
Первая стадия процесса
Вторая стадия
NH<sub>4</sub>OH, %
Ж:Т
рН конечное
Конц. гумата аммония (конечн.)
Время реакции, час
Расход сульфо-угля, кг/л
рН конечное
1
0.75
5:1
6.76
12.8
6
0.1
4.1
2
1.0
5:1
7.07
15.3
5
0.25
4.2
3
2.0
5:1
7.61
12.1
6
0.2
4.2
4
3.0
5:1
7.23
18.9
5
0.3
4.0
5
3.0
7:1
6.85
16.7
6
0.3
4.1
6
1.0
10:1
7.5
6.9
3
0.08
4.2
7
2.0
7:1
7.0
14.2
4
0.1
4.1
8
1.5
7:1
6.9
14.0
5
0.1
4.1
Как следует из представленных результатов, оптимальное течение процесса протекает в условиях примеров 7 и 8, т.е. при начальной концентрации гидроксида аммония 1.5-2.0% и Ж:Т=7.0-7.5:1. Снижение концентрации гидроксида аммония ниже указанного уровня приводит либо к неполному использованию угля (пример 1), либо к повышенному расходу катионита (пример 2). Увеличение концентрации выше указанных пределов также приводит к резкому возрастанию расхода катионита. Отклонение отношения Ж:Т от оптимального в сторону более низких значений приводит либо к неполному использованию угля (пример 1), либо к повышенному расходу катионита (примеры 2-4). При чрезмерном увеличении Ж:Т (пример 6) конечная концентрация гумата аммония и, соответственно, гуминовой кислоты после второй стадии получается слишком низкой. Химическая характеристика органического гуминового удобрения, полученного в условиях примеров 7-8, представлена в таблице 4.
Таблица 4
Данные элементного анализа органического гуминового удобрения
№ примера
Содержание элементов, мас.%
С
Н
N
0
S
7
52.09
5.08
4.26
38.12
0.45
8
48.72
4.58
3.04
42.78
0.88
Как следует из данных таблицы 4, полученное органическое гуминовое удобрение не содержит минеральных примесей и полностью отвечает требованиям для продуктов, применяемых в «органическом земледелии».