СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОДИСПЕРСНОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ ИЗ ТОРФА
METHOD FOR OBTAINING MICRODISPERSED ORGANIC FERTILIZER FROM PEAT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве для улучшения структуры и состава почвы, повышения урожайности овощных, зерновых культур и многолетних трав и относится к технологии переработки торфа с целью получения микродисперсного органического удобрения из торфа (МОУТ).
Предшествующий уровень техники
Основными носителями биологической активности в торфе являются гуминовые кислоты. Гуминовые кислоты - сложная смесь высокомолекулярных природных органических соединений, образующихся при разложении отмерших растений и их последующей т.н. гумификации (биохимического превращения продуктов разложения органических остатков в гумус при участии микроорганизмов, воды и кислорода). В сухом состоянии - неплавкий аморфный темно-бурый порошкообразный продукт, нерастворимый в воде.
Для их использования в растениеводстве и животноводстве необходимо максимально перевести гуминовые препараты в растворимое состояние, уменьшить молекулярную массу, что можно достичь различными химическими, физическими и механическими способами воздействия на органическое вещество торфа. Гуминовые кислоты входят в состав органической массы торфа, углей, некоторых почв и лигносульфоната (побочный продукт переработки древесины), откуда извлекаются обработкой слабыми водными растворами щелочей.
4
Известен способ получения органоминерального гуминового продукта, включающий измельчение гуматосодержащего вещества (торф, бурый уголь, сапропель или другие органические вещества), обработку его щелочным агентом (водный раствор KOH, и/или NaOH, и/или NHOH, и/или соды) с последующим выделением жидкой суспендированной или кашеобразной среды, обработку полученной фракции азотсодержащими солями и выпариванием избыточной влаги (патент РФ №2007376, опубл. 15.02.94). К недостаткам следует отнести прежде всего многостадийность процесса и слишком высокие энергетические затраты, связанные с выделением гуминовой фракции процессом выпаривания конечного продукта, в результате чего конечный продукт теряет много ценных природных компонентов торфа.
Известен способ получения водорастворимых гуминовых кислот путем обработки предварительно измельченного торфа водным раствором смесей гидроксида калия или натрия и карбоната калия или натрия. Концентрацию гидроксидов поддерживают равной 0,5-4,0% мас., а концентрацию карбонатов - 3,0-8,0% мас. Остаток торфа отделяют фильтрацией, а фильтрат обрабатывают кислотой до рН 2-4. Полученную пульпу центрифугируют и сгущенный продукт обрабатывают гидроксидом калия до рН 7-8 (патент РФ №2118632, опубл. 10.09.98). Недостатком этого способа является многостадийность, значительная продолжительность проведения процесса, а также то, что в результате фильтрования состав конечного продукта не содержит ценные природные компоненты торфа, такие как нерастворимый в воде гумин, гиматомелановые кислоты (по ГОСТ 27593-88(2005), а также микрочастицы целлюлозы и лигнина, которые выполняют функции почвоструктурирования.
Известен способ получения водорастворимых гуминовых кислот из торфа (патент РФ №2463282, опубл. 10.10.2012), включающий воздействие на торф раствором гидроксида калия или натрия концентрацией 2,0-4,0 мас. %, отделение жидкой фазы, обработку ее кислотой с последующим разделением в поле центробежных сил и выделением тяжелой фазы, обработкой полученной тяжелой фазы гидроксидом щелочных или щелочноземельных металлов до получения готового продукта путем истирания в жерновой мельнице с раствором гидроксида калия или натрия с получением частиц размером 5-250 мкм в количестве не менее 90 мас. %.
Недостатками данного способа являются: необходимость предварительного измельчения сырья до 1-10 мм; многостадийность процесса: истирание на жерновых мельницах - осаждение полупродукта и его отделение от жидкой части в декантере - повторный перетир; значительный разброс частиц по фракционному составу от 5 до 250 мкм, причем по фракционному составу частиц размером 100 мкм и более 250 мкм содержится более 35%, что делает невозможным и неэффективным использование удобрения для опрыскивания и капельного полива ввиду различного механизма взаимодействия реагента и сырья, так как на крупных частицах щелочная обработка идет в основном на их поверхности, оставляя значительную часть сырья неизменной; большие потери (отходы) сырья: твердая часть не входит в состав конечного продукта, что ведет к потере ценных природных компонентов торфа.
Наиболее близким является способ получения органоминерального гуминового продукта (патент РФ №2209230, опубл. 27.07.2003), включающий предварительное измельчение торфа до размеров частиц 4 мм, механохимический гидролиз путем измельчения торфа до крупности не более 5 мкм в водной, водно-щелочной, или водно-кислотной, или водно-аммиачной среде при общем гидромодуле 1:3 при температуре не ниже 90°С посредством суперкавитационного насоса до получения дисперсно-коллоидной системы и последующую гомогенизацию полученного продукта не менее 24 ч.
К недостаткам данного способа относятся: многостадийность способа: предварительное измельчение - обработка дисперсии в реакторе с циркуляцией реакционной массы с помощью суперкавитационного насоса - гомогенизация в виброаппарате-отстойнике; применение в качестве измельчителя суперкавитационного насоса, что определяет необходимость предварительной стадии - дробления исходного сырья в диспергаторе до размеров частиц, позволяющих им поступать в рабочий орган насоса (до 4 мм). Температура процесса должна быть не ниже 90°С, а при таких температурах многие вещества теряют свою биологическую активность. Все эти недостатки ведут к значительному дополнительному расходу энергии и времени, длительность цикла - только стадия гомогенизации не менее 24 ч; сложное и дорогое оборудование: реактор с кислотоупорной футеровкой и рабочим органом из титана, снабжен оросительными и фильтрующими устройствами.
Раскрытие изобретения
Задачи, на решение которых направлено изобретение, заключаются в создании способа получения микродисперсного удобрения из торфа с максимально упрощенной технологией производства, с сокращенной длительностью процесса и, вследствие этого, удешевлении себестоимости конечного продукта, а также в создании микродисперсного органического удобрения из торфа, пригодного для применения методом опрыскивания и капельного полива, в котором сохранены все вещества исходного природного сырья.
Технический результат - создание способа получения микродисперсного органического удобрения из торфа, обеспечивающего безотходность, т.е. сохранение всех ценных веществ природного сырья; упрощение технологии путем ведения процесса в одной технологической емкости - реакторе; сокращение длительности и, вследствие этого, снижение себестоимости конечного продукта; получение конечного продукта со средним размером частиц 10-30 мкм, что позволяет использовать удобрение для опрыскивания и капельного полива, при этом выход продукта с размером частиц 10-30 мкм составляет не менее 90%.
По данному способу исходное сырье не требует предварительного измельчения, и могут быть использованы любые товарные фракции торфа, а также кусковой торф.
По данному способу все компоненты исходного торфа переходят в готовый продукт, отходы отсутствуют.
Наличие в продукте растворимых гуминовых веществ обеспечивает быстрое действие продукта на растения, а наличие нерастворимых частиц обеспечивает пролонгированное действие и препятствует вымыванию продукта из почвы.
Весь процесс от загрузки до получения готового продукта осуществляется в одной технологической емкости, в одну стадию, без циркуляции реакционной массы между реактором и измельчающим устройством.
Измельчение производится одновременно вращающейся дисковой фрезой и погружной бисерной мельницей. Применение именно погружной бисерной мельницы не требует организации циркуляции реакционной массы между реактором и измельчающим устройством. При этом происходит также механоактивация конечного продукта.
Оптимально подобранное технологическое оборудование, а именно в начале процесса дисковая фреза, и в последующем совместное использование дисковой фрезы и погружной бисерной мельницы обеспечивает получение готового продукта со средней дисперсностью 10-30 мкм, при этом фракция с максимальным размером частиц 80-100 мкм составляет не более 0,2%, что является особенно эффективным при опрыскивании и капельном поливе растений для лучшего усвоения всех питательных веществ удобрения растениями.
Заявленный технический результат достигается в способе получения микродисперсного органического удобрения из торфа, включающем предварительное измельчение торфа в водной или водно-щелочной среде с помощью дисковой фрезы до среднего размера частиц 80-120 мкм до получения водной или водно-щелочной суспензии, щелочную обработку суспензии при массовом соотношении компонентов суспензии (в пересчете на сухое вещество) торф:вода:щелочь=1:(1-10):(0,1-1) при работающей дисковой фрезе с одновременным измельчением с помощью погружной бисерной мельницы, закрепленной на одном валу с фрезой, до средних размеров частиц 10-30 мкм в течение 20-30 мин при температуре 20-70°C.
Для интенсификации процесса измельчения и для придания седиментационной и агрегативной устойчивости полученной суспензии возможно использование поверхностно-активных веществ (ПАВ) - диспергаторы, эмульгаторы и стабилизаторы.
Измельчение производится в два этапа:
- исходный торф измельчается вращающейся дисковой фрезой до среднего размера частиц 80-120 мкм;
- окончательное измельчение производится погружной бисерной мельницей при работающей фрезе.
Обработка суспензии щелочью производится одновременно с измельчением.
Все стадии процесса: загрузка, измельчение, обработка реагентами - протекают в одной технологической емкости, например в реакторе с водяной рубашкой.
Дисперсионный состав готового продукта (количественное распределение частиц по размерам): максимум в диапазоне 10-30 мкм - не менее 90%, наибольший размер частиц 80-100 мкм - не более 0,2%. Данный параметр может варьироваться в зависимости от области дальнейшего применения партии МОУТ.
Дисперсный состав контролируется любым методом, позволяющим определять распределение частиц по размерам в диапазоне 1-1000 мкм (например, лазерным счетчиком частиц).
Используемые вещества
Торф - природный торф любого типа (верховой, низинный, переходный) с любой степенью разложения. Влажность - любая (при загрузке для соблюдения соотношения компонентов пересчитывается на сухое вещество). Фракционный состав - 0-50 мм.
Вода - техническая или из природных источников и водоемов. Щелочь - гидроксид калия или натрия в сухом виде или в виде раствора.
Поверхностно-активные неионогенные вещества (ПАВ) - диспергаторы, эмульгаторы и стабилизаторы.
Осуществление изобретения
Способ осуществляют следующим образом: определяют влажность исходного торфа (влагомером для торфа или по ГОСТ 11305-83) и определяют массовое содержание сухого вещества в единице массы сырья. Отвешивают требуемое количество щелочи.
Вариант 1. Щелочь растворяется в отдельной емкости в определенной части общего объема воды, предназначенной для наработки данной партии продукта МОУТ, и добавляется в технологическую емкость.
Вариант 2. Щелочь растворяется непосредственно в технологической емкости, в которой проводится измельчение.
Вариант 3. Щелочь в сухом виде добавляют в предварительно измельченный в водном растворе торф - суспензию.
Далее в реактор с водяной рубашкой заливают воду или раствор щелочи и добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). В емкость опускается вращающаяся дисковая фреза. Исходный торф загружается в технологическую емкость при работающей дисковой фрезе. При вращении дисковой фрезы производится измельчение торфа до среднего размера частиц примерно 80-120 мкм, которые определяются гриндометром. В процессе измельчения постепенно добавляют раствор щелочи или щелочь дозируют в сухом виде. Заданную температуру способа обеспечивают подачей теплоносителя в рубашку емкости (реактора). После достижения размера частиц 80-120 мкм при вращающейся фрезе на одном валу в емкость опускают работающую погружную бисерную мельницу и процесс продолжают до получения требуемого дисперсионного состава.
Пример 1
В технологическую емкость №1 объемом 1 куб. м, снабженную рубашкой, заливают 240 л воды и добавляют 4 кг ПАВ «Оротан» и 4 кг ПАВ «Неонол». Температуру теплоносителя в рубашке поддерживают на уровне 50°C. В емкость опускают вращающую дисковую фрезу и постепенно загружают 320 кг торфа влажностью 50% мас. В дополнительной емкости №2 готовят раствор 80 кг гидроксида калия в 400 л воды и заливают этот раствор в емкость №1 при работающей фрезе. Контроль среднего размера частиц осуществляется отбором пробы и измерением на гриндометре. При достижении среднего размера частиц 80-120 мкм в емкость при работающей фрезе опускают погружную бисерную мельницу и процесс ведут до завершения цикла, т.е. до достижения дисперсного состава 10-30 мкм.
Пример 2
В технологическую емкость объемом 1 куб. м, снабженную рубашкой, заливают 240 л воды и добавляют 0,016 кг ПАВ «Оротан» и 0,016 кг ПАВ «Неонол». Температуру теплоносителя в рубашке поддерживают на уровне 20°C. В емкость опускают вращающуюся дисковую фрезу и постепенно загружают 400 кг торфа влажностью 20% мас. При работающей фрезе в емкость постепенно засыпают 0,32 кг гидроксида калия. Контроль среднего размера частиц осуществляют отбором пробы и измерением на гриндометре. При достижении среднего размера частиц 80-120 мкм в емкость при работающей фрезе опускают погружную бисерную мельницу и процесс ведут до завершения цикла.
Пример 3
В технологическую емкость объемом 1 куб. м, снабженную рубашкой, заливают 621 литр воды и добавляют 8 кг ПАВ «Оротан» и 8 кг ПАВ «Неонол». Температуру теплоносителя в рубашке поддерживают на уровне 70°C. В емкость опускают вращающую дисковую фрезу и засыпают 81 кг гидроксида калия. После растворения щелочи в емкость постепенно загружают 270 кг торфа влажностью 70% мас.
Контроль среднего размера частиц осуществляют отбором пробы и измерением на гриндометре. При достижении среднего размера частиц 80-120 мкм в емкость при работающей фрезе опускают погружную бисерную мельницу и процесс ведут до завершения цикла.