СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО МИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING GRANULAR MINERAL FERTILIZER

Изобретение относится к технике гранулирования мелкодисперсных, порошкообразных, пылевидных материалов, в частности, к гранулированию продукта размола карбонатных пород - известняковой муки, и предназначено для использования в сельском хозяйстве.
Известняковые удобрения относятся к удобрениям косвенного действия и применяются с целью улучшения агрохимических, агрофизических и биологических свойств почвы, для нейтрализации ее кислотности, а также для обеспечения растений кальцием и магнием.
В такой стране как США, с развитым сельским хозяйством, ежегодный объем использования известняковой муки, полученной размолом минерала, содержащего углекислый кальций (чистый или с примесями), достигает 20-25 млн. тонн.
В России начало 21 века отмечено некоторым снижением производства известняковой муки для сельского хозяйства. Однако увеличивающийся спрос при наличии достаточных природных ресурсов дает место оптимистичным прогнозам расширения ее производства и одновременно требует разработки новых методов повышения эффективности производимой известняковой муки.
Низкое значение удельной площади поверхности и невысокая растворимость известняка требуют его внесения в почву в виде тонко измельченного порошка для ускорения взаимодействия с почвой и обеспечения желаемого результата. С другой стороны, современное сельскохозяйственное оборудование для внесения твердых удобрений в почву рассчитано на использование сыпучего, свободно перемещающегося материала типа гранул, что вызывает определенные проблемы при внесении не гранулированной известковой муки.
Гранулы более сыпучи, при этом они не разносятся ветром. Кроме того, гранулирование обеспечивает лучшую сохранность удобрения, поскольку гранулы в отличие от порошка, не слеживаются, не комкуются.
Гранулированные удобрения обладают замедленным высвобождением и увеличенным временем действия (пролонгированный эффект).
Известен способ гранулирования порошковых материалов, содержащих известняк и/или доломит (GB 1220729, опубл. 1971.01.27), включающий добавление к порошковому материалу, предварительно смешанному с водой, взятой в количестве, достаточном для образования пастообразной смеси, гидроксида калия либо натрия в количестве 6-14% от веса общей гранулируемой массы, формирование гранул и их последующую термообработку при температуре 100-110°С. Использование большого количества воды и недостаточно высокая температура термообработки обусловливают невысокую производительность известного способа и связанные с этим значительные затраты времени на его осуществление и высокую себестоимость производимой продукции. Кроме того, полученный известным способом гранулированный материал не предназначен и не пригоден для сельскохозяйственного применения. Он используется в качестве одного из компонентов при изготовлении стекла, что диктует определенные требования к его характеристикам и условиям его изготовления, которые, в свою очередь, зависят, в частности, от того предназначен ли гранулированный материал для хранения и транспортировки или непосредственно направляется на следующий этап производства стекла.
2
2
2
Известен способ гранулирования тонкодисперсного порошка известняка (US 4430281, опубл. 1984.02.07) путем добавления к нему природного алюмосиликата бентонита натрия Al(ОН)⋅nHO в количестве 2-6% по весу, затем 15-25% воды с образованием влажной пластичной массы, которую продавливают при сравнительно невысоких давлениях через множество сквозных каналов, выполненных в специально спроектированной плоской матрице. Длина этих сквозных каналов определяется толщиной матричной пластины и примерно в 8 раз превышает диаметр их входа, при этом в каждом канале за входом следует зона уплотнения под воздействием продольного давления. В конце канала, перед выходом заготовки гранулы наружу, на ее поверхность наносится круговой микронадрез, по линии которого под воздействием вибрации или потряхивания от остальной массы отделяются гранулы стандартного размера, которые затем высушиваются на воздухе в условиях контролируемой температуры в течение заданного времени. Для обеспечения необходимых характеристик твердости и диспергируемости известный способ требует очень четкого соблюдения условий температурной обработки: для разрешения компромисса между прочностью получаемых гранул и их диспергируемостью, от которой зависит их сыпучесть при обработке почвы, оптимальной является сушка гранул в интервале температур 800-1200°F (427-648°С), оптимально при 1000°F (538°С). Сушка гранул при более низких температурах не обеспечивает их должной твердости и прочности; температура сушки, превышающая 1200°F, приводит к формированию слишком твердых гранул. При этом цилиндрическая форма получаемых гранул не является оптимальной ни с точки зрения прочности, ни с точки зрения свободы их относительного перемещения. Использование большого количества воды, высокая температура сушки, а также процесс продавливания сырьевой массы через плоскую матрицу требуют значительных затрат на электроэнергию.
Наиболее близким к предлагаемому является описанный в патенте US 4954134, опубл. 1990.09.04, способ получения гранулированного минерального удобрения с гранулами заданного размера и определенной механической прочности, которые необходимы для его механизированного внесения в почву, с использованием источников кальция, трудно растворимых в воде и медленно усваиваемых в почве: известняка либо известняка с добавкой сульфогипса или натурального гипса, либо того и другого одновременно. Способ включает подачу в гранулятор известняковой муки с заданной степенью дисперсности, добавление к дисперсному материалу в качестве связующего 48% водного раствора лигносульфоната аммония в соотношении от 1:3 до 3:1, гранулирование смеси с последующей сушкой полученных гранул до содержания влаги 0,1-0,3% и их термообработку при 90-115°С.
Добавка гипса или сульфогипса, которая смещает значение рН реакционной смеси в сторону кислых показателей, уменьшает эффективность содержащей такую добавку гранулированной известняковой муки, вносимой в почву в качестве раскислителя, и требует значительного увеличения ее количества. Используемые в качестве обеспыливающих малоактивных связующих лигносульфонаты, которые после испарения воды выступают в роли структурообразователя и связывают минеральные частицы между собой, в то же самое время представляют собой балластный компонент, использование которого приводит к увеличению затрат, в том числе энергозатрат, на осуществление известного способа в условиях производства, а также к дополнительному снижению эффективности получаемого гранулированного продукта как раскислителя почвы.
Задачей изобретения является создание малозатратного способа получения эффективного известнякового раскислителя почвы.
Технический результат способа заключается в повышении эффективности получаемой гранулированной известняковой муки при ее внесении в почву в качестве раскислителя за счет минимизации количества балластных добавок в исходный известняк, необходимых только для повышения качества грануляции, при одновременном снижении энергоемкости способа.
Указанный технический результат достигают способом получения гранулированного минерального удобрения на основе известняка, включающим подготовку известняковой муки, добавление воды в качестве связующего и гранулирование полученной массы с последующей сушкой и термообработкой, в котором, в отличие от известного, в качестве исходного сырья используют известняковый щебень фракции не крупнее 25 мм, производят его размол до крупности 100-150 меш с получением известняковой муки непосредственно перед ее подачей в пресс-гранулятор, воду в качестве связующего используют в количестве 5-10% от массы сухого вещества, при этом сушку и термообработку осуществляют в сушильном барабане при температуре 135-150°С.
В упрощенном варианте осуществления способа с использованием единственного пресс-гранулятора воду с помощью форсунок впрыскивают одновременно с подачей муки в пресс-гранулятор.
В другом варианте осуществления способа при необходимости одновременного использования нескольких грануляторов увлажнение известняковой муки осуществляют перед ее распределением и загрузкой в грануляторы.
Более ценное гранулированное удобрение получают при использовании в качестве связующего воду с добавками минеральных удобрений в количестве до 50%.
В преимущественном варианте осуществления способа в качестве минерального удобрения используют суперфосфат.
После термообработки из остывших гранул отсортировывают фракции мельче 2 мм, которые смешивают с исходной известняковой мукой и повторно отправляют на гранулирование.
Способ осуществляют следующим образом.
3
В качестве исходного минерального сырья используют известняк, преимущественно состоящий из карбоната кальция СаСО, обычно поступающий на размол в виде щебня. Размол известнякового сырья проводят непосредственно перед гранулированием с помощью известных средств, обеспечивающих заданную степень дисперсности. В частности, стабильную тонкость помола и получение известняковой муки необходимого качества обеспечивает переработка известнякового сырья с помощью вертикальной валковой мельницы. Приготовленную тонкодисперсную известняковую муку из загрузочного бункера 1 перемещают внутрь цилиндрической матрицы пресс-гранулятора, равномерно увлажняя без переизбытка влаги, для чего к сухому материалу добавляют от 5 до 10% воды, предварительно очищенной от механических примесей.
В случае использования единственного гранулятора для этого просто одновременно с подачей известняковой муки из загрузочного бункера 1 в цилиндрическую матрицу внутрь цилиндрической матрицы гранулятора через форсунки впрыскивают расчетное количество воды.
На практике в производственных условиях полученные большие объемы известняковой муки распределяют сразу на несколько грануляторов, при этом более рациональным является предварительное проведение необходимого увлажнения с использованием средств перемешивания.
В пресс-грануляторе увлажненный тонкодисперсный материал попадает между двух вращающихся во взаимно противоположных направлениях валков 2 с углублениями 3 заданных размеров (по форме будущих гранул).
На определенной стадии уплотнения увлажненного тонкодисперсного материала между его частицами возникают силы молекулярного сцепления: в углублениях 3 образуются компактные заготовки гранул, обладающие определенной механической прочностью. Затем давление между валками увеличивают, при этом происходит окончательное сжатие гранул по объему. Готовые гранулы 4 отправляют для последующей термообработки во вращающемся сушильном барабане, где под воздействием горячего воздуха (135-150°С) происходит их спекание, в результате чего они теряют влагу (контроль на выходе допускает присутствие влаги не более 1,5%), приобретают прочность и твердость, необходимые для последующей транспортировки и использования.
После прохождения сортировки, осуществляемой путем пропускания через цилиндрический вращающийся сепаратор, и отсева мелкой фракции (менее 2 мм), содержащей некондиционные гранулы, направляемые на повторное гранулирование вместе с новой порцией подготовленной известняковой муки, целевой продукт - кондиционный гранулированный материал отправляют на упаковку и отгрузку потребителям.
В зависимости от дальнейшего применения и конкретных требований обрабатываемых сельскохозяйственных площадей, в качестве связующего вместо чистой воды может быть использована вода с добавками минеральных, преимущественно фосфатных, удобрений в количествах (до 50% в растворе), повышающих питательную ценность гранулята, но не препятствующих эффективному гранулированию.
Свойства обрабатываемой известняковой муки могут разниться в зависимости от добавок. Использование воды с органическими добавками возможно после экспериментальной проверки.
Полученное предлагаемым способом гранулированное удобрение на базе природного известняка содержит в своем составе только функциональные составляющие (для раскисления почвы, для ее удобрения) и не включает никаких балластных компонентов, что характеризует его как эффективный мелиорант.
Примеры конкретного осуществления способа
В качестве исходного сырья использован известняковый щебень фракции не крупнее 25 мм. Размол производили до крупности 100-150 меш.
Пример 1
В лабораторный пресс-гранулятор для влажного прессования согласно описанию помещали опрысканную чистой водой без примесей известняковую муку (25 мл воды на 500 г сухого вещества). Полученные гранулы после термообработки практически не содержали отсева для повторного гранулирования.
Пример 2
Процесс осуществляли по примеру 1, используя для увлажнения воду с суперфосфатом (на 100 мл воды 50 г суперфосфата). На опрыскивание 500 г сухой известняковой муки израсходовали 50 мл подготовленного раствора. Качество гранул аналогично качеству гранул, полученных с чистой водой.