Способ получения органоминерального комплексного удобрения
METHOD OF PRODUCING ORGANOMINERAL COMPLEX FERTILIZER

Область техники: сельскохозяйственное органоминеральное комплексное удобрение
Раскрытие сущности изобретения:
3
6
3
4
2
2
3
3
4
6
7
24
2
Способ получения органоминерального комплексного удобрения на основе адсорбционной добавки в виде трепела. Способ заключается в получении комплексного удобрения путем смешивания раствора гидроксокомплекса алюминия с калием К[Al(ОН)] 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 25%-ным раствором гидроокиси калия КОН в соотношении торф: гидроокись калия, равном 1:2,6, и при кипячении на водяной бане в течение 1,5 ч, затем полученную органическую смесь нейтрализуют раствором 30,7% НРО до рН 7. На этапе соединения комплексного сорбента и органической азотсодержащей фракции удобрения в смесь дополнительно вводят следующие ингредиенты: мочевину (CO(NH)) и микроэлементы в виде борной кислоты НВО и молибденовокислого аммония, (NH)MoO⋅4HO, полученное при этом удобрение характеризуется следующим содержанием элементов, вес. %:
3
6
3
4
2
2
3
3
4
6
7
24
2
Изобретение относится к технологии получения органоминеральных комплексных удобрений, регулирующих дозированное введение микроэлементов и поглощение из почвы токсичных компонентов, в том числе радиоактивных элементов. Смешивают раствор гидроксокомплекса алюминия с калием К[Al(ОН)] с трепелом. Доводят полученную суспензию до кипения и нейтрализуют ее фосфорной кислотой. На последнем этапе соединяют комплексный сорбент, полученный из трепела, и суспензию гидролизованного торфа, представляющего органическую азотсодержащую фракцию удобрения. Далее измельчают и сушат смесь. На этапе получения органической азотсодержащей фракции удобрения торф обрабатывают 25% раствором гидроокиси калия КОН в соотношении торф: гидроокись калия, равном 1:2,6, и при кипячении на водяной бане в течение 1,5 часа. Полученную органическую смесь нейтрализуют раствором 30,7% НРО до рН 7. На этапе соединения комплексного сорбента и органической азотсодержащей фракции удобрения в смесь дополнительно вводят следующие ингредиенты: мочевину (CO(NH)) и микроэлементы, в виде борной кислоты НВО и молибденовокислого аммония (NH)MoO⋅4HO. Изобретение позволяет повышать эффективность действия удобрения на плодородие почвы за счет использования комплексного адсорбента, регулировать дозированное введение микроэлементов и одновременно поглощать с высокой селективностью из почвы токсичные компоненты и радиоактивные элементы.
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.
3
6
2
5
3
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 К[Al(ОН)], 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 РО и азотной кислоты HNO 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. %:
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.
3
6
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 К[Al(ОН)]] с трепелом. Затем полученная суспензия доводится до кипения и нейтрализуется фосфорной кислотой.
3
4
2
2
3
3
4
6
7
24
2
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 25% раствором гидроокиси калия КОН в соотношении торф: гидроокись калия, равном 1:2,6, и при кипячении на водяной бане в течение 1,5 часов. Полученную органическую смесь нейтрализуют раствором 30,7% НРО до рН 7. На этапе соединения комплексного сорбента и органической азотсодержащей фракции удобрения в смесь дополнительно вводят следующие ингредиенты: мочевину (CO(NH)) и микроэлементы, в виде борной кислоты НВО и молибденовокислого аммония, (NH)MoO⋅4HO. Полученное при этом удобрение характеризуется следующим содержанием элементов, вес. %:
Примеры конкретного выполнения способа
ИНГРЕДИЕНТЫ:
1. Трепел - 1 кг
3
2. Гидроокись алюминия Al(ОН) 0,1 кг
3. Гидроокись калия КОН 1,833 кг
3
4
4. Фосфорная кислота НРО (100%) 1,243 кг
5. Торф 1,0 кг
2
2
6. Мочевина (CO(NH)) 2.4 кг
Микроэлементы:
3
3
7. Борная кислота НВО 0,060 кг
4
6
7
24
2
8. Молибденовокислый аммоний (NH)MoO⋅4HO 0,020 кг
Способ получения органоминерального комплексного удобрения на основе адсорбционной добавки - трепела, включает 8 этапов.
3
3
6
1. Гидроокись алюминия Al(ОН) (100 г) растворяется в 89% растворе гидроксида калия (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 (К[Al(ОН)]) 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.
3
4
4. После остывания суспензия разбавляется водой (4 литра), нагревается и нейтрализуется НРО разбавленной до концентрации 30,7% (р=1,185) до рН 7.
5. 25% раствор КОН (1,3 кг КОН растворяется водой до объема 5,2 литра) нагревается до кипения, в кипящий раствор помещается 1 кг торфа и кипятится на водяной бане в течение 1,5 часов.
3
4
6. Полученный раствор нейтрализуется НРО разбавленной до концентрации 30,7% (р=1,185) до рН 7.
2
2
7. Полученные суспензии сорбента (п. 4), гидролизованного торфа (п. 6), объединяются, перемешиваются с 2,4 кг мочевины (CO(NH)) и микроэлементами.
8. Сушка, измельчение.
137
Разработанный новый тип органо-минерального комплексного удобрения обогащен макро- (N, Р, К) и микроэлементами (В, Мо) и обладает сорбирующими свойствами для загрязняющих веществ (Cs и тяжелых металлов), способствует повышению плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.
2
5
2
Полученное органоминеральное комплексное удобрение 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 РО и КО и обогащенного В и Мо, и органической компоненты - на основе торфа.
Минеральная часть получена путем гидротермической переработки природного трепела с участием гидроокиси калия, гидроокиси алюминия и фосфорной кислоты. Согласно протоколу испытаний №10 укб-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%.
Элемент
Содержание, вес %
N
11,64
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
13,34
K<sub>2</sub>O
21,49
SiO<sub>2</sub>
11,4
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,75
CaO
1,60
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,8
MnO<sub>2</sub>
0,12
Mg
0,11
B
0,15
Mo
0,19
Торф + органическое вещество
остальное
Удобрение содержит легкоусвояемый азот и биологически активное вещество (гумат калия) и также обладает пролонгированным действием.
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.
КCl
2
5
2
Испытание действия лабораторного образца на подвижность Cd и Zn в дерново-подзолистой супесчаной почве проводилось в 2014 г. на базе ФГБНУ ВНИИРАЭ ФАНО, 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: pH5,5; гумус 1,5%. РО 78 мг/кг, КО 65 мг/кг почвы, гидролитическая кислотность 3,3 мг-экв./100 г почвы, емкость поглощения 8,3 мг-экв./100 г почвы.
Применение позволяет увеличить переход Cd в необменное состояние в 2,6 раза по сравнению с контролем. Значительное количество Cd при внесении связано с оксидами / гидроксидами железа и марганца - 35,5%. Суммарное количество форм Cd наиболее доступных для усвоения корнями растений (обменная + подвижная) снижается при внесении 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 новым удобрением – подвижная < обменная < труднорастворимые соединения < кислоторастворимые соединения.
При использовании нового удобрения 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 удобрения 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 нового удобрения - труднорастворимые соединения < кислоторастворимые соединения < обменная < подвижная.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что внесение нового органоминерального комплексного удобрения в дерново-подзолистую супесчаную почву, загрязненную Cd и Zn, снижают содержание мобильных, наиболее доступных для растений форм ТМ.
КCl
2
5
2
На экспериментальной базе ФГБНУ Калужский НИИСХ (Перемышльский район Калужской области) в 2015 г. в условиях полевого опыта на серой лесной среднесуглинистой почве под ячменем (сорт Hyp) были проведены испытания нового удобрения по влиянию на продуктивность зерновых культур. Новое удобрение вносили в дозе 800 кг/га. Почва - серая лесная среднесуглинистая: pH 6,1; РО 200 мг/кг, КО 150 мг/кг почвы, гумус 2,9%. Результаты исследований показали, что применение нового удобрения способствовало достоверному повышению урожайности ячменя, сорт Hyp, на 16,7% по сравнению с вариантом с внесением минеральных удобрений. Внесение нового удобрения, обогащенного микроэлементами (В, Мо), увеличивало выполненность зерна и число зерен в колосе на 11,8% (табл. 1).
Таблица 1. Влияние нового удобрения на продуктивность ячменя, сорт Нур
Вариант
Урожай, ц/га
Отклонение от фона
ц/га
%
Фон – N<sub>100</sub>P<sub>120</sub>K<sub>90</sub>
24
0
04
Новое удобрение
28
4
16,7
HCP<sub>05</sub>
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 2015 г. изучали влияние нового удобрения на развитие растений овса и картофеля, их продуктивность и переход тяжелых металлов (Cd, Zn, Cu, Pb, Ni, Со и др.) и микроэлементов (В, Мо) в продукцию. Почва - дерново-подзолистая супесчаная. Мощность пахотного слоя 25 см.
KCl
2
5
2
Гумус 1,22%, pH 6,2; РО 436 мг/кг, КО 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 нового удобрения способствовало повышению урожайности овса на 60% по сравнению с вариантом с внесением минеральных удобрений (табл. 2).
Таблица 2. Влияние нового удобрения на продуктивность овса, сорт Привет
Вариант
Урожай, ц/га
% к NPK
Масса 1000 зерен, г
N<sub>90</sub>P<sub>60</sub>K<sub>90</sub>
47
100
31,1
Новое удобрение
75
160
33,7
HCP<sub>05</sub>
5,0
-
-
90
60
90
90
60
90
В ходе исследования результатов нолевого опыта с новым удобрением было показано, что новое удобрение способствует снижению поступления Cd в зерно на 16% по сравнению с внесением минеральных удобрений NPК. Повышение содержания Са в зерне овса при внесении нового удобрения составляет 43%, а К 12% но отношению к NPК (табл. 3). Содержание микроэлемента Мо при этом повышается на 169% по сравнению с применением обычных минеральных удобрений. Повышение поступления Мо в растения овса в ходе применения нового удобрения объясняется высоким содержанием этого элемента в самом удобрении.
Таблица 3. Влияние нового удобрения на поступление Cd, макро- и микроэлементов в зерно овса
Вариант
Содержание в зерне элементов, мг/кг
Cd
Ca
K
Mo
N<sub>90</sub>P<sub>60</sub>K<sub>90</sub>
0,116
254
1869
0,67
Новое удобрение
0,098
363
2084
1,8
HCP<sub>05</sub>
0,010
40
180
0,20
Удача
KCl
На базе ФГБНУ Калужский НИИСХ на серой лесной почве были проведены испытания нового удобрения с целью повышения продуктивности картофеля (сорт ). Почва - серая лесная среднесуглинистая: содержание гумуса 2,37-3,69%; рН 5,4-6,2; гидролитическая кислотность - 0,66-1,55 мг-экв/100 г почвы; содержание подвижного фосфора и обменного калия -175-384 и 131-219 мг/кг почвы, соответственно.
Однократное внесение нового удобрения в технологии возделывании картофеля на серой лесной почве повысило урожай клубней в среднем за 3 года с 24,9 до 30,8 т/га, или на 23,7% по сравнению с традиционной системой применения минеральных удобрений (табл. 4). Внесение нового удобрения в первый год опыта в засушливых условиях повышает урожайность картофеля на 10% по сравнению с вариантом, где были внесены стандартные минеральные удобрения в дозе: аммиачная селитра - 225 кг/га, двойной суперфосфат - 257 кг/га, калийная соль - 350 кг/га. Урожайность картофеля при использовании традиционной технологии составила 20,0 т/га, а при применении нового удобрения в дозе 800 кг/га - 22,0 т/га. Последействие нового удобрения в повышении продуктивности картофеля проявилось как на второй, так и на третий год после внесения. Урожайность картофеля на второй год после внесения нового удобрения на 30% выше, чем на контроле. Урожай клубней при использовании промышленных минеральных удобрений был 28,4 т/га, а при однократном внесении нового удобрения - 37,2 т/га. Продуктивность картофеля через 3 года после внесения нового удобрения составила 33,2 т/га, а при ежегодном внесении минеральных удобрений - 26,5 т/га, т.е. получена прибавка урожая клубней 6,7 т/га.
90
90
140
Внесение нового удобрения увеличивало содержание Мо в клубнях в 3,0 раза, а В - в 1,5 раза. Содержание крахмала в клубнях картофеля повысилось с 14,4 до 17,4% - на 3,0% по сравнению с вариантом NPK (табл. 4).
Таблица 4. Влияние нового удобрения на продуктивность картофеля (сорт Удача), на серой лесной почве (среднее за 3 года), (Перемышльский район Калужской области)
Вариант
Урожайклубней, т/га
Прибавка урожая,% к контролю
Содержаниекрахмала, %
N<sub>90</sub>P<sub>90</sub>K<sub>140</sub> - контроль
24,9
-
14,4
Новое удобрение, 800 кг/га
30,8
23,7
17,4
HCP<sub>05</sub>
2,6
-
-
Удача
Удача
KCl
В Бабынинском районе Калужской области в КФХ «Петухов» проводились испытания по влиянию нового удобрения на продуктивность картофеля сорта  на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве: содержание гумуса - 1,82-2,24%; рН 4,5-4,7; гидролитическая кислотность - 3,33-4,23 мг-экв/100 г почвы; содержание обменного калия и подвижного фосфора 136 и 175 мг/кг почвы соответственно. Новое удобрение вносили в дозе 0,8 т/га. Применение нового удобрения в технологии возделывания картофеля сорта  на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве положительно влияло на рост и развитие растений и повышало урожайность клубней на 33% в первый год и на 50% - на второй год по сравнению с традиционной системой применения минеральных удобрений. Урожай клубней картофеля при использовании азофоски в год внесения был 24,0 т/га, а при внесении нового удобрения - 32,0 т/га. Через год после внесения удобрений урожай картофеля по азофоске составил 25,0 т/га, а по новому удобрению - 37,5 т/га (табл. 5).
Таблица 5. Влияние нового удобрения на урожайность картофеля (сорт Удача), на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, (Бабынинский район Калужской области)
Вариант
Урожай клубней, т/га
Действие
Последствие
Контроль – технология хозяйства
24,0
25,0
Контроль + новое удобрение, 800 кг/га
32,0
37,5
HCP<sub>05</sub>
2,5
3,5
Содержание В в клубнях при внесении нового удобрения повышается в 1,8, Мо - в 1,6 раза по сравнению с вариантом, где применяли промышленные минеральные удобрения.
Таким образом, на основании проведенных предварительных исследований установлено положительное действие нового удобрения на продуктивность овса, ячменя и картофеля при возделывании их на дерново-подзолистых и серых лесных почвах. Применение нового удобрения позволяет получать более экологически чистую продукцию сельскохозяйственных культур за счет повышения ее поглотительной способности.
Новое удобрение 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 6. Элементарный состав комплексных удобрений СУПРОДИТ и нового удобрения
СУПРОДИТ
Новое удобрение
Элемент
Содержание, %
Содержание, %
Материалы (реактивы)
N
21,6
11,64
Трепел
1
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
15,3
13,34
Al(OH)<sub>3</sub>
0,1
K<sub>2</sub>O
11,2
21,49
KOH
1,833
SiO<sub>2</sub>
12,54
11,4
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
1,243
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,65
1,75
Торф
1,0
CaO
1,92
1,60
CO(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>
2,425
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,96
0,8
Вода нейтрализ.
-0,75
MnO<sub>2</sub>
0,14
0,12
Сумм. вес, кг
7,451
Mg
0,30 (MgO)
0,11
Микроэлементы
B
-
0,15
Н<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub>
0,020
Mo
-
0,19
(NH<sub>4</sub>)<sub>6</sub>Mo<sub>7</sub>O<sub>24</sub>⋅4H<sub>2</sub>O
0,030
Торф + органическое вещество
33,6
остальное
-
-
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 (В, Мо), с одновременным поглощением с высокой селективностью из почвы токсичных компонентов, в том числе тяжелых металлов.