Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам получению органоминеральных удобрений в виде гумата калия и натрия и гуминовой пасты из бурых углей. Данные удобрения используют в сельском хозяйстве в качестве почвоулучшающих средств и стимуляторов роста сельскохозяйственных растений.
Известно [1,2], что бурые угли богаты содержанием гуминовых кислот и широко применяются для получения адсорбентов, горного воска и гуминовых удобрений. Высокое содержание гуматов в составе углей дают возможность их использовать для получения гуминосодержащих веществ.При переработке гуматов состава углей все минеральные примеси состава угля переходят в состав гуматов. Для повышения качества продукта существуют определенные требования при использование угля в качестве сырья: зольность угля должна быть меньше 13%; массовая доля минеральной фракции, не сообщенной с гуминовыми веществами, более 10%; и массовая доля гуминовых веществ должна быть не менее 65%. Такие ограничения в составе углей позволяют создать интегрированную систему управления питательными веществами при комбинированном применении минеральных и органических удобрений [3].
Известен состав и способ получения жидкого органоминерального удобрения [4], который предусматривает механическое перемешивание 600 мл воды с добавлением 300 мл гуматного препарата, 50 мл экстракта из лузги гречихи, 50 мл жидкой свекловичной мелассы, 10 мл раствора микроудобрений с борной кислотой или молибденовокислым аммонием. На последнем этапе перемешивания смеси к суспензии добавляют 10 мл жидкой культуры эндофитной бактерии bacilllius mojavensis штамма РS17 и 5 мл нерафинированного растительного масла, общую продолжительность перемешивания общей смеси выдерживают 30 минут.
Известный способ получения жидкого органоминерального удобрения расширяет арсенал средств для оптимизации минерального питания, стимулирования роста и развития растений, однако является сложным в исполнении из-за многостадийности технологических процессов и получение продукта.
Известен, также способ получения продукта из бурого угля [5], выражающий в окислении бурого угля раствором перекиси водорода для увеличения общего содержания гуминовых веществ и гидроксильных групп. Недостатком известного способа являются жесткие ограничения по качеству используемых углей по содержанию в них гуминовых кислот, невысокая агрохимическая эффективность и высокая энергоёмкость процесса получения продукта.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения гуминсодержащего порошкообразного продукта на основе бурого угля [6], включающий измельчение бурого угля и его смешение с модифицирующими реагентами. В качестве модифицирующих реагентов используют воздушно-сухие перкарбонат натрия, карбонат натрия, гидроксид натрия; механическую обработку воздушно сухой смеси проводят в мельницах-активаторах непрерывного действия, обеспечивающих ускорение мелющих тел 100-400 м/с2 и время пребывания в зоне обработки 0,5-10 минут, с получением порошкообразного продукта, при следующем отношении компонентов смеси, % масс.: перкарбонат натрия- 0,1-5; карбонат натрия – 1-10; гидроксид натрия 0-5; вода-0,1-13; бурый уголь-остальное. Образующийся порошкообразный продукт, содержащий гуминовые кислоты с модифицированной структурой, используется как стимулятор роста растений и для ремедиации и рекультивации почв в сельскохозяйственном секторе, так и для очищения водоемов от загрязнений от ионов тяжелых металлов.
Недостатком способа является неполная раскрываемость частиц бурого угля при механохимической обработке, а многофазность технологических процессов, не обеспечивает полного выхода водорастворимых гуминовых веществ, что в свою очередь не обеспечивает полного их связывания с гуминовой кислотой состава бурых углей, что не соответствует ресурсосберегающим требованиям получения продукта.
Целью изобретения является разработка ресурсосберегающей мало- энергоёмкой и безотходного способа переработки гуминовых кислот состава бурых углей для получения гуминсодержащих минеральных удобрений в виде жидкого гумата калия и натрия, гуминовой пасты.
Поставленная цель достигается тем, что при получение жидких гуматов, содержащих растворимые формы гумусовых веществ и модифицированные минеральные компоненты, для ускорения активности протекания химических процессов увеличивают поверхность обрабатываемых твердых материалов уменьшением размеров кусков твердого материала их измельчением на молотковой дробилке и дальнейшим помолом на мельницах, в реактор-смеситель заливают горячую воду и торф и при перемешивании смеси добавляют измельчённый уголь, образующуюся массу интенсивно перемешивают до образования однородного состояния, далее добавляют перекись водорода для деструкции угольных частиц, смесь обрабатывают раствором щелочей едкого натрия и калия и к ней добавляют в качестве микродобавки минеральные соли из сульфатов цинка и магния, смесь интенсивно перемешивают при температуре не ниже 45оС для экстрагирования гуминовых кислот, образующуюся суспензию сливают в отстойник и оставляют для разделения гуминовой пасты от твердых частиц, гуминовую пасту фильтрируют и упакуют в качестве готового продукта, а оставшиеся твердые частицы возвращают на стадии подготовки помола исходного сырья в шахтную мельницу для повторного его использования.
Заявленное изобретения поясняется технологической схемой, приведённой на рис.1., где:
1-бункер хранения угля;
2- молотковая дробилка;
3- центробежная мельница;
4- классификатор;
5- циклон очистки углевой пыли;
6-реактор-смеситель;
7-мешалка;
8-водонагреватель;
9-ёмкость хранения торфа;
10- ёмкость хранения перикиси водорода;
11-ёмкость хранения щелочей: NaOH, KOH;
12- ёмкость хранения минеральных добавок: ZnSO4, MgSO4;
13-расходомер;
14- отстойник;
15-центробежный насос;
16-пресс-фильтр;17- центробежный насос;18-ёмкость хранения гумата калияи натрия;19-винтовой шнек; 20-шаровая мельница; 21- ёмкость хранения гуминовой пасты.
Пример осуществления предлагаемого изобретения
В качестве гуминсодержащего сырья использована проба угля месторождения Шишкат (Таджикистан) следующего состава, масс. % : влажность – 0.27; зольность – 20.0; летучие и смолистые вещества 12.5; органическая масса-67.23. Содержание гуминовых веществ в составе угля – 22.7%.
Пробу бурого угля с размерами частиц до 50 мм подают в загрузочную воронку молотковой дробилки, попадая в зону дробления уголь контактирует с ударными элементами дробилки, в результате чего происходят повторные удары частиц о стенки корпуса, частицы измельчаются до тех пор, пока не станут меньше отверстий в колосниковой решетке 3 мм, частота вращения ротора – 3000 об/мин. В результате получаем дробленный бурый уголь с размером частиц 0-3 мм. Вторая стадия измельчения, классический скоростной способ измельчения сухим способом, производят загрузкой в питатель центробежной мельницы для тонкого измельчения частиц угля металлическими шарами до фракции -10 мм. Измельчение происходит за счет суммарного воздействия вибро–ударных, раздавливающих и истирающих нагрузок. Производительность мельницы напрямую зависит от количества подаваемого материала и частоты колебаний барабанов (7,5 Гц). Измельченный материал после классификатора направляют в реактор-смеситель, снабженный мешалкой, скорость вращения мешалки подбирают из условия обеспечения равномерного распределения компонентов смеси по объёму ректора-смесителя. Максимальная скорость вращения мешалки для обеспечения равномерности распределения суспензии выбрана 32 об/мин. В реактор-смеситель заполняют 300 литров воды температурой 400 С и смешивают с 10 кг торфом, процесс перемешивания составляет 7 минут, далее добавляют измельченный уголь в объеме 350 кг продолжая перемешивание в течении 20 минут, интенсивное перемешивание способствуют активному процессу механоактивации с большим локализованным массопереносом, далее добавляют перекись водорода в количестве 10 кг до получения однородной массы, добавление перекиси водорода положительно влияет на глубокое окисление гуминовых кислот и приводит к окислительной деструкции угольных частиц, увеличиваются связи карбоксильных групп, связи карбоновых кислот, сложных эфиров, фенолов, связи спиртов и эфиров, водород связанных групп, в дальнейшем содействующих в протекании ионного обмена в процессе сорбции катионов металлов гуминовыми кислотами. Для извлечения гуминовых кислот из окисленного угля посредством перекиси водорода его обрабатывают щелочами гидроксида натрия и гидроксида калия, добавляя 7 кг гидроксид натрия по 2 кг три раза через каждые 2 минуты и 1 кг в конце и 3 кг гидроокись калия, далее добавляют микродобавки в виде солей: 1 кг сульфат цинка перемешивая 6 минут, 1 кг сульфат магния разбавленного в 1 литр воды. Процесс экстракции протекает в реактор-смесителе в течении 30 минут при температуре 45 0С, при интенсивном перемешивании мешалкой со скоростью 32 оборот/мин механоактивации с реагентами (механохимической активации) происходит структурная перестройка, приводящая к изменению отдельных фрагментов макромолекул и количества функциональных групп в составе гуминовых кислот состава угля, увеличивается количество гидрофильных фрагментов в их составе, что является причиной повышения растворимости гуминовых препаратов. Оптимизированный состав реагентов механохимической активизации обеспечивает возможность снижения концентрации щелочи от 0,5-1,0%. Полученный готовый продукт в виде суспензии сливают через расходомер в отстойник на 2 часа, где происходит разделение твердой фазы гуминовой пасты от жидкого гумата калия, жидкий гумат калия накопившийся в верхней части отстойника центробежным насосом перекачивают в пресс-фильтр для двух стадийной микрофильтрации и с помощью центробежного насоса направляют на фасовку, выделившуюся твердую пастообразную фракцию направляют в отстойник, где отстоявшуюся гуминовую пасту шнеком подают на шаровую мельницу для диспергирования и дальнейшего перемешивания, далее после 2 часового перемешивания направляют на фасовку в готовый продукт.
Состав полученного гуминсодержащего минерального удобрения характеризуется соотношением: гуминовые вещества: минеральные вещества = 66.4:33.6, в котором содержание минералов составляет:
гуминат натрия и калия-15.5;
карбонаты-6.0;
силикаты-2.5;
сульфиды-5.0;
NiO-2.0;
Fe2O3-2.5;
(TiO2+MnO+CuO+ZnO+SrO+ZrO3) -0
Данный состав органоминерального удобрения является оптимальным для оказания эффективности на плодородие земель.
Таким образом, предложенный способ получения гуминсодержащего минерального удобрения отличается возможностью широкого варьирования состава, легко реализуемой в производстве комплексных удобрений. Также
положительным в предложенном способе получения гуминсодержащего минерального удобрения является отсутствие отходов
