Гранулирование нанокомпозитов на основе глауконита и мочевины: связующие материалы и характеристика активированных минеральных удобрений

Abstract

Актуальность. Актуальность исследования в области создания удобрений контролируемого действия и их гранулирования находится в центре внимания сельского хозяйства и экологии. С учетом растущего мирового населения и увеличения потребности в продовольствии сельское хозяйство сталкивается с вызовом эффективного управления ресурсами и повышения урожайности. В этом контексте экологически безопасные и простые в получении и применении удобрения становятся ключевым элементом устойчивого развития агрохозяйств. Целью работы является изучение полного цикла создания гранулированных удобрений на основе новых материалов, включающего агрегирование минеральных частиц различными связующими растворами и механохимическую активацию изначальных смесей из глауконита и мочевины. В качестве «контейнерного» материала использовался калийсодержащий глинистый минерал - глауконит Каринского месторождения (Россия). Добавочным (питательным) компонентом для удобрений выступала мочевина, содержащая до 46 масс. % азота. При механохимической активации были стабильными следующие параметры: соотношение минерал:мочевина и тип истирания. Растворы с различными концентрациями азота использовались как связующие вещества при грануляции. Методика исследования характеристик результирующих нанокомпозитов включала гранулометрический анализ, рентгенодифракционный анализ, сканирующую электронную микроскопию, ИК-спектроскопию. Результаты. Были изучены преимущества различных вариантов гранулирования механохимически активированных композитов. Был произведен полный цикл создания гранулированных удобрений контролируемого действия. Среднее содержание азота в частицах глауконита достигает 5,5 вес. %. Размерность гранул зависит от содержания гель-концентрата карбамида в связующем веществе. Максимальная прочность и соразмерность гранул достигается при использовании связующего вещества, на 100 % состоящего из гель-концентрата карбамида. Определение оптимального содержания гель-концентрата в связующем веществе, применяемого при гранулировании, играет ключевую роль для получения прочных гранул удобрения.

Relevance. Development of controlled release fertilisers and their granulation is at the forefront of agriculture and environment. With growing world population and increasing food demand, agriculture faces the challenge of efficient resource management and increased crop yields. In this environmentally friendly and easy to obtain and use fertilisers become a key element for sustainable development of agribusinesses. Aim. To study the complete cycle of creation of granular fertilisers based on new materials, including aggregation of mineral particles with different binding solutions and mechanochemical activation of initial mixtures of glauconite and urea. Potassium-containing clay mineral - glauconite of Karinskiy deposit (Russia) was used as a "container" material. Urea containing up to 46 wt % of nitrogen was used as an additive (nutrient) component for fertilisers. The following parameters were stable during mechanochemical preparation: mineral/urea ratio and abrasion type. Solutions with different nitrogen concentrations were used as binders during granulation. The methodology for investigating the characteristics of the resulting nanocomposites included particle size analysis, X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, and FTIR spectrometer. Results. The advantages of different granulation options for mechanochemically activated composites were investigated. The authors have produced a full cycle of controlled-release granular fertiliser. The average nitrogen content in glauconite particles reaches 5.5 wt %. The granule size depends on the content of urea gel concentrate in the binder. The maximum strength and proportionality of granules are achieved, when using a binder consisting of 100% urea gel concentrate. Determination of the optimal content of gel concentrate in the binder used in granulation plays a key role in obtaining strong fertiliser granules.