AT396465B - Verfahren zur herstellung eines stückförmigen mittels zur bodenmelioration - Google Patents

Description

AT 396 465 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines stückförmigen Mittels zur Melioration geschädigter und/oder mängelbehafteter Böden, insbesondere in der Land- und Forstwirtschaft.

In den letzten Jahren wird in zunehmendem Maße eine Verschlechterung des Wachstums beziehungsweise der Gesundheit zahlreicher Pflanzen beobachtet. Größere Teile des Waldbestandes sind erkrankt.

Es gibt bereits große Waldbereiche, in denen die Bäume praktisch kein Wachstum mehr zeigen, Blätter und Nadeln vergilben und abfallen und ohne zusätzliche Eingriffe von außen absterben. Gleiches gilt im wesentlichen für den landwirtschaftlichen Bereich.

Die den Waldschäden zugrundeliegenden Ursachen sind noch nicht vollständig geklärt, unter anderem aber auf die Zufuhr von Schadstoffen aus der Atmosphäre zurückzuführen, die ein Absenken des pH-Wertes im Boden und in weiterer Folge Störungen des Nährelementkreislaufes in der Vegetation verursachen.

In diesem Zusammenhang spielt insbesondere der sogenannte "saure Regen", also die Belastung der Böden mit SO2 oder dergleichen eine wichtige Rolle.

Der Nährelementkreislauf spielt insbesondere beim Wald eine große Bedeutung. Die Bäume nehmen über ihre Wurzeln lebensnotwichtige Nährelemente aus dem Boden auf, wobei ein Teil im neugebildeten Holz, Zweigen und Nadeln festgelegt wird, ein wesentlich größerer Teil aber wieder über Zweige, Nadeln oder Blätter austritt und beispielsweise über den Regen abgewaschen und in den Boden rückgeführt wird. Ferner werden durch Laub- und Nadelfall, durch Früchte, tote Zweige, Rinden etc. erhebliche Nährelementmengen auf die Bodenoberfläche zurückgeführt. Während man früher der Meinung war, daß die Nährelementversorgung des Waldes auf diese Weise ein für allemal gesichert sei, weiß man heute, daß diese Annahme insbesondere für Standorte mit armen oder degradierten Böden ebenso für Gebiete, in denen der Nährstoffkreislauf beispielsweise durch ungenügende Umwandlung des Rohhumus oder durch Streunutzung gestört ist und Gebiete mit hoher Luftverschmutzung, nicht zutrifft.

Daneben spielen aber auch für die Störung des Nährelementkreislaufes Faktoren wie Art des Bodens, Wasserzu- und -abfuhr eine Rolle.

Bisherige Versuche, die Bodenqualität wieder zu verbessern, um den Nährstoffkieislauf wieder richtig einzustellen, sind im wesentlichen durch eine ausgewählte mineralische Düngung gekennzeichnet, um so vor allem Stickstoff, Phosphor und Kalium, aber auch Magnesium, Kalzium und Spurenelemente dem Boden zuzuführen.

Nachdem festgestellt wurde, daß die Kalkung stark übersäuerter Böden Nährstoff-Mangelerscheinungen nicht charakteristisch beseitigt, ist man dazu übergegangen, Fremd-Nährstoffe enthaltende Kalke anstelle von einem Kalksteinmehl einzusetzen. In jedem Fall aber bildet sich Gips und damit eine inerte Kruste, so daß zwar eine pH-Wert-Beeinflussung erfolgt, jedoch keine dauerhafte Bodenmelioration. Dies gilt im wesentlichen auch für Dünger auf Dolomitbasis (DE-A-36 28 611 und DE-A-37 14 444).

Aus der AT-B-392.267 ist ein Verfahren zur Herstellung eines granulatförmigen Mittels zur Melioration geschädigter Böden auf der Basis von feinteiligem Mg-Carbonat und feinteiligem Magnesiumoxid bekannt, wobei die Ausgangsstoffe unter Wasserzugabe gemischt, granuliert und anschließend die so hergestellten Granalien getrocknet werden. Mit dem so hergestellten Mittel läßt sich der Pflanzenwuchs, insbesondere Baumwuchs nachhaltig und nicht nur kurz-, sondern auch langfristig verbessern, wobei insbesondere eine kontinuierliche, zeitabhängige sukzessive Qualitätsbeeinflussung des behandelten Bodens möglich wird.

Dem bekannten Verfahren liegt die bisher vernachlässigte Erkenntnis zugrunde, daß die Versorgung der genannten Böden mit einer ausreichenden Menge an Magnesium entscheidend für die Behandlung geschädigter und/oder mängelbehafteter Böden beziehungsweise der darin wachsenden Pflanzen ist.

Magnesium hat als essentielles Nährelement im pflanzlichen Stoffwechsel eine ganze Reihe wichtige Funktionen zu erfüllen. Es ist Strukturbestandteil von Chlorophyllen, Ribosomen und Zellwandkomponenten und ist als Co-Faktor an der Aktivierung zahlreicher Enzyme beteiligt.

Aus Versuchen ist bekannt, daß der Mg-Gehalt von Nadeln einer Kiefer oder Fichte mindestens 0,03 Gew.-% betragen muß, um dem Baum langfristig ein Überleben zu sichern (sogenannter Letalbereich).

Die Behebung des entsprechenden Nährstoffmangels im Zuge der eingangs genannten, bekannten Düngemaßnahmen stellt nur eine Übergangslösung dar, da die Wirksamkeit der entsprechenden Dünger nur kurzfristig ist. Darüber hinaus enthalten bekannte Dünger Magnesium vorwiegend in Salzform, zum Beispiel als MgS04.2^0 (Kieserit) oder als MgSO^. 7^0 (Bittersalz), wodurch weitere unerwünschte Wirkstoffe wie "S" in den Boden eingebracht werden.

Darüber hinaus ist die Löslichkeitsrate der genannten Magnesiumverbindungen im Boden mittelspezifisch konstant, das heißt, es kann nur eine quasi einmalige Wirkung erzielt werden.

Weiter wurde erkannt, daß auch die Verwendung von Magnesiumcarbonat alleine bestimmte Nachteile hat Zum einen ist die Löslichkeit des Carbonates relativ gering. Um sie zu erhöhen, müssen Materialien mit großer Oberfläche eingesetzt werden. Das Material kann zwar theoretisch in entsprechender Pulverform konfektioniert werden, ist aber als Pulver nur schwer ausbringbar und würde zum Beispiel bei einem Abwurf von einem Flugzeug unkontrolliert verweht beziehungsweise trocken oder als Suspension im Nadel- oder Blattwerk adsorbiert werden und nur nach und nach in den Boden gelangen. Eine Aufbereitung des Carbonates mit einem Bindemittel, zum Beispiel Sorelzement, ermöglicht zwar eine anwendungsspezifische Konfektionierung, führt -2-

AT 396 465 B aber nicht aus dem Problem heraus, daß eine Mg-Abgabe an den so behandelten Boden nur langfristig und innerhalb eines relativ engen Zeitintervalls möglich ist. Darüber belastet das zusätzliche Bindemittel den Boden selbst.

Eine Düngung mit Mg-Kauster alleine führt zwar zu einer raschen Anhebung des Mg-Gehaltes im Boden, aufgrund einer wesentlich größeren Löslichkeit gegenüber Magnesiumcarbonat, auch hier ergeben sich aber wieder Probleme der Konfektionierung und zeitabhängigen Wirksamkeit des Stoffes.

Demgegenüber führt die Mischung von Mg-Kauster und Mg-Carbonat nach der AT-B-392-267 nicht zu einer physikalischen Addition der vorstehend genannten Eigenschaften, vielmehr kommt es zu einem synergistischen Zusammenwirken beider Komponenten.

Dabei ist die Feinteiligkeit der Ausgangsmaterialien eine wichtige Voraussetzung. Durch die insoweit große Oberfläche werden große Reaktionsflächen angeboten. Durch die Zugabe von Wasser beim Mischen der Komponenten reagiert dieses mit MgO unter Bildung von Magnesiumhydroxid, das insoweit eine in-situ-Bindemittelfunktion übernimmt und während des Granulierens (Pelletisierens) ohne separate Bindemittel eine Agglomerierung und Kompaktierung der einzelnen Mischungsbestandteile ermöglicht

Beim anschließenden Trocknungsvorgang, der insbesondere in (X>2-reicher Atmosphäre durchgeführt werden sollte, wozu beispielsweise entsprechende Ofenabgase genutzt werden sollen, kommt es zu einer teilweisen Carbonatisierung (Recarbonatisierung) der gebildeten Reaktionskomponenten, so daß im fertigen, getrockneten Produkt anschließend folgende Komponenten nebeneinander vorliegen: - MgCOg (aus ursprünglicher Mischungskomponente) - MgCOß (recarbonatisiertes Material) - Mg(OH)2 (als Reaktionsprodukt) - MgO (aus ursprünglicher Mischungskomponente)

Aufgrund zunehmender Löslichkeit vom - Carbonat über das - Hydroxid zum - Oxid wird damit zunächst ein dreistufiger Reaktionsmechanismus in einem Mittel angeboten, das heißt, es stehen in einem Mittel verschiedene Komponenten zur Verfügung, die zu unterschiedlichen Zeiten ihre Wirksamkeit im Boden entfalten. Dabei hat sich herausgestellt, daß das in den Granalien vorhandene Magnesiumcarbonat aus dem Ursprungsmaterial eine geringere Auflösegeschwindigkeit aufweist als das recarbonatisierte Material, das im übrigen röntgenamorph vorliegt, so daß eine vierte Reaktionsstufe in-situ ausgebildet wird, und zwar ausgehend von lediglich zwei gängig vorhandenen Mg-haltigen Stoffen, wobei ein granulatförmiges Mittel hergestellt wird, das leicht ausbringbar ist und aufgrund seines hohen spezifischen Gewichtes nicht verweht und ohne weiteres auch bei einem Abwurf aus einem Flugzeug nicht auf Ästen, Blättern oder Nadeln haften bleibt, sondern unmittelbar auf und in den Boden gelangt.

Die unterschiedlichen Löslichkeitsgeschwindigkeiten der einzelnen Komponenten des Mittels führen dazu, daß ausgehend von einer Sofortwirkung, insbesondere durch den Bestandteil MgO, eine Langzeitwiikung bis zu zehn Jahren und darüber hinaus angenommen wird (wobei dann insbesondere das schwer lösliche Carbonat aus dem Ursprungsmaterial seine Wirkung entfalten wird).

Die Mengenanteile der einzelnen Reaktionskomponenten sind abhängig vom ursprünglichen Mischungsverhältnis Magnesiumcarbonat/Magnesiumoxid angegeben. Dies soll bevorzugt zwischen 10:1 und 2 :1 liegen, wobei ein exaktes Mischungsverhältnis anhand der jeweils gegebenen Bodenqualitäten beziehungsweise den gewünschten zeitabhängigen Wirksamkeiten eingestellt werden kann.

Je feiner das Material ist, um so höher ist die Reaktionsoberfläche und um so höher ist die Wirksamkeit des Mittels insgesamt. Auch insoweit wird die Reaktion der Ausgangskomponenten untereinander und mit dem Wasser beeinflußt. Vorzugsweise sollen die Ausgangsstoffe in einer Komfraktion kleiner 200 μτη vorliegen, wobei es besonders bevorzugt ist, den überwiegenden Teil (über 50 Gew.-%) in einer Komfraktion kleiner 40 |xm einzusetzen.

Die AT-B-392.267 erwähnt auch, daß bei Bedarf dem Mittel beziehungsweise dessen Ausgangskomponenten Zusatzstoffe zugegeben werden können, insbesondere um eine gegebenenfalls noch komplexere Bodenmelioration zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang wird an unterschiedlichste Stoffe gedacht: zum einen können dies kleinere Mengen zusätzlicher Bindemittel sein, vorzugsweise soll es sich aber um Fremd-Nährstoffe, abhängig von der jeweiligen Bodenqualität, handeln. Ebenso ist daran gedacht worden, Zusatzmittel wie Zeolithe beizumischen, die das Ionenaustauschvermögen aktivieren und/oder das Wasseranlagerungsvermögen regulieren. Auch die Zugabe kleinerer Mengen bekannter Dünger wird als möglich bezeichnet.

Das bekannte, granulatförmige Mittel kann per Hand oder über entsprechende Fahrzeuge auf den Boden aufgestreut werden, es kann aber ebenso auch von einem Flugzeug aus über Wäldern abgeworfen werden. In jedem Fall soll der Einsatz des Mittels nicht nur eine pH-Wert-Korrektur, abhängig von den gewählten Ausgangsstoffen und deren Konzentrationen, sondern auch eine Optimierung des Nährelementkreislaufes der in dem mit dem Mittel behandelten Böden wachsenden Pflanzen bewirken.

Das bekannte Meliorationsmittel hat sich aufgrund der beschriebenen Eigenschaften bewährt. Reihenversuche in geschädigten österreichischen Forsten haben schon nach ein oder zwei Vegetationsperioden eine deutliche -3-

Claims (15)

1. AT 396 465 B Gesundung des Waldbestandes, insbesondere der Fichten, gezeigt. Gleichwohl besteht ein Bedürfnis dahingehend, das bekannte Verfahren (Mittel) weiter zu optimieren beziehungsweise einfacher zu gestalten, ohne auf die ausführlich beschriebenen Eigenschaften und Vorteile des Meliorationsmittels zu verzichten. In diesem Zusammenhang wurde eine Verfahrensaltemative gefunden, die sich im wesentlichen dadurch auszeichnet, daß die Ausgangsstoffe (feinteiliges Magnesiumoxid und feinteiliges Magnesiumcarbonat) durch Brikettieren zu einem stückförmigen Gut nach einer entsprechenden Vormischung der Ausgangskomponenten verarbeitet werden. Aufgrund der durch Brikettierung kompaktierten Ausgangsstoffe kann die Aufbereitung unter weitestgehendem Verzicht auf Feuchtigkeit erfolgen. Gegebenenfalls kann sogar auf eine Wasserzugabe vollständig verzichtet werden. Gleichwohl kommt es zu der gewünschten (teilweisen) Hydratation des Magnesiumoxids zu Magnesiumhydroxid, nämlich aufgrund der Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Umgebungsatmosphäre. Diese Hydratation unterstützt die Bindung der feinteiligen Ausgangsstoffe innerhalb des kompaktierten (brikettierten) stückigen Gutes im Sinne einer Bindemittelfunktion. Im übrigen führt aber bereits die Brikettierung (zum Beispiel bei einem Walzendruck von 8-10 t/cm Walzenbreite, bei einer Schülpengröße zwischen 0,5 und 6,0 mm) zu einer sicheren Bindung der feinteiligen Ausgangsstoffe untereinander, zumal die Brikettierung (Kompaktierung) gleichzeitig wie eine Nachmahlung für die Teilchen wirkt (aufgrund der bei der Brikettierung ausgeübten Scherkräfte). Gleichzeitig wird ein stückiges Mittel mit hoher innerer Festigkeit erreicht. Schließlich ermöglicht die Brikettierung die Herstellung eines kantigen Stückguts, das insoweit besonders gut auf einem Boden (nach der Ausbringung) an seinem Platz verbleibt und praktisch nicht verwehen oder wegrollen kann. Weniger oder gar kein Anmachwasser bedeutet auch, daß auf die anschließende Trocknung der Briketts entweder ganz verzichtet oder diese zumindest unter verringertem Energieeinsatz durchgeführt werden kann. Hierdurch ergibt sich weiter die Möglichkeit, auf zusätzliche (externe) Bindemittel ganz oder teilweise zu verzichten. Weniger zusätzliches Bindemittel (beispielsweise in Form von aus der AT-PS 392.267 erwähntem Sorelzement, Sulfitablauge, Melasse, Carboximethylzellulose, Stärke, Ton, Bentonit und/oder Pilzmycelen) bedeutet einen geringeren Aufbereitungsaufwand und geringere Herstellungskosten sowie eine optimierte Steuerbarkeit der Löslichkeit der einzelnen Komponenten, die quasi nebeneinander im kompaktierten stückigen Gut vorliegen. Darüber hinaus können mit dem durch Brikettierung hergestellten Meliorationsmittel dieselben Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, wie sie sich aus dem Verfahren nach der AT-B-392.267 ergeben. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines stückförmigen Mittels zur Melioration geschädigter und/oder mängelbehafteter Böden durch Mischen γοη feinteiligem Mg-Carbonat mit feinteiligem MgO, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung anschließend brikettiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mg-haltigen Ausgangsstoffe in einer Korn-fraktion kleiner 200 μηι eingesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mg-haltigen Ausgangsstoffe in einer Komfraktion mit einem überwiegenden Anteil kleiner 100 μιη eingesetzt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischungskomponenten Mg-Carbonat und MgO im Gewichtsverhältnis 10:1 bis 2:1 eingesetzt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnesiumhaltigen Ausgangsstoffe unter geringer Wasserzugabe (< 5,0 Gew.-%) gemischt, homogenisiert und die Briketts nach der Kompaktierung getrocknet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der Briketts in COj-reicher Atmosphäre durchgeführt wird. -4- AT 396 465 B
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettierung so geführt wird, daß die gebildeten Briketts einen mittleren Durchmesser zwischen 0,5 und 8 mm aufweisen.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettierung so geführt wird, daß die gebildeten Briketts einen mittleren Durchmesser zwischen 1 und 4 mm aufweisen.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung der Mg-haltigen Ausgangsstoffe vor der Brikettierung ein Bindemittel wie Sorelzement, Sulfitablauge, Melasse, Carboxymethylcellulose, Stärke, Ton, Bentonit und/der Pilzmycelen zumischt
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Bindemittel-Komponente auf maximal 20 Gew.-%, bezogen auf die Mischungskomponenten MgO und Mg-Carbonat, begrenzt wird.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnesiumcarbonat mit einem CaO-Gehalt kleiner 25 Gew.-%, vorzugsweise kleiner 15 Gew.-%, einem kleiner 3,5 Gew.-% und einem Si02-Gehalt kleiner 1,5 Gew.-% eingesetzt wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mittel ein Stoff wie Zeolith zugesetzt wird, der das Ionenaustauschvermögen des Mittels aktiviert und/oder das Wasseranlagerungsvermögen reguliert.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brikettierung so geführt wird, daß ein kantiges, stückiges Gut entsteht.
14. 14. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Mittels zur pH-Wert Korrektor von Böden.
15. 15. Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten Mittels zur Optimierung des Nährelementkreislaufes der in dem mit dem Mittel behandelten Böden wachsenden Pflanzen. -5-