DE3721012C1 - Verfahren zur Herstellung eines granulatfoermigen Bodenverbesserungsmittels durch Behandeln von Teilchen aus einem poroesen Material mit einer Wasserglasloesung und Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines granulatförmigen Bodenverbesserungsmittels durch Behandeln von Teilchen aus einem porösen Material mit einer Wasser­ glaslösung.

In der DE-C2 34 00 080 wird ein Mittel zur Behandlung von Böden, insbesondere Waldböden, beschrieben, um diese zu entsäuern. Die im Zusammenhang mit einer Übersäuerung von Böden auftretenden Probleme werden ausführlich in dieser DE-PS beschrieben.

Nach neuesten Untersuchungen beruht jedoch das Waldsterben nicht nur auf einer Übersäuerung des Waldbodens, sondern auch auf dem Fehlen von Düngesubstanzen sowie den Stoff­ wechsel von Bäumen und Pflanzen beeinflussenden Substanzen, wobei es sich jedoch herausgestellt hat, daß es nicht ein­ fach genügt, wie beim Düngen in der Landwirtschaft in Waldböden die fehlenden Substanzen einfach zuzusetzen, sondern es ist vielmehr erforderlich, daß diese über Zeit­ räume von einigen Jahren hinweg langsam freigesetzt und in die komplizierten und sensiblen Boden- und Pflanzen­ systeme integriert werden, so daß eine Revitalisierung von umweltgeschädigten Pflanzen und Böden, insbesondere Waldbäumen und Waldböden möglich ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Mitteln zu schaffen, mit deren Hilfe eine Revitalisierung von umweltgeschädigten Pflanzen und Böden, insbesondere Waldböden, möglich ist, wobei diese Mittel ihre Wirkstoffe über einen möglichst langen Zeit­ raum hinweg in den biologisch erforderlichen Mengen abge­ ben sollen, und zwar mindestens über einen Zeitraum von 10 Jahren.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß beim Auf­ sprühen von Wasserglaslösung auf heiße Teilchen aus einem porö­ sen Material dieses Wasserglas durch schlagartigen Wasser­ entzug teilweise koaguliert, wodurch Kieselsäure ausge­ fällt wird. Die dabei je nach Temperatur und Sprühbedin­ gungen erhaltene hochdisperse Kieselsäure fällt in Form einer Polykieselsäure auf der Oberfläche der porösen Teil­ chen aus. Diese Polykieselsäure weist an ihrer Oberfläche Siloxan- und Silanolgruppen auf und besitzt eine sehr große BET-Oberfläche von bis zu 280 m²/g. Diese Polykiesel­ säure übt auf oder im Boden komplexbildende und sorpti­ ve Wirkungen aus und verhindert ein vorzeitiges Auswaschen von Wirksubstanzen, mit denen die erfindungsgemäßen Granu­ late beladen sein können, und stellt darüber hinaus einen naturidentischen Ersatz für die teilweise zerstörten Ton­ mineralien insbesondere an der Intensivwurzelschicht dar.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Granulate besitzen den Vorteil, daß das Neutralisations­ zwecken dienende Wasserglas bzw. die durch Hitzekoagulation ausgefällte Polykieselsäure sowie gegebenenfalls zusätz­ lich aufgebrachte revitalisierende Substanzen fest an den porösen Trägermaterialteilchen anhaften.

Gemäß der erwähnten DE-C2 34 00 080 werden poröse anorganische Stoffe, wie expandierter Perlit oder Calcium­ silikat, mit Wasserglaslösungen getränkt und zur Be­ handlung von sauren Böden im Wurzelbereich der Bäume ausgestreut. Dabei wird das Wasserglas zur Neutralisation immissionsbedingter Säuren langsam freigesetzt.

Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines granulatförmigen Bodenverbesserungs­ mittels, welches aufgrund der ausgefällten Kieselsäure im Boden die erwähnten komplexbildenden und sorptiven Wirkungen über einen extrem langen Zeitraum ausübt, die von dem bekannten Mittel nicht bewirkt werden.

Die verwendeten porösen Teilchen bestehen vorzugsweise aus porösen anorganischen Teilchen, wie porösen Keramik­ teilchen oder Schaumglasteilchen, insbesondere bestehen sie jedoch aus Perliteteilchen. Perlite ist ein vulkani­ sches Liparit- oder Quarzporphyrglas mit vielen kleinen Wassereinschlüssen. Erhitzt man dieses Material auf über 1000°C, so expandiert es infolge Wasserverdampfung zu einem leichten Gesteinsschaum vom 20-fachem Volumen. In besonders zweckmäßiger Weise läßt sich das erfindungs­ gemäße Verfahren ausführen, wenn auf die heißen Perlite­ teilchen unmittelbar nach ihrer Expandierung die Wasser­ glaslösung aufgesprüht wird. Das Wasserglas wird vor­ zugsweise als konzentrierte Lösung aufgesprüht, insbe­ sondere in einer Menge von 10 bis 22 Gew.-%, bezogen auf die porösen Teilchen. Während des Sprühvorganges sollten die Teilchen vorzugsweise noch eine Temperatur von 400 bis 750°C besitzen.

Wie bereits erwähnt, erfolgt beim Aufsprühen der Wasser­ glaslösung, die vorzugsweise auf einer Natrium- oder Kaliumwasserglaslösung besteht, in Abhängigkeit von der Temperatur und den Sprühbedingungen eine teilweise Koagu­ lation des Wasserglases und der Ausfällung von Polykiesel­ säure auf den Teilchen, die nach ihrer Trocknung in Kom­ bination mit Wasserglas vorliegt, welches auf oder im Boden langsam zur Neutralisation freigesetzt wird, während die Polykieselsäure ihre weiter oben angegebene Wirkung entfaltet.

Der Wasserglaslösung kann vor dem Aufsprühen auf die heißen porösen Teilchen ein Ausfällungsmittel, wie Kalium­ sulfat, zugesetzt werden, wodurch die Menge der auf den porösen Teilchen ausgefällten Polykieselsäure erhöht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch den Vorteil, daß aus dem billigen Grundstoff Wasserglas auf den porösen Teilchen Polykieselsäure ausgefällt wird, die als solche ein relativ kostspieliges Material ist und daher an sich für einen Einsatz in großem Maßstabe nicht in Frage käme.

Diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Granulate können noch mit weiteren revitalisierenden Sub­ stanzen beladen werden. Sofern diese nicht temperaturem­ pfindlich sind und die hohen Temperaturen der heißen po­ rösen Teilchen vertragen, können diese zusammen mit der Wasserglaslösung entweder als getrennte Lösungen, Pulver oder Granulate, die getrennt oder in der Wasserglaslösung dispergiert eingesetzt werden können, aufgesprüht werden. Handelt es sich jedoch um temperaturempfindliche Substanzen, dann läßt man in zweckmäßiger Weise die heißen Teilchen abkühlen, beispielsweise auf Temperaturen von 200 bis 300°C, und sprüht dann auf diese noch feuchten Teilchen die zusätzlichen Substanzen in Form von Lösungen, Pulvern oder Granulaten auf. Diese zusätzlichen Substanzen können dabei in der genannten Applikationsform aufeinanderfolgend oder in Form von Mischungen auf die Granulatteilchen auf­ gebracht werden und verbinden sich mit diesen fest zu dem fertigen, erfindungsgemäß hergestellten Granulat. Da einer­ seits Wasserglas schwer wasserlöslich ist und andererseits die ausgefällten Polykieselsäuren eine komplexierende und sorptive Wirkung besitzen, werden diese zusätzlichen Sub­ stanzen in der gewünschten Weise auf oder im Boden nur lang­ sam freigesetzt, so daß sie ihre Wirkung in dosierter Form über längere Zeitspannen hinweg entfalten können. Die ver­ zögerte Freisetzung kann auch noch dadurch begünstigt wer­ den, daß die aufgebrachten zusätzlichen Substanzen mit einem Schutzkolloid versehen werden, das beispielsweise aus Wasserglas bestehen kann, das gleichzeitig als Bin­ demittel und Auflösungsverzögerungsmittel dient.

Als zusätzliche revitalisierende Substanzen kommen insbe­ sondere Dolomit, Phosphate, Huminsäuren, Wuchsstoffe, Melasse sowie gemeinsam gefällte Kieselsäure und Magnesium­ carbonat in Frage.

Der Dolomit wird vorzugsweise in einer Teilchengröße bis zu 0,5 mm eingesetzt und sollte einen Mindestmagnesium­ carbonatgehalt von 40 Gew.-% aufweisen. Er dient haupt­ sächlich zu schonenden Pufferung von übersäuerten Böden und zur Langzeitversorgung mit Kalzium und Magnesium.

Huminsäuren bzw. deren Salze, wie beispielsweise Kalium- oder Natriumsalze, dienen als Wuchsstoffe und Bodenverbesserungsmittel für strukturschwache Böden bzw. austauscharme Böden. Huminsäure fördert die Tätigkeit der Bodenlebewesen einschließlich der Regenwürmer, ist frei von künstlichen Zusätzen, verbessert die Boden­ struktur direkt durch die Lockerung schwerer Böden und indirekt durch eine Begünstigung einer Erzeugung bakteriel­ ler Klebstoffe, wodurch Feinpartikel zu Krümeln verbunden werden, und erhöht außerdem ebenso wie die Kieselsäure die Wasserkapazität des Bodens durch direkte Bindung von Wasser an die organische Substanz oder indirekt durch Strukturverbesserung. Außerdem wird die Durchlüftung des Bodens verbessert, da eine gute Krümelstruktur größere Poren bedingt, so daß eine bessere Sauerstoffzufuhr zu den Wurzeln und ein problemloses Entweichen von Kohlen­ dioxid aus dem Wurzelraum möglich ist. Ferner sind Humin­ säure bzw. ihre Salze dazu in der Lage Nährstoffe an ihre Oberfläche in austauschbarer Form zu speichern, was vor allem für tonarme Böden wichtig ist. Außerdem sorgen Humin­ säure sowie die erwähnten Polykieselsäure durch ihre Wasserkapazität dafür, daß die Böden Trockenperioden ohne Schaden überdauern können.

Als Wuchsstoffe seien beispielsweise Kinetin(6-Furfuryl­ aminopurin) erwähnt. Diese Wuchsstoffe beheben Feinstoff­ wechselstörungen insbesondere bei Bäumen. Kinetin, das der Familie der Kinine angehört, ist eine der wichtigsten Schlüsselsubstanzen in der Zellbiologie der Pflanzen. Es ist thermisch stabil (F. 269 bis 271°C) und eignet sich daher sehr gut zur Herstellung der erfindungsgemäßen Granu­ late. Es fördert insbesondere auch die Feinbewurzelung von Bäumen sowie die Stecklingsbewurzelung, was bei der Durch­ führung von Wiederaufforstungsprogrammen von Bedeutung ist.

Kinetin kann insbesondere in Kombination mit Indolessig­ säure eingesetzt werden, die ein Wachstumsbeschleuniger ist, und fördert in dieser Kombination ein langsames, d. h. nicht zu schnelles, Wachstum und begünstigt die Stoffwechsel­ bedingungen, wodurch Nährstoffverluste und eine vorzeitige Erschöpfung der Nutzpflanzen, wie Bäume, verhindert wird.

Außerdem fördert Kinetin die Pflanzenzellteilung und ver­ hindert eine vorzeitige Alterung von Pflanzenteilen und verbessert die Verlagerung von Fotosyntheseprodukten aus den Blättern und Nadeln in die Reserveorgane.

Im allgemeinen genügen sehr geringe Mengen an Kinetin, um den Bäumen ohne Beschädigung langfristig ihre gesun­ de Wechselstoffunktion wieder zurückzugeben. Insbesondere wird diese Wirkung dann erzielt, wenn Kinetin in einem komplexen Verbund von Stoffen, wie Polykieselsäure und Zuckern eingelagert ist, sowie dies beim Einsatz der er­ findungsgemäßen Granulate möglich ist. Als Phosphate werden insbesondere Kaliumphosphat, vorzugsweise Tetrakalium­ pyrophosphat, eingesetzt, um die Böden mit den Nährele­ menten Kalium und Phosphor zu versorgen. Damit diese Elemente nicht aus dem Boden ausgewaschen werden und ihre Mobilität gebremst wird, ist es ebenfalls zweck­ mäßig, wenn diese Phosphate von der Polykieselsäure fest­ gehalten und nur langsam freigesetzt werden. Außerdem er­ leichtern die Phosphate die Verflüssigung der Sprühmasse und ermöglichen damit ein einfaches Aufsprühen auf die heißen porösen Teilchen.

Melasse, d. h. Zuckermelasse, enthält neben Betain, Dextrin, Milchsäure und Aminosäuren noch etwa 50% Zucker und ist daher außerordentlich stickstoffreich. Sie übt eine bio­ katalytische Funktion insbesondere im Zusammenhang mit Spurenelementen aus, wobei ferner die komplexierende Wir­ kung des Zuckers sowie seine gute Verträglichkeit mit Wasserglas und ihre Nährstoffunktion für niedere Tiere und Pilze zu erwähnen sind.

Als komplexierte Spurenelemente kommen insbesondere Kupfer, Eisen, Mangan, Magnesium, Zink, Kobalt, Bor und Molybdän in Frage, die in austauschbarer Form bei der Boden- und Blattapplikation zur Verfügung stehen. Als Komplexbildner kommen insbesondere Ethylendiamintetra­ essigsäure (EDTA) für diese Spurenelemente in Frage, deren Mobilität ebenfalls durch die in den erfindungsgemäßen Granulaten vorliegende Polykieselsäure gebremst werden kann, da auch die Spurenelemente nur langsam und in do­ sierter Form freigesetzt werden sollen. Spurenelemente sind deshalb wichtig, da sie in übersäuerten Böden durch Auswaschung verloren gegangen sind bzw. bei einer Kalkung von Böden unter Einsatz von beispielsweise Hüttenkalken, die einen hohen Kalziumoxidanteil aufweisen, immobilisiert werden und damit nicht mehr für die Pflanzen zur Verfügung stehen.

Eine weitere Komponente, die auf die erfindungsgemäß her­ gestellten Granulate aufgebracht werden kann, besteht aus gemeinsam ausgefällter Kieselsäure und Magnesiumcarbonat. Diese Stoffe üben neben dem Trocknungseffekt noch die weiter oben geschilderten Wirkungen aus und verhindern insbesondere ein Auswaschen der Wirk- und Nährstoffe.

Auf die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Granulate kann in noch feuchter Form auch eine Kombination aus zusätzlichen Wirkstoffen in Form eines Granulats auf­ gebracht werden. Beispielsweise kann man ein Gemisch aus Wasserglas, Huminsäure (oder deren Salzen), Melasse, Wuchsstoffen, beispielsweise Kinetin, und Kaliumphosphat nach einem Sprühverfahren zu einem festen rieselfähigen Granulat schonend verdampfen, worauf dieses Granulat auf die noch feuchten erfindungsgemäß hergestellten Granulate aufgebracht wird und sich nach dem Trocknen fest mit die­ sen verbindet.

Bezogen auf die porösen Teilchen, welche das Gerüst der erfindungsgemäßen Granulate bilden, werden diese zusätz­ lichen Substanzen vorzugsweise in folgenden Mengenbereichen eingesetzt:

1. Dolomit 35 bis 40 Gew.-%
2. Huminsäure 0,2 bis 0,3 Gew.-%
3. Wuchsstoffe 0,005 bis 0,007 Gew.-%
4. Phosphate 1,9 bis 2,5 Gew.-%
5. Melasse 0,8 bis 1 Gew.-%
6. komplexierte Spurenelemente 0,3 bis 0,4 Gew.-%
7. gemeinsam ausgefällte Kieselsäure 4,5 bis 7 Gew.-%
8. Magnesiumcarbonat 2 bis 3,5 Gew.-%.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Aus einem Ofen, in dem eine Expandierung bei einer Tempe­ ratur von 1000°C durchgeführt wurde, kommendes noch heißes (ca. 750°C) Perlite mit einer Körnung von 0,5 bis 3 mm wird in einer Menge von 350 kg in einem Zwangsmischer vorge­ legt, der mit einem Temperaturfühler versehen ist.

Auf dieses heißes Perlite wird unter schnellem Rühren mittels Sprühdüsen oder Rohrschlitzdruckberegnern eine konzentrierte Kaliumwasserglaslösung mit einem Feststoff­ anteil von 25 Gew.-% in einer Menge von 600 kg aufgesprüht.

Der bei der Koagulation und dem Abkühlen auftretende Was­ serdampf wird mittels Vakuum abgesaugt, so daß eine uner­ wünschte Kondensatrückführung verhindert wird.

Anschließend wird Dolomitmehl mit einer Teilchengröße von 0,005 mm bis 0,5 mm in einer Menge von 3000 kg unter kräftigem Rühren zugemischt, bis das Gemisch auf ca. 250 bis 265°C abgekühlt wird.

Anschließend wird unter langsamerem Rühren ein vorberei­ tetes Gemisch aus 200 kg Wasserglas, 15 kg Huminsäure, 90 kg Kaliumphosphat, 45 kg Melasse und 10 g Wuchsstoffen aufgesprüht, wodurch der Dolomit noch besser in das Granu­ lat eingebunden wird. Dieser Sprühgang wird erst dann gestartet, wenn eine Temperatur des Granulats von 260°C unterschritten worden ist.

Anschließend wird bei stehenden Rührwerk ein Gemisch aus 70 kg Magnesiumcarbonat und 45 kg Kieselsäure zugesetzt, worauf sich ein Zusatz von 12 kg mit Ethylendiamintetra­ essigsäure gebundener Spurenelemente (Mangan, Magnesium, Zink, Kobalt, Bor, Molybdän, Kupfer, Eisen) anschließt. Dann wird die Mischung langsam verrührt bei einer Tempe­ ratur von 100°C. Das erhaltene rieselfähige Produkt wird verpackt und in Mengen von 1,5 bis 3 Tonnen pro Hektar Bodenfläche ausgestreut und besitzt eine Wirkungsdauer von mindestens 10 Jahren.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines granulatförmigen Boden­ verbesserungsmittels durch Behandeln von Teilchen aus einem porösen Material mit einer Wasserglaslösung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man auf heiße Teilchen aus dem porösen Material die Wasserglaslösung aufsprüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als poröses Material ein anorganisches Material einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine konzentrierte Wasserglaslösung in einer Menge von 10 bis 22 Gew.-%, bezogen auf die Teilchen­ menge, aufsprüht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wasserglaslösung auf Teilchen einer Tempe­ ratur von 400 bis 750°C aufsprüht.

5. Verwendung des nach Anspruch 1 bis 4 hergestellten Bodenverbesserungsmittels zur Revitalisierung von umwelt­ geschädigten Böden, insbesondere von Waldböden.