DE69223136T2

DE69223136T2 - Lösliche Düngemittelzusammenstellungen

Info

Publication number: DE69223136T2
Application number: DE69223136T
Authority: DE
Inventors: Robert Allentown Pa 18104 Peters; Richard P. Emmaus Pa 18049 Vetanovetz
Original assignee: OMS Investments Inc
Current assignee: OMS Investments Inc
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2012-02-01
Also published as: CA2101554C; EP0771774A2; WO1992013813A2; DK0569513T3; GR3025373T3; CA2101554A1; ES2109345T3; CA2345952A1; CA2345952C; AU1354892A; WO1992013813A3; DE69223136D1; EP0569513A1; EP0569513B1; ATE160138T1; EP0771774A3; AU663306B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte feste Düngemittelzusammensetzun gen und insbesondere feste Düngemittelzusammensetzungen, die zur Herstellung wäßriger Dungemittellösungen für eine exakt berechnete Pflanzennahrungsaufhahme verwendbar sind.

Stand der Technik

In Gewächshäusern, Baumschulen und anderen intensiven Gartenbaubetrieben erzielt man die besten Ergebnisse, wenn die Makro- und Mikronährstoffe sorgfältig bemessen auf die wachsenden Pflanzen aufgebracht werden. Viele Erzeuger wählen zur Anwendung in Wasser lösliche Verbunddüngemittel hoher Qualität. Diese Düngemittel werden typischerweise als Feststoffe verkauft, die gelöst werden, wobei konzentrierte Werkstofflösungen hergestellt werden, die dann durch Verteil- oder Einspritzgeräte in Bewässerungsanlagen verdünnt werden.
Die Grace Sierra Horticultural Products Company verkauft unter dem Warenzeichen Peters Professional eine breite Vielfalt von in Wasser löslichen festen Verbunddüngemittelformulierungen. Diese Formulierungen lösen sich leicht und vollständig ohne einen Niederschlag. Es ist auch erwünscht, daß eine Düngemittelformulierung als Werkstofflösung eine gute Langzeitstabilität besitzt, damit kein Niederschlag gebildet wird, der die Verteilgeräte und Bewässerungsleitungen verstopfen kann. Bei den bisher erhältlichen, in Wasser löslichen Düngemittelformulierungen führte das zu Einschränkungen. Calcium ist ein wichtiger Nährstoff, der für viele Pflanzennährstofformulierungen nötig ist, aber Calciumsalze können nicht zusammen mit den üblichen Phosphorquellen - Monoammoniumphosphat und Diammoniumphosphat - verwendet werden, da die pH-Werte, die diese Phosphatquellen bereitstellen, zu hoch sind (nicht genug sauer sind), um eine genügende Löslichkeit für die Calciumionen zu bewirken und deshalb erhält man in der Werkstofflösung und in den Verteilgeräten eine Ausfällung der Calciumsalze.
Kaliumphosphat oder Natriumphosphat können als lösliche Phosphorquellen verwendet werden, aber sie sind entweder teuer oder für das Pflanzenwachstum nicht entscheidend. Phosphorsäure kann verwendet werden, aber sie ist flüssig und gefährlich zu handhaben. Deshalb wird ein Erzeuger, der sowohl mit Calcium als auch mit Phosphor düngen will, ohne auf die Verwendung eines Alkalimetallphosphates oder der flüssigen Phosphorsäure zurückzugreifen, diese beiden Elemente getrennt aufbringen.
Zweitens und ebenso wurde in weiten Kreisen die Verwendung von chelierten Spurennährstoffen (Mikronährstoffen) vorausgesetzt, um die Spurennährstoffe in den Werkstofflösungen, die auch die Monoammonium- und Diammoniumphosphate enthalten, in Lösung zu halten. Wenn nicht-chelierte Mikronährstoffe (wie einfache Nitrate oder Sulfate) mit den üblichen Phosphorquellen angewendet werden, neigen die Mikronährstoffe dazu, aus der Lösung auszufallen. Das bedeutet wiederum, daß die chelierten Mikronährstoffe die Kosten der Düngemittelformulierungen erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wendet Harnstoffphosphat in wasserlöslichen festen Düngemittelformulierungen an. Harnstoffphosphat ist ein bekanntes Material. Das Buch Urea and Urea Phosphate Fertilizers von Clifford W. Fowler (Noyes Data Corporation, Park Ridge, New Jersey, 1976) beschreibt auf Seite 23 ein Verfahren zur Herstellung des Materials und schlägt vor, es als Düngemittel zu verwenden. Das U.S. Patent Nr. 4,456,463 offenbart ebenso die Verwendung von Harnstoff-Phosphorsäure-Umsetzungsprodukten als flüssige Düngemittelkomponenten, die mit Ammoniak stabilisiert sind. Chemical Abstracts 106 (3) 101311q beschreibt eine flüssige Komponente zur Verwendung in Düngemitteln, die ein Harnstoffphosphatpolykondensationsprodukt enthält. Das wird gleichfalls in Chemical Abstracts 102 (9) 77486v beschrieben. Weitere Druckschriffen von Interesse schließen Chemical Abstracts 101 (23) 2094985 ein, die den biologischen Abbau von Harnstoff/Phosphat-Düngemitteln betrifft; Chemical Abstracts 101 (21) 19398k, die die Verwendung von Harnstoffphosphatdüngemitteln erörtert; Chemical Abstracts 88 (19) 35558a, die die Umsetzung von Phosphorsäure mit Harnstoff und mit Calciumsalzen beschreibt; und Chemical Abstracts 86 (11) 707839, die sich mit der Entwicklung von flüssigen Multikomponentendüngemitteln, die auf Kalium- und Ammoniumnitraten und Diphosphaten, Harnstoff, Wasser und Spurenelementen basieren, befaßt.
GB-A-2 072 644 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines stickstoffhaltigen Düngemittels, umfassend die Zugabe von Harnstoffphosphat unter Erhitzen zu einem Düngemittelnährstoff, der Calciumnitrat umfaßt. Dieses Verfahren wird in der Praxis bei einer Temperatur von 100 bis 130ºC durchgeführt. Durch die Hitzebehandlung wird polymerisiertes Harnstoffphosphat erzeugt.

Darlegung der Erfindung

Es wurde nun ein verbessertes festes Düngemittel getünden, das sich in Wasser vollständig löst, wobei eine Phosphor enthaltende Werkstofflösung erhalten wird. Die vorliegende Erfindung stellt ein festes komplexes Düngemittel zum Auflösen in Wasser bereit, wobei eine Phosphor und Calcium enthaltende wässrige Werkstofflösung erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das feste komplexe Düngemittel eine physikalische Mischung von 5 bis 95 Gew.-% Harnstoffphosphat als die Hauptphosphorquelle und 5 bis 95 Gew.-% eines einfachen Calciumsalzes enthält, und daß die durch das Lösen des Düngemittels in Wasser erhaltene Werkstofflösung niederschlagfrei ist.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein wassriges niederschlagfeies Düngemittelkonzentrat bereit, umfassend das feste komplexe Düngemittel, das in Wasser gelöst ist.
Die Konzentration des festen komplexen Düngemittels in dem Konzentrat beträgt vorzugsweise von etwa 2% bis etwa 40 Gew.-% der Lösung, stärker bevorzugt von etwa 5% bis etwa 35 Gew.-% der Lösung.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer stabilen wässrigen, Phosphor und Calcium enthaltenden Düngemittelwerkstofflösung bereit. Das Verfahren umfaßt
die Darstellung einer festen Verbunddüngemittelmischung von Harnstoffphosphat als Hauptphosphorkomponente und eines einfachen Calciumsalzes und das Mischen der Mischung in einem vorher bestimmten Verhältnis mit Wasser, wobei eine Konzentration der Mischung von 2 bis 40 Gew.-% erhalten wird, und die vollständige Auflösung der Mischung.
Das feste komplexe Düngemittel der Erfindung kann außerdem wenigstens ein nicht-cheliertes Mikronährstoffspurenmetallsalz, wie ein Nitrat- oder Sulfatsalz von Eisen, Magnesium, Kupfer, Bor, Zink und Molybdän enthalten.
Außerdem kann das feste komplexe Düngemittel Magnesium, vorzugsweise in Form von Magnesiumnitrat, enthalten.
Das Einbringen von Harnstoffphosphat in eine trocken hergestellte Mischung von Nährstoffquellen, die Calcium und gegebenenfalls Magnesium und/oder Spurenmetalle in nicht-chelierten Formen, wie Nitrate und/oder Sulfate, einschließen, bietet verschiedene Vorteile. Das Harnstoffphosphat stellt, zum Beispiel, einen tiefen pH-Wert her, wenn die hergestellte Mischung in Wasser eingetragen wird, wobei eine konzentrierte Werkstofflösung hergestellt wird. In der Werkstofflösung kann ein pH-Wert im Bereich von 0 bis 2 erreicht werden. Dieser niedrige pH-Wert der Lösung hält die Löslichkeit und die Klarheit der konzentrierten Werkstofflösung aufrecht. Das Harnstoffphosphat verhindert, durch seine Wirkung auf den pH-Wert der Lösung, die Bildung von Calciumphosphat, Magnesiumphosphat und Eisenphosphat, die nicht löslich sind. Der niedere pH hilft ebenfalls die Ausfällung von Calcium in Gegenwart von Sulfationen, die vorhanden sein können, zu verhindern. Wenn deshalb Harnstoffphosphat als Hauptphosphorquelle verwendet wird, wird es möglich, Phosphor und ein Metall, wie Calcium, Magnesium oder Eisen, ohne die Verwendung von Chelaten oder den Nachteil einer Niederschlagsbildung, in ein Verbunddüngemittel einzubringen. Das ermöglicht dem Anwender eine vollständige Nährstofflösung unter Verwendung einer Werkstofflösung und eines Spritzgeräts herzustellen und anzuwenden. Es ist auch möglich, nicht-chelierte Spurennährstoffe in Phosphor enthaltende Nährstofflösungen ohne Niederschlagsbildung einzubringen. Die Düngemittellösung besitzt ebenso, falls nötig, eine erhöhte Säurewirkung auf die wachsende Pflanze. Die Vorteile der Verwendung von Harnstoffphosphat als Hauptphosphorquelle in einem festen Verbunddüngemittel sind zusammengefaßt die folgenden:
a. Die Möglichkeit eine vollständige Nährstofflösung mit einer Werkstofflösung und einem Verteilgerät zu kaufen, herzustellen und anzuwenden.
b. Die Möglichkeit nicht-chelierte Mikronährstoffspurenelemente ohne Verminderung der Löslichkeit der Werkstofflösung, wie es bei der Verwendung üblicher trockener Phosphorquellen festgestellt wird, zu verwenden.
c. Die Möglichkeit saure Düngemittel zu formulieren, die als trockene feste Stoffe verkauft werden und die deshalb für den Anwender weniger gefährlich, als flüssige Materialien auf Basis von Phosphorsäure, sind.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Düngemittelzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind trockene feste Materialien. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, daß es fließende Feststoffteilchen mit einem Wassergehalt von weniger als etwa 10 Gew.-% der gesamten Zusammensetzung sind.
Die Düngemittelzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung enthalten Harnstoffphosphat (NH&sub2;- -NH&sub3;&spplus;H&sub2;PO&sub4;&supmin;) als trockene Feststoffteilchen. Die Menge des Harnstoffphosphats wird abhängig von dem Stickstoff- und Phosphorgehalt, der für die formulierte Zusammensetzung gewünscht wird, verschieden sein. Das Harnstoffphosphat wird typischerweise anstelle von Monoammoniumphosphat oder Diammoniumphosphat verwendet. Da Harnstoffphosphat zu der festen Düngemittelmischung sowohl Stickstoff als auch Phosphor in einem genauen stöchiometrischen Verhältnis einbringt, kann es nötig sein, zusätzliche Phosphorquellen oder Nitrate oder Harnstoff als zusätzliche Stickstoffquellen einzubringen, wobei das durch Harnstoffphosphat allein bereitgestellte Verhältnis verändert wird. Ein festes Produkt der Erfindung wird wenigstens etwa 5 Gew.-% (Gesamtfeststoffgehalt) Harnstoffphosphat enthalten, wobei es selbst etwa 2,5 Gew.-% Phosphor (als P&sub2;O&sub5; berechnet) und etwa 1 Gew.-% Stickstoff als N einbringen wird. Das feste Produkt kann bis zu etwa 95 Gew.-% Harnstoffphosphat enthalten, wobei es selbst etwa 43 Gew.-% Phosphor als P&sub2;O&sub5; und etwa 17 Gew.-% Stickstoff als N einbringt. Ein höherer Gehalt an P oder N kann durch Zugabe von Phosphorquellen oder von verschiedenen Stickstoffquellen, wie Harnstoff oder Ammoniumnitrat, erzielt werden. Der Bereich von Materialien, der in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt, umfaßt Phosphorgehaltswerte (als P&sub2;O&sub5;-Gew.-%) von etwa 2,5% bis 44%, Stickstoffgehaltswerte (als Gew.-% N) von 1% bis 40% und Kahumwerte (als Gew.-% K&sub2;O) von 0% bis 35%. Innerhalb dieser Formulierungsbereiche und Parameter ist es wünschenswert, daß Harnstoffphosphat in den vorliegenden festen Düngemitteln die wichtigste oder die hauptsächliche Quelle von Phosphor darstellt. Der Ausdruck "die wichtigste" oder "die hauptsächliche" Quelle bedeutet, daß Harnstoffphosphat zu wenigstens etwa 50% und vorzugsweise zu wenigstens etwa 95% und insbesondere im wesentlichen zu 100% des in diesen Produkten vorhandenen Phosphors beiträgt. In den Fällen, in denen Harnstoffphosphat nicht allein als Phosphorquelle vorliegt, können andere Phosphate, wie Kaliumphosphat und Ammoniumphosphat den Rest bedeuten.
Wie vorstehend erwähnt, umfaßt das feste komplexe Düngemittel außer Harnstoffphosphat 5 bis 95 Gew.-% eines einfachen Calciumsalzes, besonders ein Nitrat oder ein Sulfat.
Außerdem kann das feste komplexe Düngemittel der Erfindung wenigstens ein nicht-cheliertes Mikronährstoffspurenmetall, wie Magnesium, Eisen, Mangan, Kupfer, Bor, Zink oder Molybdän, enthalten. Die Konzentrationsbereiche für diese Materialien werden nachstehend angegeben:
Es ist wichtig, daß die Materialien nicht als Chelate, wie EDTA oder ähnliche, sondem im Gegenteil als einfache Salze, besonders Nitrate oder Sulfate, bereitgestellt werden. Das Bor kann als Borsäure bereitgestellt werden. Molybdän kann als Alkalimetall- oder Ammoniummolybdat bereitgestellt werden. Das Magnesium kann als Magnesiumnitrat vorliegen, wobei es häufig in höherer Konzentration vorliegt, als es typischerweise unter dem Ausdruck "Spurenelemente" verstanden wird. Das bedeutet, daß die nachstehenden typischen Materialien in den Produkten mit den geringsten Bedenken hinsichtlich einer Niederschlagsbildung oder dergleichen verwendet werden können: Magnesiumnitrat, Eisen(II)- sulfat, Eisen(II)-nitrat, Mangansulfat, Mangannitrat, Kupfer(II)-sulfat, Kupfer(II)-nitrat, Borsäure, Zinksulfat, Zinknitrat, Natriummolybdat, Ammoniummolybdat und dergleichen. Außerdem können die festen Produkte, falls gewünscht, zusätzliche Materialien, wie Additive, enthalten.
Diese Materialien werden als Feststoffe oft mit geringen Mengen Wasser, zur Hydratisierung, und dergleichen gemischt, wobei diese Zusätze eingemischt werden, um die Erzeugung eines homogenen Produkts zu ermöglichen. Die erhaltenen Produkte sind trockene Feststoffe, in der Form, wie dieser Ausdruck hier definiert wurde. Sie können unverpackt oder in vorher abgewogenen Einheiten, die zur Erzeugung eines Standardvolumens der Werkstoffiösung geeignet sind, verkauft werden. Es ist in jedem Fall oft vorteilhaft, die Materialien in wasserbeständigen Verpackungen zu vertreiben, um ein Zusammenbacken und die Klumpenbildung möglichst gering zu halten. Es kann gleichfalls von Vorteil sein, lösliche inaktive Stoffe, wie Farbstoffe, oder Stoffe, die die Dispersion fördern, das Zusammenbacken vermindern oder dergleichen einzubringen.
Aus den festen Produkten der vorliegenden Erfindung werden durch Auflösung in Wasser Werkstofflösungen erzeugt. Das Auflösen sollte in einer sauberen Anlage, üblicherweise unter leichtem Rühren, durchgeführt werden. Die Werkstoffiösung enthält üblicherweise etwa 0,5 bis etwa 5 lbs/Gallone gelösten Feststoff (das bedeutet, etwa 2% bis etwa 40 Gew.-% gelösten Feststoft). Vorzugsweise enthält die Werkstofflösung etwa 5% bis etwa 35 Gew.-% gelösten Feststoff Diese Werkstoffiösung wird zur Anwendung auf die Pflanzen auf das 10- bis 200-fache verdünnt. Auf diese Weise erhält man Endkonzentrationen, die für Stickstoff im Bereich von etwa 25 ppm bis etwa 450 ppm liegen, und die anderen Närhstoffe sind in einer entsprechenden Menge gestaffelt vorhanden.
Die Materialien der vorliegenden Erfindung werden außerdem unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele beschrieben. Die Beispiele werden zur Veranschaulichung der Praxis der Erfindung und nicht zur Einschränkung des Schutzbereichs, der durch die beigeffigten Ansprüche definiert ist, bereitgestellt.

Beispiele

Unter Verwendung von verschiedenen Kombinationen von Nährstoffquellen wurden acht Paare von Werkstofflösungen hergestellt, und die Ergebnisse waren, abhängig von der Phosphatquelle, verschieden. Die Nahrstoffquellen schlossen Materialien ein, die üblicherweise zur Herstellung von in Wasser löslichen Düngemitteln verwendet werden. Die am häufigsten verwendete Phosphorquelle ist Monoammoniumphosphat (MM)), die mit Harnstoffphosphat (UP) verglichen wurde, wobei die Unterschiede in ihren Wirkungen beim Aufrechterhalten der Löslichkeit aller Komponenten der verschiedenen Verbunddüngemittelmischungen bestimmt wurden. Bei jedem Versuchspaar lag eine Mischung auf Basis von UP und die andere auf Basis von MM) vor. In den Materialien auf Basis von MAP traten innerhalb der ersten 24 Stunden und nach 30 Tagen einige Niederschläge auf, die Angaben sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Schlußfolgerung

Die Ergebnisse zeigen, daß bei Verwendung von Monoammoniumphosphat (MM)) in Mischungen mit Calciumnitrat, Magnesiumnitrat, Eisen(II)-sulfat, Mangansulfat, Kupfersulfat und Zinksulfat die Löslichkeit dieser Komponenten in Lösung nicht aufrechterhalten wird. Das steht im Gegensatz zur Verwendung von Harnstoffphosphat (UP), das die Löslichkeit dieser in der Lösung enthaltenden wasserlöslichen Nährstoffquellen aufrecht erhält. Die Angaben zeigen, daß die Verwendung von UP es ermöglicht, daß Calciumnitrat, Mangesiumnitrat und/oder Metallsulfate in klaren, konzentrierten Werkstofflösungen vorliegen. Das ist ein Ergebnis, das MM) als Phosphorquelle nicht bereitstellen kann. Tabelle 1 Wirkung von UP zur Verhinderung eines Niederschlags, verglichen mit MAP, beim Mischen mit Ca(NO&sub3;)&sub2;, Mg(NO&sub3;)&sub2; und/oder Metallsulfaten Tabelle 1 (Fortsetzung)
* 1 g UP wurde zu Ca(NO&sub3;)&sub2; zugegeben, wobei Ca(NO&sub3;)&sub2; mit 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 und 1000 g pro Liter zu der Lösung zugegeben war und es erfolgte in keiner der Lösungen eine Ausfällung.
Die Ergebnisse zeigen, daß man feste Verbunddüngemittel bereitstellen kann, die erfolgreich zu stabilen Werkstofflösungen mit den nachstehenden Gewichtszusammensetzungen bereitet werden können:

A. Calcium/Phosphor-Verbunddüngemittel

Calciumnitrat 5 bis 95%
Harnstoffphosphat 5 bis 95%
Andere Düngemittelmaterialien 0 bis 75%

B. Calcium/Phosphor-Mikronährstoff-Verbunddüngemittel

Calciumnitrat 5 bis 94%
Harnstoffphosphat 5 bis 94%
Spurenmetallsulfate und 0,1 bis 50% (vorzugsweise 1 bis 40%
Nitrate, und insbesondere 2 bis 40%)
einschließlich FESO&sub4;
MNSO&sub4;
ZNSO&sub4;
CUSO&sub4;
Andere Düngemittelmaterialien, 0 bis 75%
einschließlich Magnesiumnitrat

Claims

1. Festes komplexes Düngemittel zur Lösung in Wasser zum Erhalten einer Phosphor und Calcium enthaltenden wässrigen Werkstofflösung, dadurch gekennzeichnet, dass das feste komplexe Düngemittel eine physikalische Mischung von 5 bis 95 Gew.% von Hamstoffphosphat als die Hauptphosp- horquelle und

5 bis 95 Gew.% eines einfachen Calciumsalzes enthält, und dass die durch das Lösen des Düngemittels in Wasser erhaltene Werkstoff lösung niederschlagfrei ist.

2. Festes komplexes Düngemittel gemäss Anspruch 1, das zusätzlich mindestens ein nicht-cheliertes Mikronährstoff Spurenmetallsalz enthält.

3. Festes komplexes Düngemittel gemäss Anspruch 2, wobei das nicht-chelierte Spurenmetallsalz in einer Menge bis zum 50 Gew.% des totalen komplexen Düngemittels vorhanden ist.

4. Festes komplexes Düngemittel gemass irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, das

5 bis 94 Gewc% von Harnstoffphosphat,

5 bis 94 Gewc% von Calciumnitrat, und

0,1 bis 50 Gew.% des nicht-chelierten Mikronährstoff Spurenmetallsalzes

enthält.

5. Festes komplexes Düngemittel gemäss Ansprüche 2, 3, 4, wobei das nicht-chelierte Mikronährstoff Spurenmetallsalz ein Suiphat oder Nitrat aus Eisen, Kupfer, Mangan oder Zink enthält.

6. Festes komplexes Düngemittel gemäss Anspruch 4 oder 5, das zusätzlich Magnesiumnitrat enthält.

7. Wässriges, niederschlagfreies Düngemittelkonzentrat, das wassergelöstes festes komplexes Düngemittel gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.

8. Wässriges, niederschlagfreies Düngemittelkonzentrat gemäss Anspruch 7, wobei das feste komplexe Düngemittel von etwa 2 Gew.% bis etwa 40 Gew.% der Lösung ist.

9. Wässriges, niederlschlagfreies Düngemittelkonzentrat gemäss Anspruch 8, wobei das feste komplexe Düngemittel von etwa 5 Gew.% bis etwa 35 Gew.% der Lösung ist.