JP2002003287A - 緩効性ガラス質肥料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 食品工場が排出する食品加工後の残滓の焼却
灰を有効利用するために、焼却灰の無機質成分をガラス
化し、植物に吸収されやすい状態とされた緩効性ガラス
質肥料を提供する。 【解決手段】 食品加工後の残滓の焼却灰と出発原料と
し、重量比でＰ_２Ｏ_５＝１５〜４０％、Ｋ_２Ｏ＝８〜１
５％、ＭｇＯ=５〜２５％、ＣａＯ=５〜３５％、ＳｉＯ
_２＝５〜３５％、又、Ｐ_２Ｏ_５≧ＣａＯで且つＣａＯ＋
ＭｇＯ＝２５〜５０％からなる組成を主成分として、Ｆ
ｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｂ _２Ｏ_３の一部
又は全部でその合計量が３％以下含有するガラス質組成
物から成る緩効性ガラス質肥料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リン及びカリの２
成分を含有するガラス質組成物を主体とする緩効性ガラ
ス質肥料及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の緩効性肥料には、熔成リン肥料に
代表されるガラス質肥料と燐酸のマグネシウム塩、或い
はカルシウム塩或いはカリウム珪酸塩等の溶解度の低い
結晶性物質を利用した肥料とがある。このうち、ガラス
質肥料である熔成リン肥料は、リン鉱石を出発原料とし
て、これに溶融助剤として蛇紋岩等を加え溶融、ガラス
化、急冷して作られる。組成は一般的にはＰ_２Ｏ_５＝１
７〜２５ｗｔ％、ＣａＯ＝２５〜３５ｗｔ％、ＭｇＯ＝
１４〜１９ｗｔ％、ＳｉＯ_２=１６〜２６wt％である。

【０００３】また、微量成分としてＭｎＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３
を加えたＢＭようりんと称する緩効性ガラス状肥料もあ
る。上記はリン成分を対象とした緩効性肥料でありカリ
を含んでいない。カリを対象とした緩効性肥料には、珪
酸カリウム肥料がある。これはフライアッシュにカリウ
ム塩（水酸化カリウム、炭酸カリウム）と水酸化マグネ
シウムとを混合造粒後焼成して、一部ガラス状としたも
のである。クエン酸可溶性Ｋ_２Ｏが２０wt％以上含まれ
るがリンを含まない。

【０００４】また、熔成カリリン肥と言われるリン、カ
リ両者を含む緩効性ガラス質肥料がある。特公昭３０−
３７０はリン鉱石と蛇紋岩とカリ石英粗面岩または珪石
と硫酸カリとを混合加熱溶融し水で急冷して製造される
もので、りん酸１モルに対し０．３〜２．０モルのク溶
性（クエン酸可溶性：一般には、２ｗｔ％クエン酸水溶
液に可溶であること）カリ量としている。即ち重量比に
換算してＫ_２Ｏ／Ｐ_２Ｏ_５＝２０〜１３５％を含有して
いる。また公開公報 昭６３−２７７５８７は、リン鉱
石と苦土珪酸源および諸種鉱さいさらにカリウム原料を
加えて溶融、ガラス化して肥料とする方法が開示されて
いる。

【０００５】上記はリン源としてリン鉱石を扱ったもの
であるが、りん酸或いはりん酸化合物等の工業原料を出
発原料としたものの例として、特開平６−１２２５８４
が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の技術のう
ち、リン、カリ両者を含む熔成カリリン肥は、リン鉱石
を出発原料に使用するため、ガラスを得るための溶融温
度が１４００℃以上の高温を必要とし、かつ成形時、ガ
ラス中からの結晶晶出が非常に発生し易いために、厳密
な製造管理が必要とされる。一旦結晶が晶出すると緩効
性肥料に必要な弱酸溶解性が損なわれる。

【０００７】結晶が晶出しやすい原因は、リン鉱石に必
然的に含まれるＣａＯがＰ_２Ｏ_５含有量に比して過大な
事に起因している。本出願ではこの事を考慮してガラス
化を容易にするためのＣａＯ／Ｐ_２Ｏ_５比率を明らかに
する事を課題とした。

【０００８】また、リン、カリ源に工業原料を使用した
例としての特開平６−１２２５８４はＫ_２Ｏ＝１５〜６
０重量％を含み、ガラス溶解時の耐火物容器の侵食損傷
が著しく、生成した肥料の水への溶出量は３０〜１００
％／２４ｈｒと水への溶解性を示し、本件課題の難水性
且つ弱酸可溶性の緩効性目的から外れる。これはＫ_２Ｏ
量の過多によると考えられる。他の成分比との関係もあ
るがＫ_２Ｏ＝１５重量％以下で緩効性の組成域を見出す
事が課題となる。

【０００９】本発明の課題は、リン、カリその他無機質
成分が植物に吸収されやすい形態に加工する経済的技術
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】本発明
は、主にＰ_２Ｏ_５、Ｋ_２Ｏ両者を主成分として含有し、
かつ水には難溶でありながら弱酸には可溶性を示す特性
を利用していわゆる緩効性ガラス質肥料を提供するもの
である。また、本発明はその出発原料として、穀物・果
実等の食品加工残滓を焼却した焼却灰を利用する事も可
能とした産業廃棄物再利用の経済効果をもたらす点で有
効な提案である。

【００１１】この発明は、ガラスの持つ化学的性質の制
御技術、ここでは水には難溶で、かつ弱酸には可溶性を
示す性質をガラス組成との関連で発現する技術を開発す
ることにより、緩効性リン、カリ含有ガラス質肥料を提
供するものである。

【００１２】この発明は、上記の課題を解決するため、
植物の基本栄養素の中、リン、カリの２栄養素を主成分
とする。そのガラス組成は重量比でＰ_２Ｏ_５＝１５〜４
０％、Ｋ_２Ｏ＝８〜１５％、ＭｇＯ=５〜２５％、Ｃａ
Ｏ=５〜３５％、ＳｉＯ_２＝５〜３５％、かつＰ_２Ｏ_５
≧ＣａＯで且つＣａＯ＋ＭｇＯ＝２５〜５０％からな
る。

【００１３】また、植物の微量必須成分であるＦｅ_２Ｏ
_３、ＭｎＯ_２、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｂ _２Ｏ_３の一部または
全部をその合計量を重量比で３％以下まで前記ガラスに
含有させる事ができる。Ｐ_２Ｏ_５は、１５％以下では緩
効性肥料成分としては不足するばかりでなく、ガラス化
の為にＳｉＯ_２を３５％以上必要とし、水、酸に難溶性
の材料となり肥料として適さない。また４０％以上では
耐水性が損なわれ、水溶液のｐＨは５．０以下の酸性溶
液となるため植物栽培に適さない。

【００１４】Ｋ_２Ｏは８％以下では肥料成分として不足
するばかりでなく、溶融温度を上昇させ不経済である。
また、１５％以上では耐水性を損なう事に加え、ガラス
溶融時の耐火物を激しく侵食し、製造条件が不安定とな
り好ましくない。

【００１５】ＭｇＯはこの系の組成物のガラス化に極め
て良好なガラス化促進剤となる。５％以下ではそのガラ
ス化の効果を発現しない。また３５％を超えて含有する
とＭｇＯの未溶解物が生成されガラス化が妨げられる。

【００１６】ＣａＯはガラスの化学的性質の向上に必要
な必須成分であるが、本件発明のＰ _２Ｏ_５を主成分とす
る組成系ではりん酸カルシウム結晶を生成しやすく、ガ
ラス化の阻害因子として作用する傾向が強い。そのた
め、ＣａＯはＰ_２Ｏ_５量より少ないことが好ましい。こ
の関係において広いガラス化範囲、即ち安定した製造条
件が得られることとなった。ＣａＯは５％以下では耐水
性改善に効果がなく、３５％以上ではガラス冷却時の結
晶析出が著しく、酸不溶性のりん酸カルシウムが形成さ
れる。

【００１７】ＳｉＯ_２はＰ_２Ｏ_５と合せてガラス形成の
骨格を構成する。５％以下ではガラスを形成するには不
足する。また、３５％以上ではガラス溶融時に未溶解物
を形成し好ましくない。

【００１８】また、アルカリ土類成分のＭｇＯとＣａＯ
とは、各成分単独では、例えばＣａＯ単独の使用ではガ
ラス化が困難であり、ＭｇＯ単独の使用ではガラス化は
得やすいが、耐化学性が低下するため両者の併用が好ま
しい。このとき、ＭｇＯとＣａＯとの合計量が２５〜５
０％であることが肥料用途目的のガラス特性に適してい
る。

【００１９】上記組成範囲の組成を有するガラス溶融に
際し、その原料調合時に、Ｆｅ_２Ｏ _３、ＭｎＯ_２、Ｃｕ
Ｏ、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３の一部または全部をその合計量を
重量比で３％以下まで添加が可能である。これらの成分
は植物の微量必須成分であり、ガラスが弱酸に溶解する
割合に応じてこれらの微量成分もまた溶出する。したが
って、リン、カリ等の主成分に加えてこれらの微量成分
も同様の肥効を示すことが期待される。３％を超えると
ガラス溶解時に未融解物の発生があり、操業が困難とな
るので好ましくない。

【００２０】一般に植物の根からはクエン酸が出てい
て、例えばそのクエン酸に溶けることに寄与するもの、
これが組成全体でどの程度含まれているかが重要と言え
る。また、珪砂（ＳｉＯ_２）は、溶ける速度を調整す
る。珪砂を多くすると溶解性が悪くなって水にも溶けが
悪くなり、少なくすると溶けやすくなる。

【００２１】ＳｉＯ_２（珪砂）はガラスの骨格、アルカ
リは骨格に付属している成分ゆえ、分解してガラス構造
から抜け出やすい。本発明の製造に際しては、代表的に
は、とうもろこしかす等の焼却灰と珪砂等を加熱してガ
ラス化溶融状態とし、これを水の中に流し込んで急冷し
破砕する（水砕）。球又は不規則な細片状の固体とな
り、これを粉砕する等により、粉状・粒状・球体・塊状
・板状・管状等、ガラス質肥料の形状ないし性状は自由
に調整できる。

【００２２】焼却灰の成分は植物がその生育に必要な無
機成分を土壌から吸収したものであるから、これらの成
分を再度土壌に還元し、肥料とすることは有効である。
しかし、焼却灰単独では土壌に還元されない形態となっ
ている。それは水、酸に対し安定な結晶形態に変質して
いるからである。例えばリン酸カルシウム結晶でもリン
鉱石のようにアパタイト構造をなす結晶は水、酸に安定
であり、肥料になりえない。植物は土中の根からクエン
酸（ｐＨ≒２）を分泌し、この酸に溶解する無機成分を
吸収する。したがって、焼却灰をクエン酸に可溶な形に
加工すれば肥料になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を実
施例を参照して説明する。 （実施例１）表１に示す組成となるよう原料を調合、混
合したバッチを粘土質ルツボに入れ炭化ケイ素質発熱体
電気炉中で加熱し、１３５０℃に１ｈｒ保持した後、ル
ツボを取り出し、溶融物を黒鉛板上に流し出し、放冷し
てガラス試料を得た。ガラス原料は、リン酸アンモン、
リン酸一カリウム、消石灰、マグネシア、珪石粉を用い
たが、これらに限定されるものではない。

【００２４】次にこのガラス試料の耐化学性を試験し
た。 １．耐水性試験 ガラス試料の一部を振動ミルにて粉砕し、４２５〜６０
０μm径の粒度を得た。この粉末０．５ｇを１００ｍｌ
のビーカー中で蒸留水５０ｍｌに浸漬し、２０℃の恒温
室内に静置した。これを２４ｈｒ後に取出し、減量率を
測定した。結果を表１に示す。

【００２５】２．耐酸性試験 耐水性試験において、蒸留水の代わりに２ｗｔ％クエン
酸（ｐＨ≒２）水溶液を用いた以外は同様の方法であ
る。結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】No.１〜５は目標特性を得られた例であ
り、No.６はＰ_２Ｏ_５があり溶融物はガラス化したが、
ＳｉＯ_２を無添加のため耐水、耐酸性が悪い例である。
No.７はＰ_２Ｏ_５＋ＳｉＯ_２合計量が過少のためガラス
化せず耐水性も改善されない例である。そしてNo.８は
ＭｇＯが過多となりガラス化しない例である。なお、ガ
ラス溶融に使用した原料は、リン酸カルシウム、リン酸
アンモン、炭酸カリウム、りん酸カリウム、珪砂、マグ
ネシア、消石灰、酸化鉄である。

【００２８】（実施例２）グレインウイスキー製造工程
で発生するウイスキー粕（例えば、バーボンウイスキー
の場合は、とうもろこし粕）は、多くの場合家畜肥料と
して利用されるが、産業廃棄物として焼却処理される場
合もある。このとき発生する焼却灰は植物に有効な無機
成分を多量に含んでいる。その代表組成を表２に示す。
以下、上記ウイスキー粕（とうもろこし粕等）を焼却し
たものを焼却灰と記す。

【００２９】

【表２】

【００３０】この焼却灰は、これ自体ではガラス化しな
い。ＳｉＯ_２量を補正する事によりガラス化が可能とな
る。即ち、焼却灰８０部と珪砂２０部とを混合、調合バ
ッチとして実施例１と同様の方法で溶融、成形した。得
られたガラス肥料の組成分析結果を表３に示す。また、
焼却灰を原料としたガラスの耐化学性を表４に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】これらの特性測定結果から焼却灰を利用し
たガラスは、市販熔りんに類似した特性であり、緩効性
肥料として扱うことができる。

【００３４】ＳｉＯ_２以外の成分は焼却灰に由来するも
のである。Ｐ_２Ｏ_５は市販熔成リン肥と同程度の含有量
である。更に植物の三大栄養素の一つであるＫ（カリウ
ム）が２３％含まれ、市販熔成リン肥にはない特徴とな
っている。また重金属としてＦｅの他にその他成分にＣ
ｕ、Ｍｎが含まれ植物の生育に格好の成分比になってい
る。これは元々とうもろこしが土壌から吸収した無機質
成分に他ならない。

【００３５】

【発明の効果】本発明の緩効性ガラス肥料は、肥料３要
素の内のリン、カリ２要素を含み、かつ植物栄養素とし
てのＭｇ、Ｃａ、Ｓｉを多量に含む点、さらにＢ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｚｎなどの微量必須成分の酸化物を重量比で
３％以下まで含有され得る特徴を有し、例えば、とうも
ろこし加工後の焼却灰を利用して、経済的に生産可能と
した点で有効な発明である。

【００３６】より具体的な実施の形態を即して言えば、 （１）焼却灰を有効に活用した資源再利用の技術開発で
ある。 （２）りん鉱石を出発原料とする熔成りん肥と比較し
て、溶融温度が熔成りん肥の１４５０℃に対し本件は１
３００℃と低く、経済的に有利である。 （３）りん鉱石は必然的に含まれるＦ（ふっ素）が融解
中に揮散するため、回収処理等の公害対策を要するが、
本件は不要である。 （４）従来の熔成りん肥には含まれない（Ｋ）カリウム
を多量に含むので、補充配合等を要しない。 （５）他の肥料と混合使用等の配合肥料とすることも可
能である。 （６）以上、本発明は増大する産廃物の有効利用の方策
として、また枯渇する資源保護の観点からも有効な発明
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０５Ｄ 1:00 Ｃ０５Ｄ 5:00 3:02 9:00） 5:00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ 9:00） ３０３Ｌ Ｆターム(参考） 4D004 AA36 BA04 CA04 CA29 CB13 CB31 DA02 DA03 DA10 DA11 4H061 AA01 AA02 BB21 BB56 CC02 CC12 CC17 CC21 CC24 CC42 CC60 EE11 EE15 EE17 FF07 FF08 FF10 FF11 GG05 GG18 GG70 HH03 LL25

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比でＰ_２Ｏ_５＝１５〜４０％、Ｋ_２
   Ｏ＝８〜１５％、ＭｇＯ=５〜２５％、ＣａＯ=５〜３５
   ％、ＳｉＯ_２＝５〜３５％、かつＰ_２Ｏ_５≧ＣａＯで且
   つＣａＯ＋ＭｇＯ＝２５〜５０％からなる組成を有する
   ガラス質組成物を主体とする緩効性ガラス質肥料。
2. 【請求項２】 請求項１において、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ
   _２、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｂ_２Ｏ_３の一部または全部でその
   合計量を重量比で３％以下含有するガラス質組成物を主
   体とする緩効性ガラス質肥料。
3. 【請求項３】 請求項１及び２記載のガラス質組成物の
   緩効性ガラス質肥料の製造に際し、穀物・果実その他の
   食物の食品加工後の残滓の焼却灰を原料の１つとするガ
   ラス質組成物を主体とする緩効性ガラス質肥料。
4. 【請求項４】 請求項３においてとうもろこしの食品加
   工残滓の焼却灰を原料の一部とするガラス質組成物を主
   体とする緩効性ガラス質肥料。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   その形態が粉体、粒体、球体、塊状体、板状、管状であ
   るガラス質組成物を主体とする緩効性ガラス質肥料。
6. 【請求項６】 穀物・果実その他の食物の食品加工処理
   された後の加工残滓の焼却灰と珪砂等のガラス成分とを
   加熱溶融し、その溶融物を水砕等により固化して粒状・
   紛状又は細片状とすることを特徴とするガラス質組成物
   を主体とする緩効性ガラス質肥料の製造方法。
7. 【請求項７】 前記穀物・果実その他の食物の食品加工
   処理された後の加工残滓の焼却灰は、とうもろこしか
   す、大豆かす、柑橘類の絞りかす、落花生外皮、もみ殻
   の１種又は２種以上を含む請求項６記載のガラス質組成
   物を主体とする緩効性ガラス質肥料の製造方法。