JP3595820B2 - 緩効性肥料の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、緩効性肥料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ ）肥料は、工業的にはリン酸一アンモニウムまたはリン酸およびアンモニアと、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウムなど塩基性マグネシウム化合物との反応によって、製造されている。このとき、次式にしたがって、反応温度が７５℃以上では１水塩が、７０℃以下では６水塩が、７０〜７５℃では両者が生成する。
ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４ ＋ Ｍｇ（ＯＨ）_２ → ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・Ｈ_２Ｏ ＋ Ｈ_２Ｏ
ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４ ＋ Ｍｇ（ＯＨ）_２ ＋ ４Ｈ_２Ｏ → ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・６Ｈ_２Ｏ
【０００３】
リン酸マグネシウムアンモニウムは水に難溶性で、２５℃における溶解度は、水１００ｍｌに対して、１水塩で０．０１４ｇ、６水塩で０．０１６ｇであるため、緩効性で肥焼けしない無機肥料として認められている。肥料成分濃度、熱安定性からは１水塩が実用的である。
【０００４】
リン酸マグネシウムアンモニウム肥料は、リン酸をアンモニアで中和して得た粉末状またはスラリー状のリン酸一アンモニウムに、粉末状の水酸化マグネシウム等を混合して反応させて粒状化する方法で製造される。通常は、さらに塩化カリウムなどのカリ肥料、硫安などの窒素肥料を混合して、粒状化されている。このようなスラリー式化成法または配合式化成法は、反応を完全に行うことが困難で、得られる肥料の緩効性が十分ではない。
【０００５】
その原因として、次のようなことが挙げられる。
（１）リン酸一アンモニウムまたはリン酸に不純物として含まれるフッ素（Ｆ／Ｐ_２ Ｏ_５ 重量比＝０．０５〜０．１２）により反応が妨げられ、また反応してもＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ ではなくＮＨ_４ ^＋イオンを含まない非晶質の別の化合物が生成する。
（２）リン酸一アンモニウム中のフッ素の濃度が高い場合には、造粒工程で著しい粘度上昇が起こり生産が困難になるので、ＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ の含有率を犠牲にして、造粒水分を少なくすることによりリン酸一アンモニウムと水酸化マグネシウムとの反応を抑制する必要がある。
（３）逆にフッ素濃度が低い場合には、造粒性が低下し、多量の造粒水または造粒促進剤を必要とする。
（４）７０℃以下の温度で造粒することにより、フッ素の影響を排除できるが、６水塩が生成する。この６水塩は、乾燥時に非晶化して緩効性を失いやすい。
（５）従来の造粒法では、原料が均一に混合しにくく、プロセス上限界がある。
【０００６】
一方、近年になって、地球的規模での環境汚染が問題化しており、農業においても環境保護が叫ばれ「環境にやさしい」肥料が求められている。リン酸マグネシウムアンモニウム肥料は、緩効性で、肥料成分しか含まれないので、その目的に最適な肥料といえる。しかし、肥料の３要素のうち、窒素、リンを含むものの、カリを含んでいない。ＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ に、結晶的にも化学的にも性質の似ているリン酸マグネシウムカリウム（ＭｇＫＰＯ_４ ）を混合すれば、肥料の３要素を含み、植物に不必要な成分を含まない、しかも緩効性の肥料が得られる。
【０００７】
リン酸マグネシウムカリウムは、ＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ と同様の反応で、リン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との反応によって得られる。やはり、反応温度が７５℃を境として、１水塩と６水塩が得られ、肥料としては１水塩が実用的である。リン酸マグネシウムカリウム肥料は、製造上、リン酸マグネシウムアンモニウム肥料と同様な問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、実質的にリン酸マグネシウムアンモニウムまたはリン酸マグネシウムカリウムのみからなる、緩効性の肥料を、効率的に製造することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リン酸一アンモニウムおよび／またはリン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物を容器中で撹拌熟成して、原料に対応するリン酸マグネシウムアンモニウムおよび／またはリン酸マグネシウムカリウムの粉状物を得る緩効性肥料の製造方法、並びに、上記粉砕物に水を加えて混練造粒し乾燥することにより、原料に対応するリン酸マグネシウムアンモニウムおよび／またはリン酸マグネシウムカリウムの粒状物を得る緩効性肥料の製造方法を提供する。
【００１０】
リン酸一アンモニウムまたはリン酸一カリウムとしては、無水塩または含水塩の粉末状または粒状のものを使用できる。特に、リン酸一アンモニウムおよびリン酸一カリウムを併用するときは、肥料の三成分をすべて含む肥料が得られるので好ましい。リン酸一アンモニウムは、実質的にＮＨ_４ Ｈ_２ ＰＯ_４ 成分からなるものであれば、他に１０重量％以下程度の不純物を含んでもよい。ＮＨ_４ ^＋／ＰＯ _４ ^３− のモル比が１〜１．２程度の肥料用リン酸一アンモニウムなども使用できる。リン酸一カリウムについても同様である。
【００１１】
塩基性マグネシウム化合物としては、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム等が使用できる。
【００１２】
本発明においては、まず、リン酸一アンモニウムまたはリン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物を（ＮＨ_４ ^＋＋Ｋ^＋ ）／Ｍｇ^２＋のモル比が１．０に近くなるように混合機に仕込み、混合する。上記モル比は、０．９５〜１．０５の範囲にあることが好ましく、この範囲を逸脱する場合は、目的の化合物が得られず、肥料に緩効性を付与することが困難になるので好ましくない。
【００１３】
このとき、リン酸一アンモニウムまたはリン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との合計量に対して、０．５〜１０重量％の水を混合する必要がある。この水の量には、原料中に同伴水を含む場合は、それも含まれる。より好ましい水の混合量は、２〜５重量％である。
【００１４】
この混合物は、次に、粒子径２００μｍ以下に粉砕される。粉砕機としては、ハンマーミル等を使用するのが好ましい。粉砕時、添加された水の蒸気分散により反応が開始される。
【００１５】
本発明においては、この粉砕物をさらに撹拌熟成することによって、反応によって生じた水蒸気とともにそれらが触媒となって、連鎖的に反応が進行する。所定粒度以下に粉砕すれば、原料を予熱することなく自動的に反応が進行して、一定時間放置すると反応は完結し、反応によって生成した水も反応熱により自然蒸発し、反応率がほぼ１００％の粉状のＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ またはＭｇＫＰＯ_４ が得られる。１水塩を得るために、この時の温度は、常に７５℃以上に保つのが好ましい。
【００１６】
または、上記粉砕物を直ちに混練機に入れ、所定量の水を加えながら混練し、造粒する場合は、粒状肥料を得ることができる。このとき、混練機の中で反応は引き続き進行する。１水塩を得るために、この間の反応物の温度は、常に７５℃以上に保たれるようにするのが好ましい。また、この際に添加する水の量は、２５〜４５重量％程度が好ましい。更に好ましい範囲は、３０〜３５重量％である。そして混練後、押出造粒機などの加圧式造粒機を用いて造粒を行うのが好ましい。この方法では、造粒時にも反応が進行し、それによって造粒に不可欠な可塑性と結合力が付与される。造粒物は、必要に応じ、製粒機で形を整えた後、乾燥機で乾燥する。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、実施例においてリン酸一アンモニウムまたはリン酸一カリウムと水酸化マグネシウムとの反応率は、次の方法で求めた。
反応率（％）＝（Ｍ_１ ＋Ｍ_２ ＋Ｍ_３ ）／Ｍ_４
Ｍ_１ ：リン酸マグネシウムアンモニウム態のＭｇＯ量
Ｍ_２ ：リン酸マグネシウムカリウム態のＭｇＯ量
Ｍ_３ ：水溶性ＭｇＯ量
Ｍ_４ ：ク溶性ＭｇＯ量
【００１８】
ここで、リン酸マグネシウムアンモニウム態のＭｇＯ量（Ｍ_１ ）は、アンモニア態窒素量から水溶性窒素量を引いて不溶性窒素量を算出し、これがすべてリン酸マグネシウムアンモニウム態であるとして求めた。リン酸マグネシウムカリウム態のＭｇＯ量（Ｍ_２ ）は、全カリウム量から水溶性カリウム量を引いて不溶性カリウム量を算出し、これがすべてリン酸マグネシウムカリウム態であるとして求めた。
【００１９】
実施例１
リン酸一アンモニウム（Ｎ：１２．０％、可溶性リン酸Ｓ・Ｐ_２ Ｏ_５ ：５４．０％）６８．４ｋｇと水酸化マグネシウム（ＭｇＯ：６４．０％）３１．６ｋｇに水２０００ｃｃを加えて、混合機（リボンミキサー）で５分間混合し、直ちに粉砕機（ハンマーミル）で８０メッシュの篩を通る粒度に粉砕した。
【００２０】
この粉砕物を８０℃に保温したリボンミキサーに入れ、３０分間撹拌しながら熟成させた。熟成中は、蒸気が激しく発生し、沸騰している状況であった。この結果、乾燥する必要もなく、含水率が３重量％のさらさらした粉体が得られた。この反応の反応率は９５％であった。Ｘ線回折分析の結果、未反応のリン酸一アンモニウムはまったく認められなかった。
【００２１】
実施例２
リン酸一アンモニウム（実施例１と同一）５０．７ｋｇ、リン酸一カリウム（Ｋ _２ Ｏ：３４．４％、Ｐ _２ Ｏ_５ ：５１．９％）１７．７ｋｇ、水酸化マグネシウム（実施例１と同一）３１．６ｋｇおよび水２０００ｃｃを出発原料とした以外は実施例１と同様にして、さらさらした粉体状の肥料を得た。反応率は９５％であった。Ｘ線回折分析の結果、未反応のリン酸一アンモニウムおよびリン酸一カリウムはまったく認められなかった。
【００２２】
実施例３
次のようにして、有効成分として、窒素６％、リン酸３８％、カリウム（Ｋ_２ Ｏ）６％、マグネシウム２０％を含有する粒状の緩効性肥料を、連続的に製造した。原料原単位は、リン酸一アンモニウム５４２ｋｇ／ｔｏｎ、リン酸一カリウム１８９ｋｇ／ｔｏｎ、副産苦土（マグネシアクリンカー製造時の副生物で、主成分は酸化マグネシウム）２６９ｋｇ／ｔｏｎである。製造工程を、図１にしたがって説明する。
【００２３】
まず、上記のそれぞれの原料を混合機１に総量が８０ｋｇになるように仕込み、１０分間混合してから混合物ホッパー２に貯えた。この混合物を８ｋｇ／分の速度で、粉砕機３に投入した。粉砕機は、粉砕物の粒度が、８０メッシュ（目開き１７５μｍ）全通になるように、あらかじめ特定のスクリーンをセットした。粉砕物は、直ちに混練機４に投入し、混練物の水分が３５％程度になるように水を４．３リットル／分添加し、滞留時間１分で混練した。
【００２４】
次に、押出機５（ダイス径４ｍｍ）に入れ、ペレット化した。このペレットを整粒機６にかけた後、乾燥機７（１０５℃）、篩８を経て、粒状肥料を得た。所定の粒径範囲に入らないものは、再度混合物ホッパー２に戻した。この一連の操作を１時間継続し、一定時間ごとにサンプリングを行ったが、反応率は常に９５％以上であった。造粒の制御も容易であった。造粒歩留は３〜５ｍｍの径が８０％であった。
【００２５】
実施例４
リン酸一アンモニウム５４２ｋｇ／ｔｏｎ、リン酸一カリウム１８９ｋｇ／ｔｏｎ、水酸化マグネシウム３３８ｋｇ／ｔｏｎの原料原単位で、実施例３と同様に連続生産を行った。混練物中の水分を３５％に制御することにより、実施例３と同様の粒状肥料が得られた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、原料を所定粒度以下に粉砕すれば、原料を予熱することなく自動的に反応が進行して、反応率がほぼ１００％の粉状のＭｇＮＨ_４ ＰＯ_４ および／またはＭｇＫＰＯ_４ の１水塩の混合物が得られる。さらに、粉砕後直ちに押出造粒機などの加圧式造粒機で造粒すれば、加熱や造粒促進剤を使用することなく簡単に造粒できる。既存の製法が有するフッ素等の影響を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例３の製造工程を示すフローチャート

Claims (8)

1. リン酸一アンモニウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物を容器中で撹拌熟成して、リン酸マグネシウムアンモニウムの粉状物を得る緩効性肥料の製造方法。
2. リン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物を容器中で撹拌熟成して、リン酸マグネシウムカリウムの粉状物を得る緩効性肥料の製造方法。
3. リン酸一アンモニウムとリン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物を容器中で撹拌熟成して、リン酸マグネシウムアンモニウムとリン酸マグネシウムカリウムとの混合物からなる粉状物を得る緩効性肥料の製造方法。
4. 粉砕物を、反応熱により７５℃以上に保持しながら撹拌熟成する請求項１、２または３に記載の緩効性肥料の製造方法。
5. リン酸一アンモニウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物に水を加えて混練造粒し乾燥することにより、リン酸マグネシウムアンモニウムの粒状物を得る緩効性肥料の製造方法。
6. リン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量 ％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物に水を加えて混練造粒し乾燥することにより、リン酸マグネシウムカリウムの粒状物を得る緩効性肥料の製造方法。
7. リン酸一アンモニウムとリン酸一カリウムと塩基性マグネシウム化合物との混合物に０．５〜１０重量％の水を混合した後、粒径２００μｍ以下に粉砕し、さらにこの粉砕物に水を加えて混練造粒し乾燥することにより、リン酸マグネシウムアンモニウムとリン酸マグネシウムカリウムとの混合物からなる粒状物を得る緩効性肥料の製造方法。
8. 粉砕物を、反応熱により７５℃以上に保持しながら造粒する請求項５、６または７に記載の緩効性肥料の製造方法。

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