JP3771270B2 - 硝酸カルシウムを含む窒素−カリウム肥料の製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、硝酸塩とカリウムを含む粒子状の肥料（ＮＫ−肥料）の製造方法に関する。
発明の背景
ＮＫ−肥料は硝酸塩肥料とカリ肥料とを混合することによって作り得るが、少なくともＮＫ−肥料のある程度均一な処方を持つことが必要であった。窒素源は、尿素或いは硝酸アンモニウムもしくは硝酸カルシウム（ＣＮ）のような硝酸塩肥料であり、カリウム源はＫＮＯ₃（ＫＮ）、ＫＣｌ或いはＫ₂ＳＯ₄のようなカリ肥料（Ｋ−肥料）であることができる。しかしながら、粒子化(プリル化、prilling)および顆粒化(granulation)の両者についての粒状化(particulation)操作は大きな問題を引き起こすことが証明された。例えば、ＣＮとＫＮＯ₃とを一緒に溶融すると、粒状化の段階で相当な過冷却が起こり、これが重大な問題を引き起こすことが経験された。ＣＮとＫＮＯ₃に基づくＮＫ−肥料は、ＣＮ肥料のすべての利点を有する事が期待でき、更に硝酸塩から水溶性のカリウムを含んでいるので、最も興味深いものと考えられていた。
日本特許出願公告ＪＰ９５００５４２１Ｂ２（特公平７−５４２１）から、顆粒状のＮＫ肥料は９０〜５０重量％の尿素と１０〜５０重量％の木灰炭酸カリ（炭酸カリウム）からなる共融物質から作られることが知られている。この顆粒状製品は、ニーダーに供給される原料物質の上に共融溶液を小さな穴を通して噴霧し、次いで混合・溶融して作られる。窒素と木灰炭酸カリの溶出速度を等しくするために、粒子はポリプロピレンを主成分とする被覆物質で被覆される。これは最も複雑なプロセスである。このような肥料は、ＮＨ₄−Ｎとしての窒素とこの窒素の対応するロスの大きな部分を占める。この理由はもちろん尿素が肥料の唯一の窒素源であるということである。更に、ＣＮ及びＫＮＯ₃が窒素源である時のような水溶性のカルシウムは存在しない。
窒素−カリ肥料へカリウム源を付加することは米国特許第３６１７２３５号で知られている。ここでは、植物の栄養素の窒素とリンを含んだ溶融物或いは低水分含量の懸濁液を噴霧する。固体のカリウム塩が該溶融物或いは懸濁物を噴霧し粒子化（プリル化）する前に添加される。しかし、この方法は添加される固形分の７重量％以上が０．１ｍｍを越える粒径を持つような等級であることが必要である。この方法はＮＰＫ−肥料を得るためには良好に作用するが、この原理は、主として過冷却の問題と固形分に必要な粒径のものが市場で入手できないという事のために、ＮＫ−肥料の粒状化に有用であることは見出されなかった。
本発明の主たる目的は、ＮＫ−溶融物或いは懸濁物を均一なＮＫ−肥料に粒状化するための新規な方法を見出すことである。
本発明の他の目的は、硝酸カルシウム肥料と硝酸カリウムを主成分とするＮＫ−肥料の製造方法を見出すことである。
本発明の更に他の目的は、硝酸マグネシウムのような他の栄養素も付加して含むＮＫ−肥料の製造方法を開発することである。
単独で、或いは特別なＮＫ−配合肥料用或いはＮＰＫ−肥料混合物用の混合成分として適用できる、均一なＮＫ−肥料を見出すこともまた本発明の目的である。
発明の詳細な記録
公知のＮＫ−肥料のこの不便のために、新規肥料の基本の原料物質として、ＣＮ及びＮＫＯ₃の利用の可能性を更に検討することが決定された。この明細書の記載全体を通して、省略表現ＣＮは純粋な硝酸カルシウム及びニトロホスフェート（リン鉱−硝酸系肥料）プロセスから得られる硝酸カルシウム製品の両者を含むことを意味する。この製品はしばしばノルスクハイドロ社の硝酸カルシウム、省略表現ＮＨ−ＣＮと呼ばれ、硝酸カルシウム７９重量％、硝酸アンモニウム６重量％及び水１５重量％の組成のものである。所望のＮＫ−肥料の処方を作るため数種の方法を評価した。粒子化ＣＮと結晶ＫＮＯ₃との圧縮体、及び入手できる粒子化ＣＮと粒子化ＫＮＯ₃混合物を試験した。圧縮体の場合は高価であり、むしろ粉塵含料の高い製品となることが分かった。混合物の場合は、まず第一に二つの原料物質の粒子径及び粒子径の分布に関して類似した粒子であることに依存している。第二に均一な製品を得ることができない。
過冷却が問題であると考えられていたが、発明者らは少なくとも成分の一つの溶融物から、そしてできれる限り固体として他の成分をその溶融物に添加し、均一なＮＫ−肥料を製造する検討を更に行うことを決定した。溶融したＣＮに固体のＫＮＯ₃を溶解したが、しかし最初の試験では過冷却が非常に激しく粒子化／顆粒化が不可能であることがわかった。種々の粒子径を持った固体のＫＮＯ₃を溶融したＣＮに約１００℃で添加して一連の実験を行った。固体ＫＮＯ₃の粒子径は０．２〜１．６ｍｍの間で変化させた。問題点はＫＮＯ₃粒子が溶融ＣＮに溶解する前に混合物が固化できるかどうか及びそれによって溶融物の過冷却が起こるかどうかであった。これらの実験の間、ＣＮとＫＮＯ₃の比率もまた変化させた。次の二つの処方を特に試験した。即ち、ＮＰＫ−処方（Ｎ−Ｐ₂Ｏ₅−Ｋ₂Ｏとして定義される）１５−０−１４に対応するＣＮが７０重量％とＫＮＯ₃が３０重量％のもの及び処方１５−０−７に対応するＣＮが８５重量％とＫＮＯ₃が１５重量％のものである。
しかしこれらのすべての実験の間、若干の過冷却が観察された。もし固体の粒子径が０．３ｍｍ以下であるならば、過冷却は事実上生起した。過冷却を避けるために、粒子径は１ｍｍよりも大きくすべきである。しかし、このような粒子径のＫＮＯ₃は市場で入手が困難で、加えてかかる大きな粒子は粒子化の過程で問題を引き起こす。この方法で粒子化した均一なＮＫ−肥料を得ることは可能かもしれないが、これは課題の最終的な解決とは考えられず、この方法の更なる検討は終了とした。
次にＣＮ−水−ＫＮＯ₃の種々の相を徹底的に検討することを決定した。これらの検討の過程で、驚くべきことに過冷却が実質的な問題を引き起こさない領域が存在することを見出した。従って、従来の伝統的な方法と装置を使用して粒状化を行うことが可能となった。この領域は以下のように定義される：
Ｃａ（ＮＯ₃）₂ ４０〜１４重量％
ＫＮＯ₃ ５５〜８５重量％
水 ０．５〜６重量％
更に、かかるＮＫ−溶融物或いは懸濁物に対してＭｇ（ＮＯ₃）₂が０〜５重量％（例えば０．５重量％）の量で添加できることを見出した。粒状化される肥料混合物はまた０〜４重量％の硝酸アンモニウム（ＡＮ）を含むこともできる。
これらの知見を考慮して上記の範囲内で溶融物或いは懸濁物の粒状化を行った。成功した粒状化（プリル化）は１６０〜１９０℃の温度で行われ、成功した顆粒化９０〜１４０℃の温度で行われた。かくして１〜５ｍｍの粒子径と所望の粒径分布を持った均一なＮＫ−肥料製品が得られた。この製品は良好な球状の形態で、粒子は水分含量と大きさによって変わるが硬度即ち約２〜１３ｋｇの崩壊強度を有していた。
本発明の範囲とその特徴は添付した請求項によって定義される。
本発明を図面の記載と実施例について更に説明する。
図１は、ＮＨ−ＣＮでの対応する結果と比較した本発明によるＮＫ肥料の水吸収性を示す。
実施例１：
この例はＮＫ１５−０−３５の粒子化を示す。
７５重量％の固体のＫＮを２５重量％のＮＨ−ＣＮと混合し、約１００℃に加熱し、この温度で混合物の溶融が開始した。水分含量と粘度を所望の値に調節し、得られた均一な溶融物を粒子化装置に移し、オイルバス中にて約１６５℃で粒子化を行った。良好な白色の硬い粒子が得られた。３〜４ｍｍの粒子の粒子強度は８〜１３ｋｇの範囲であることがわかった。
実施例２：
この例はＮＫ１５−０−３３の粒子化を示す。
７０重量％の結晶ＫＮを３０重量％のＮＨ−ＣＮと混合し、約１００℃で溶融した。引き続き水分含量と粘度を所望の値に調節し、得られた均一な溶融物を約１６５℃で粒子化した。粒子化された粒子の製品品質は実施例１で得られたものと同様であった。
実施例３：
この例はＮＫ１５−０−２９の粒子化を示す。
６０重量％のＫＮと４０重量％のＮＨ−ＣＮを混合し、約１００℃で溶融した。この溶融物は以下の組成であった。
ＫＮ：６０重量％、ＣＮ：３１．５重量％、ＡＮ：２．５重量％
水：６重量％、
次いで水分含量を約３重量％まで減少し、温度を約１６５℃に上昇し、ここで均一な溶融物を粒子化した。製造直後の製品（３〜４ｍｍ）の粒子の強度は５ｋｇであり、３０分経過後のものでは９ｋｇであった。
実施例４：
この例はＮＫ１５−０−３３の実装置での粒子化を示す。
この実験の間、３０重量％の顆粒状ＮＨ−ＣＮと７０重量％の結晶ＫＮから作られた溶融物を使用した。最終製品の粒子強度を上げるために溶融物の水分含量を蒸発によって４．５重量％から２．５重量％へ減少させた。粒子化は２３ｍの造粒塔内で外気温度２８℃で行った。これらの実験の間の粒子化温度は１６０〜１９０℃の間で変化した。粒子化前の水分含量が４．５重量％の高さの時であっても、十分な固形物としての性質を有する製品がこのＮＫ−処方について得られることがわかった。
実施例５：
この例はＮＫ１５−０−３３の顆粒化を示す。
顆粒化はＮＫ１５−０−３３肥料の微粉末を、同製品の溶融物が供給されている顆粒化装置に供給することによって行われた。顆粒化温度は１１５〜１２５℃の間で変化させ、所望の大きさと崩壊強度を有する顆粒状の製品が得られることを見出した。最も好ましい顆粒化温度は１２０〜１２５℃の範囲であった。更に試験の結果、ＮＫ−肥料の顆粒化は製造するＮＫ−処方と溶融物の水分含量に依存しているが、９０〜１４０℃で行うことができることがわかった。
実施例６：
この例は本発明による均一なＮＫ−肥料を、ＮＨ−ＣＮのような他の肥料と混合することによるＮＫ１５−０−１４の製造に関する。
１．９７〜１．９８ｋｇ／リットルの密度、平均粒径ｄ₅₀＝１．７８ｍｍを有する、上記実施例４によって作られた均一なＮＫ１５−０−３３の４２重量％を、１．９６〜１．９８ｋｇ／リットルの密度、平均粒径ｄ₅₀＝１．７８ｍｍを有するＮＨ−ＣＮの５８％と機械的に混合した。これらの２種の製品はほぼ同等の形態と粒子径分布を有していた。得られた混合物は処方１５−０−１４であり、均一な外観で、粒子の分離は見られなかった。
上記の方法を適用することにより、ＮＫ１５−０−３３からＮＫ１５−０−０までの全ての等級のものを作ることが可能である。本発明による均一なＮＫ−肥料に添加される肥料成分はＣＮ或いはＮＨ−ＣＮだけではなく、所望のＮＫ−肥料処方の混合物を得るためのいかなる適当な肥料でもよい。もちろん、粒子径、粒径分布、粒子の形状及び密度について同一であるとの要件がこのような混合物に対しても適用される。
新規で均一なＮＫ−肥料製品について、更にケーキング性と水吸収性に関して試験した。これらの性質は粒子化したＮＨ−ＣＮのそれと比較した。試験中に使用した被覆処理は国際特許出願ＰＣＴ／ＮＯ９５／００１０９に記載された油、ワックス及び樹脂に基づく被覆であった。この結果を表１に示す。

上記の表１から、条件を整えたＮＫ−肥料は粒子化したＮＨ−ＣＮよりも多少良好なケーキング性を有していることがわかる。
本発明による均一なＮＫ−１５−０−３３に対する水吸収性を、被覆及び無被覆の両粒子について調べた。その結果を粒子化したＮＨ−ＣＮのそれと比較した。試験はそれぞれ２５℃で相対湿度４０、５０、６０及び７０％で行った。これらの試験の結果を図１のグラフに示す。これらから無被覆のＮＫ１５−０−３３は長時間高い湿度の下に曝すべきではないことがわかる。しかし、この肥料を約０．２％の適当な被覆剤で被覆すれば、水吸収性は許容できる程度に低くなる。
本発明によって均一なＮＫ−肥料の新しい製造法を確立した。新しいＮＫ−肥料はそれ自体で、或いは所望の処方で肥料混合物を作るため他の適当な肥料と混合して使用することができる。この新しいＮＫ−肥料製品は栄養的な価値及び貯蔵と取り扱い上の性質の両者について優れた性質を有する。

Claims (6)

1. 基本的に硝酸カルシウム肥料と硝酸カリウムからなり、硝酸カルシウム肥料を硝酸カリウムと一緒に溶融するＮＫ−肥料の製造方法において、硝酸カルシウム肥料と硝酸カリウムを９０〜１２０℃で加熱してそれらの溶融物或いは懸濁物を形成し、次いで所望の粒状化温度に加熱し、粒状化して均一なＮＫ−肥料を形成することを特徴とするＮＫ−肥料の製造方法であって、前記溶融物或いは懸濁物が硝酸カルシウム４０〜１４重量％、硝酸カリウム５５〜８５重量％、水０．５〜６重量％、硝酸アンモニウム０〜４重量％及び硝酸マグネシウム０〜５重量％を含むことを特徴とするＮＫ−肥料の製造方法。
2. 粒状化が、１６０〜１９０℃の温度で行われ、溶融物或いは懸濁物を粒子化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 粒状化が、９０〜１４０℃の造粒温度で行われ、溶融物或いは懸濁物を顆粒化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 硝酸カリウム６０重量％と硝酸カルシウム肥料４０重量％とを１００℃で溶融し、６０重量％のＫＮＯ₃、３１．５重量％のＣａ（ＮＯ₃）₂、２．５重量％のＮＨ₄ＮＯ₃及び６重量％の水を含む溶融物を形成し、この溶融物を水分含量が３重量％に減少する迄蒸発させ、次いで粒状化が１６０〜１７０℃で行われ、溶融物を粒子化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 顆粒化硝酸カルシウム肥料３０重量％と結晶硝酸カリウム７０重量％とを１００℃で溶融し、次いで得られた溶融物がその水分含量が４．５重量％から２．５重量％に減少するまで蒸発を行い、ひきつづき粒状化が１６５〜１７５℃で行われ、溶融物を粒子化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ＮＫ１５−０−３３肥料の微細粒子を、ＮＫ１５−０−３３肥料の溶融物と一緒に造粒機に供給し、粒状化が１２０〜１２５℃で行われ、溶融物を顆粒化することを特徴とする請求項１に記載の方法。

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