JP6752316B2 - 肥料組成物 - Google Patents
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Description
本特許出願は、非仮出願であって、2013年11月12日に出願された米国特許出願第61/903293号及び2013年11月27日に出願された米国特許出願第61/909625号の優先権を主張し、それらの全体は、引用を以て本願に組み込まれるものとする。
概して、本開示は、肥料組成物並びに該肥料組成物を製造及び使用する方法に関する。より具体的には、本開示は、爆風(blast)の抑制作用及び/又は抵抗作用を有する硝酸アンモニウム肥料組成物、並びに該肥料組成物を製造及び使用する方法に関する。
本開示の様々な実施形態は、硝酸アンモニウム肥料に対する安定剤材料を提供するもので、硝酸アンモニウムからANFO型爆薬を製造するに際し、硝酸アンモニウムの不正使用を低減し、防止し、及び/又は無くすものである。広義において、本開示は、肥料組成物及び該肥料組成物を製造する方法に向けられており、その組成により、肥料は、既存の硝酸アンモニウム肥料と比べて、爆風の抑制(例えば、比推力によって測定される)及び/又は鈍感化(例えば、密閉されていない臨界直径及び/又は爆轟を開始するのに必要なブースタ量によって測定される)を有する。
比推力=((推力Total−推力ブースタ)/(1−濃度)/爆薬質量
但し、推力Totalは、圧力センサー(過圧センサー)の測定平均であり、(a)ブースタ(即ち、推力ブースタ)、(b)爆薬(charge)の質量(測定値)及び希釈%(測定値)に対して補正される。
(式1) [M2+ 1−xM3+ X(OH)2]q+(Xn−)q/n−*yH2O
限定されない幾つかの実施例として、z=2、M2+は、Ca、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+又はZn2+(従って、q=x)である。
(式2) Mg6Al2(CO3)(OH)16*4(H2O)
硝酸アンモニウムと異なる材料との混合物について、一連の等エンタルピ計算を行なった。この方法において、混合物は、システムのエネルギーを全て保持する「ボックス」の中に入れられる。混合物の平衡化学組成は、コンピュータモデルを通じて計算され、放出されたエネルギーがシステムの温度を上昇させる。
被験物は、容器(PVCパイプ)、軟鋼プレート(検証プレートと称される)、肥料組成物(ANの6重量%燃料と混合された安定剤材料とAN)、及びブースタ(プラスチック製ストレージキャップ内にC4爆薬を含む)のことを言う。被験物の概略は図1に示されている。各被験物の内部は、起爆装置、ブースタ及び肥料組成物を含み、これらは図2に示されている。
肥料組成物の被験物を作るために、ボールミルを用いて、硝酸アンモニウム肥料プリルを20メッシュより小さくなるまで(<800μm)乾式粉砕した。次にAN粉末を安定剤材料粉末と共に乾式混合した。
粉末状(微細構造に粉砕されたもの)の材料を有する被験物は、プリルで生成された材料よりも高い比推力を示した。
爆風抑制及び/又は鈍感化特性を有する材料を特定するために、ブースタ200gを含む直径5”管の中で、様々な安定剤材料を試験した(各材料は25重量%)。各被験物の比推力を計算し、その結果は次の表に示される。表には、平均推力(過圧センサーによる各爆轟の測定値の平均として得られた)と、検証プレートの状態の目視観察結果(穿孔有り、穿孔無し)も示されている。
爆風の抑制及び鈍感化のパラメータを特定するために、3つの変数を一連の実験において試験した。変数は次のとおりである。
(1)肥料組成物(即ち、AN+安定剤材料1(HTCの重量%が異なる)、AN+安定剤材料2(燐灰石)及びAN+安定剤材料3(15HTCと10BRの混合)
(2)ブースタサイズ/量(例えば、200g、300g、400g、600g、800g)
(3)被験物の管径(即ち、5インチ、6インチ、8インチ)
以下の表は、管が標準の5”、ブースタが200gの標準の動作手順において、細砕された形態の全ての安定剤材料を示す。例外は、HTC−PO4−22.5%である。この試料は、管径が5”、ブースタサイズが300、400、600及び700である。
以下の表は、対照(AN)と、ハイドロタルサイト及び水酸燐灰石の2種類の安定剤材料とを比較するために、様々な形態(例えば、アルミナ製造プロセスからの回収、合成物質等)の安定剤材料を異なる重量率で行なった爆風試験での実験結果を示す。
以下の表は、種々の材料について行なった爆風試験の実験結果を示す。材料は、安定剤と、安定剤及び充填剤の混合物であり、これら材料について対照のSI基準(硝酸アンモニウム)に対する評価を行なった。この爆風試験で評価した材料は、赤石灰(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)、ハイドロカルマイト(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)、水酸燐灰石(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)、ハイドロタルサイト(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)、ハイドロタルサイトと水酸燐灰石との混合物(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)を含む。
以下の表は、種々の材料について行なった爆風試験の実験結果を示す。材料は、安定剤と、安定剤及び充填剤の混合物であり、これら材料について対照のSI基準(硝酸アンモニウム)に対する評価を行なった。この爆風試験で評価した材料は、耐火粘土(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)、水酸燐灰石(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)、ハイドロタルサイト(単独のものと、ボーキサイト残渣と様々な重量率で混合したもの)を含む。
ハイドロタルサイトをインターカレートするために、以下の手順を実行し、熱活性化させた後、再水和作用によりアニオン置換を行なった。
ボーキサイト残渣を中和するために、燐酸(85%)を、攪拌機で混合しなばら、BRスラリーに加えた。ボーキサイト残渣のpHは、8.0よりも低い値に低下した。ボーキサイト残渣は、安定化した後、得られた液体は混合物の上部から注がれ、得られた混合物は1/2インチ厚さのパンに注がれ、オーブンで乾燥した(100℃)。得られたボーキサイト残渣は、燐酸の中和反応に基づく燐酸塩含有量が5重量%〜10重量%であると考えられる。
ボーキサイト鉱石を、プレートクラッシャー、鋸歯状ロールを有するロールクラッシャー(スタートバントロールクラッシャー)及びセラミックボールを有するボールミルの中を通して、+/−20メッシュにまでサイズを小さくし、粒子を使用可能なサイズにまでさらに小さくした。得られた20メッシュの粒子は、硝酸アンモニウム材料と混合し、上記実施例に従って、爆風試験を行なった。
上記実施例に基づいて試験された燐灰石は、以下に記載するプロセスにより、原材料である燐酸、消石灰及びバイヤー液を用いて作られた。燐酸、二酸化炭素及び精製で使用済みのバイヤー液の混合物が70℃まで加熱された。(幾つかの実施形態では、収率を向上させるために追加の炭酸塩又は燐酸塩が加えられる。幾つかの実施形態では、リンの他の供給源はクレンダル石である。)次に、消石灰が加えられ、15〜30分間撹拌された。得られた混合物はフレームを通し、洗浄した後、オーブンで乾燥された。このようにして調製された後、取り込まれた液は、追加の濾過及び洗浄工程を経て除去された。
硝酸アンモニウムは3段階で製造され、(1)硝酸をアンモニアで中和して濃厚溶液を生成するステップ、(2)蒸発させて融液とするステップ、及び(3)プリル形成又は粒状化処理を施すことにより、商業用の固体硝酸アンモニウムとした。プリル形成は、溶滴を流体冷却媒体の中を落下させることによって行われ、丸みのある粒状固体が形成される。一実施形態において、ANのプリル形成は、濃厚溶液(即ち、96〜99+%)を、大きなタワーの天面部にスプレーすることを含む。次に、降下する液滴は、空気の上向き流れによって冷却され、固化して球状のプリルとなり、タワーの底部に集められる。
以下の手順に従って、ハイドロタルサイトの中にコーティングされた硝酸アンモニウムを生成した。その後、コーティングされた肥料は、クロップ考察(クロップ考察#1)に用いた。
安定剤材料を含む肥料組成物について市販の肥料との比較評価をするために、本開示の1又は2以上の実施形態に基づいて、使用した肥料組成物のクロップ考察を2つ行なった。
Claims (30)
- 硝酸アンモニウム材料と、
爆風伝播試験で測定したとき、比推力を13.5kPa*ms/kg以下にすることができる有効量の安定剤材料と、を含む肥料組成物であって、
前記安定剤材料が、燐灰石を含み、
前記安定剤材料が、肥料組成物全体の12.5重量%〜25重量%であり、
前記肥料組成物が、少なくとも50重量%の硝酸アンモニウムを含む、肥料組成物。 - 硝酸アンモニウム材料と、
爆風伝播試験で測定したとき、比推力を13.5kPa*ms/kg以下にすることができる有効量の安定剤材料と、を含む肥料組成物であって、
前記安定剤材料が、燐灰石を含み、
前記安定剤材料が、肥料組成物全体の12.5重量%〜20重量%であり、
前記肥料組成物が、少なくとも50重量%の硝酸アンモニウムを含む、肥料組成物。 - 肥料組成物が、少なくとも55重量%の硝酸アンモニウムを含む、請求項1又は2の肥料組成物。
- 肥料組成物が、少なくとも60重量%の硝酸アンモニウムを含む、請求項1又は2の肥料組成物。
- 肥料組成物が、少なくとも65重量%の硝酸アンモニウムを含む、請求項1又は2の肥料組成物。
- 肥料組成物が、少なくとも70重量%の硝酸アンモニウムを含む、請求項1又は2の肥料組成物。
- 肥料組成物が、少なくとも75重量%の硝酸アンモニウムを含む、請求項1又は2の肥料組成物。
- 肥料組成物が、少なくとも80重量%の硝酸アンモニウムを含む、請求項1又は2の肥料組成物。
- 硝酸アンモニウム材料と、
爆風伝播試験で測定したとき、比推力を13.5kPa*ms/kg以下にすることができる有効量の安定剤材料と、を含む肥料組成物であって、
前記安定剤材料が、層状複水酸化物を含み、前記層状複水酸化物がハイドロマグネサイトであり、
前記安定剤材料が、肥料組成物全体の少なくとも5重量%である、肥料組成物。 - 前記安定剤材料が、肥料組成物全体の少なくとも10重量%である、請求項9の肥料組成物。
- 前記安定剤材料が、肥料組成物全体の少なくとも12.5重量%である、請求項9の肥料組成物。
- 前記安定剤材料が、肥料組成物全体の少なくとも15重量%である、請求項9の肥料組成物。
- 前記安定剤材料が、肥料組成物全体の少なくとも20重量%である、請求項9の肥料組成物。
- 前記安定剤材料が、肥料組成物全体の少なくとも25重量%である、請求項9乃至13の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物中の前記安定剤材料は、添加剤を含む、請求項1乃至14の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物は、充填剤材料を含み、前記充填剤材料が、ボーキサイト残渣、耐火粘土、赤石灰及びそれらの組合せからなる群から選択される、請求項1乃至15の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物は、メッシュサイズが100以下に構成される、請求項1乃至16の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物は、メッシュサイズが4〜20に構成される、請求項1乃至17の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物は、ペレット、プリル、顆粒、粉末、円板及びそれらの組合せからなる群から選択される形態を含む、請求項1乃至18の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物が均質な混合物である、請求項1乃至19の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物が非均質な混合物である、請求項1乃至20の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物が少なくとも一種のコーティングを含む、請求項1乃至21の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物が爆風を抑制する肥料を含む、請求項1乃至22の何れかの肥料組成物。
- 鈍感化された肥料をさらに含む、請求項1乃至23の何れかの肥料組成物。
- N、P、K、Mg、Ca、Fe、Mn及びそれらの組合せからなる群から選択される植物栄養素をさらに含む、請求項1乃至24の何れかの肥料組成物。
- 結合剤をさらに含む、請求項1乃至25の何れかの肥料組成物。
- 前記安定剤材料はバイヤー法の副産物である、請求項1乃至26の何れかの肥料組成物。
- 前記安定剤材料は天然産物である、請求項1乃至27の何れかの肥料組成物。
- 肥料組成物は、爆風伝播試験で測定したとき、比推力を5.7kPa*ms/kg以下にすることができる有効量の安定剤材料を含み、前記ハイドロマグネサイトが、肥料組成物全体の少なくとも15重量%である、肥料組成物。
- 肥料組成物は、爆風伝播試験で測定したとき、比推力を3.2kPa*ms/kg以下にすることができる有効量の安定剤材料を含み、前記ハイドロマグネサイトが、肥料組成物全体の少なくとも20重量%である、肥料組成物。
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