JPH11509508A - 硬度のために組み込まれた無機フィラーを有する粒子状尿素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有し、そして土壌への直接適用または次の他の肥料物質の固体バルクブレンドへの組み込みのための中間製品としてのいずれかに有用な粒子状尿素製品。この製品は、尿素と、珪藻土、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、カオリン、ゼオライトおよびボールクレーからなる群から選択される微細に分離した無機フィラーとの混合物からなり、そして粒状またはプリル形態のいずれかである。

Description

【発明の詳細な説明】 硬度のために組み込まれた無機フィラーを有する粒子状尿素 技術分野 本発明は、製品の硬度および耐固化特性を改善するために組み込まれた微細に 分離された無機フィラーを有する粒状またはプリル形態の粒子状尿素製品に関す る。 発明の背景 肥料工業において、尿素は固体形態の窒素の主要源として硝酸アンモニウムよ り優れている。硝酸アンモニウムよりも尿素が好ましい多くの理由がある。これ らの理由は以下を含む：（１）尿素は硝酸アンモニウムよりもより高い植物栄養 素分析を有する、（２）尿素は危険でない物質として分類されるが、硝酸アンモ ニウムは特定の条件下および特定の割合の炭素を含む物質との混合物において、 爆発性化合物であり得る、（３）オフシーズンに、尿素は肥料以外（特に、動物 の飼料）および特定の化学プロセスにおいて多くの最終用途を有する、（４）硝 酸アンモニウムと比較して、尿素製造に関連する大気汚染の緩和要求に対して低 コストである。尿素を粒状またはプリル形態の肥料として使用することの１つの 欠点は、非常に砕けやすく、固化する傾向があることである。 高い砕けやすさは、尿素粒状製品の使用を顕著に制限する。プリルまたは細粒 は、取り扱い、輸送および意図する土壌環境への適用の間に、より小さな粒子へ と砕け、そして相当な量の粉塵を生成する傾向がある。粒子の硬度は、２つの理 由のため重要である。第１に、尿素製品は、しばしばバルクブレンド肥料製品に 使用される。これらの製品において、コンポーネント製品の望ましくない分離を 回避するために、粒子は予め決定された密接な大きさの範囲であることが重要で ある。尿素製品がより小さな粒子に粉砕されると、尿素の分離が起こるようであ る。粒子の硬度が重要である第２の理由は、現在一般的に使用されている現代の 回転タービンファン型フィールド散布装置に導入される際、非常に砕けやすい尿 素粒状製品が粉砕されるということである。粒子またはプリルの粉砕により、こ のような装置からの肥料の散布が不均一になる。尿素粒状製品は、しばしばより 小さな破片が装置からより短い弾道で落下する程度に砕け、それにより意図しか つ所望するよりも狭くかつより集中した領域を土壌表面に形成する。 尿素粒状製品に伴う第２の問題は、固化である。固化する傾向は、尿素溶液を 尿素粒状製品に加工する方法に依存する。尿素粒状製品は、大量に輸送され、販 売され、そして使用され、従ってバルク形態で輸送され、そして貯蔵される。こ の製品は固化する傾向があるため、このような貯蔵および輸送は、顕著に製造コ ストを増加させるさらなる加工を考慮することなしには可能ではない。 近年、市販の肥料供給者および農夫は、尿素粒状製品の優れた化学特性を認識 し、従って、尿素粒子の硬度、すなわち、非粉砕性の改善をますます要求するよ うになった。粒子の硬度に対するこのより大きな強調は、現代の取り扱いおよび 輸送方法により尿素粒子がより破砕するようになるという事実から生じる。さら に、尿素製品の取り扱い、輸送および散布に関することは、非粉塵製品に対する 要求を増やす。このような要求は、大部分健康および安全性の考慮に基づく。 これらの問題を克服するために、化学肥料工業において多くのアプローチが開 発されてきた。これらのアプローチは、1989年12月５日に発行された米国特許第 4,885,021号（Elrod）の開示において議論されている。この特許は本明細書中で 参考として援用される。第１のアプローチは、新たに調製した尿素粒子を珪藻土 および粘土を含む任意の多くの物質で表面処理することである。このアプローチ は尿素製品の抗固化特性を改善するが、評価し得る程度まで砕けやすさの問題を 解決しない。さらに、特定の環境において、添加した物質は、尿素製品が最終的 に使用され得る目的に適合しない外来成分を取り込み得る。 固化および砕けやすさの問題を解決するための第２のアプローチは、濃縮した 尿素合成アルコール（liquor）溶液または溶融した無水尿素溶融物のいずれかに 、改善された抗固化特性、改善された硬度またはその両方のいずれかを尿素製品 に与える調整剤を組み込むことである。固化および砕けやすさの問題ならびに尿 素製品の貯蔵、取り扱いおよび散布に付随する他の問題は、尿素溶融物に低濃度 のホルムアルデヒドまたはリグノスルホネートを添加することにより顕著な程度 ま で軽減された。低濃度のホルムアルデヒドの添加は、固化および砕けやすさに関 する問題をある程度まで軽減するが、ホルムアルデヒドの使用は、深刻な健康お よび安全の考慮を提供する。リグノスルホネートの添加は、尿素製品に満足のい く抗固化および硬化特性を与えるが、特定の不利な点もまた伴う。特に、リグノ スルホネートは、尿素製品を美観のない茶色まで脱色し得、これにより製品は市 場に十分に受け入れられなくなる。 このような不利な点を克服するために、Elrodの'021は、ゲル化タイプの溝の ついた（channelize）２：１粘土（例えば、アタパルジャイトまたはセピオライ ト）を尿素溶融物または尿素合成アルコールに添加することを提案する。得られ る尿素粒子は、良好な抗固化および非粉砕特性を示す。ゲル化タイプの溝のつい た２：１粘土が尿素粒子製品の機械特性を改善する機構は、Elrodの'021におい て粘土の結晶幾何学に起因する。溝のついた２：１粘土の粘土針状晶（約１ミク ロンの長さ）は、多量の核部位または成長部位を与え、そして尿素の結晶癖（cr ystalline habit）または構造を変化させ、それにより抗固化および非粉砕特性 を増強させると仮定される。 Elrodの'021に教示される解決法は、尿素粒子の物理特性を改善するのに有効 であるが、その商業的適用性は、大量のアタパルジャイト、セピオライトまたは 他のゲル化タイプの溝のついた２：１粘土の低コストでの容易な入手可能性に大 部分依存する。アタパルジャイト、セピオライトおよび他のこのような溝のつい た２：１粘土は、尿素肥料製品にとって比較的高価な添加剤である。アタパルジ ャイト粘土は、主としてジョージア州およびフロリダ州で採掘され、一方、セピ オライトは主としてカリフォルニア州およびネバダ州で採掘される。これらの採 掘地域の位置は、地理学的に尿素粒子が製造される製造プラントから離れている 場合がある。その結果、製造プラントへ粘土を輸送するコストはしばしば重要で ある。大量のアタパルジャイトおよびセピオライトが、要求されそして使用され る大量の肥料製品を製造するのに必要とされ、最初のコストおよびこのような添 加剤の輸送コストは、肥料製造の総コストにおいて重要な因子である。使用者の 製造プラントへの接近に依存して、輸送コストはプラントの原価の２倍より大き くなり得る。従って、Elrodの'021に開示される溝のついた２：１粘土に取って 代わる他のより広範に利用可能でかつより安価な添加剤が必要である。 発明の要旨 本発明は、土壌への直接適用または次なる他の肥料物質を固体バルクブレンド へ組み込むための中間製品としてのいずれかに有用な改善された尿素粒子状製品 に関する。本発明の製品は、その製品を尿素合成アルコールにアタパルジャイト 粘土を組み込むことにより製造される尿素肥料粒子と等価なまたはそれより優れ たものにする改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有する。 Elrodの'021に記載のようなゲル化タイプの２：１の溝のついた粘土の添加に より与えられる抗固化、硬度および非粉砕特性はまた、他の無機フィラーの使用 により達成され得ることが見出されている。微細に分離された粉末形態の無機フ ィラーは、比較的少量で尿素に添加され、所望の粒子特性が大いに増強される結 果となる。本発明における使用に適切な無機フィラーは、代表的にアタパルジャ イト堆積物よりもはるかに広範に存在し、北アメリカ全土で数カ所の地域で採掘 される採掘製品であり、その結果、通常アタパルジャイトと比較して低コストで プラントに輸送され得る。 従って、本発明の１つの局面に従って、改善された抗固化、硬度および非粉砕 特性を有する粒子状尿素が提供され、この粒子状尿素は、尿素とその中に均一に 分散した微細に分離した無機フィラーとの混合物から粒子状形態に変換され、こ の無機フィラーは、珪藻土、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト 、カオリン、ゼオライトおよびボールクレーからなる群から選択される１つ以上 のメンバーからなる。 本発明の別の局面に従って、改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有す る粒子状尿素が提供され、この粒子状尿素は、尿素とその中に均一に分散した微 細に分離した無機フィラーとの混合物から粒子状形態に変換され、この無機フィ ラーは、珪藻土、ならびにナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、 カオリン、ゼオライトおよびボールクレーからなる粘土群の１つ以上からなる。 本発明の別の局面に従って、改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有す る粒子状尿素を製造するための製造方法が提供され、この方法は、微細に分離し た無機フィラーを溶融した尿素溶融物または尿素合成アルコールと組み合わせ、 均一分散物にする工程およびこの均一分散物を粒子状形態に変換する工程を包含 し、この無機フィラーは、珪藻土、ナトリウムベントナイト、カルシウムベント ナイト、カオリン、ゼオライトおよびボールクレーからなる群から選択される１ つ以上のメンバーからなる。 本発明の別の局面に従って、改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有す る粒子状尿素を製造するための製造方法が提供され、この方法は、微細に分離し た無機フィラーを溶融した尿素溶融物または尿素合成アルコールと組み合わせ、 均一分散物にする工程およびこの均一分散物を粒子状形態に変換する工程を包含 し、この無機フィラーは、珪藻土、ナトリウムベントナイト、カルシウムベント ナイト、カオリン、ゼオライトおよびボールクレーからなる群から選択される１ つ以上のメンバーからなる。 発明の詳細な説明 本発明の粒子状尿素製品は、微細に分離された無機フィラーまたは異なる無機 フィラーの配合物を、粒状尿素製造プロセス中の合成セクションまたは濃縮（エ バポレーション）セクションのいずれかからの尿素合成アルコールに、または粒 状尿素プロセス中の粒子形成セクション（すなわち、溶融した尿素溶融物）に組 み込むことにより製造される。次いで、得られる混合物は、当業者により現在公 知であるか、または実施されている任意の多くの方法により、尿素の粒子状形態 （例えば、プリル、粒子またはペレット）に変換される。硬度および貯蔵安定性 に関する所望の物理特性を与え、肥料の最初の高い窒素含量が保持されるのを可 能にするのに、少量の無機フィラーのみ必要とする。適切なフィラーは、珪藻土 、カルシウムベントナイト、ナトリウムベントナイト、カオリン、ゼオライトお よびボールクレーからなる群から選択される。 本発明の製品の物理特性を決定する目的のため、硬度試験をサンプルペレット について行った。尿素ペレットの硬度は、固化および貯蔵の両方、ならびに取り 扱いおよび貯蔵中の砕けやすさおよび破砕に耐える尿素の能力を直接反映する。 275〜285°Fで溶融した尿素溶融物の50グラムのバッチを、表１に示されている ような種々の量の微細に分離された無機粒子を添加することにより処理した。尿 素溶融物および無機粒子を、約２分間十分に混合した。無機粒子は尿素溶融物に 不溶であるので、混合工程後に続いて形成される尿素の各半球状セグメントにお ける無機粒子の均一分散を維持するのに穏やかな攪拌が必要であった。次いで、 混合物を、磁性カラープレートに注ぎ、これを迅速に固化させ、厚さ約0.3イン チおよび幅約0.8インチの半球状ペレットにした。冷却し、最低４時間エージン グした後、ペレットを、圧縮試験機中でその破断点まで圧縮することにより硬度 を試験した。試験前、半球底面を滑らかにするかまたは平らにする目的のために 、ペレットの底面を紙ヤスリでみがき、それにより処理した尿素の硬度をより正 確に反映する唯一の破断を確実にした。表１の数字は、ポンド表示の平均破砕強 度を反映する。未処理の尿素ペレットを、同様に製造し、そしてコントロールサ ンプルとして試験し、約100lbsの平均破砕強度を与えた。 ¹約63％DE／37％粘土² 約50％DE／50％粘土³ 中程度の膨張に対して低い 表１のデータから、本発明の微細に分離された無機フィラーを含むサンプルは 、 未処理の尿素で達成される破砕強度よりもはるかに良好で、Elrodの'021に開示 されるゲル化タイプの粘土で達成される破砕強度と実質的に同等の破砕強度（硬 度）を与えたことが明らかである。実際、無機フィラーの好ましい添加レベルは 、混合物の0.1〜5.0重量％の範囲であり、最も好ましくは0.5〜2.0重量％の範囲 であることが見出された。 表１の結果は、適切な無機フィラーが、Elrodの'021が増強された抗固化およ び非粉砕特性を担うであろうと教示したゲル化タイプの溝のついた２：１粘土の 微細構造とは異なる微細構造を示すという点で驚くべきことである。この発見は 、尿素粒子を表面処理するために先行技術で使用されている粘土および珪藻土が 、Elrodの'021において尿素合成アルコールに組み込むのに適切であると考えら れていなかったという点でもまた驚くべきことである。 珪藻土は、しばしば実質的な量の他の鉱物（例えば、粘土）と混合した堆積物 中に見出される。珪藻土と粘土または他の鉱物とのこのような混合物は、尿素粒 子の硬度を改善するのに有効であることが見出された。この発見により、本発明 における使用のための珪藻土添加剤源として、かなりの程度の量の粘土または鉱 物不純物を有する珪藻土堆積物の使用が可能となる。 さらに、粘土堆積物は、しばしば鉱物不純物（例えば、石英、クリストバライ トおよび白雲母）を含む。本発明の粘土中の有意な量の鉱物不純物の含有は、尿 素粒子の硬度を改善するそれらの能力を低下させないことが見出された。 多くの改変、変形および適合が、請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸 脱することなく上記本発明の特定の実施態様になされ得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 エルロド，ジム エル. アメリカ合衆国 アラバマ 35645，キレ ン，ボックス 309−13，ルート ナンバ ー ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有する粒子状尿素であって、該 粒子状尿素が尿素とその中に均一に分散した微細に分離した無機フィラーとの混 合物から粒子状形態に変換され、該無機フィラーが、珪藻土、ナトリウムベント ナイト、カルシウムベントナイト、カオリン、ゼオライトおよびボールクレーか らなる群から選択される１つ以上のメンバーからなる、粒子状尿素。 ２．前記無機フィラーが前記混合物中に約0.1重量％〜約5.0重量％の範囲で存在 する、請求項１に記載の粒子状尿素。 ３．前記無機フィラーが前記混合物中に約0.5重量％〜約2.0重量％の範囲で存在 する、請求項１に記載の粒子状尿素。 ４．前記無機フィラーが珪藻土である、請求項１、２または３に記載の粒子状尿 素。 ５．前記無機フィラーがナトリウムベントナイトである、請求項１、２または３ に記載の粒子状尿素。 ６．前記無機フィラーがカルシウムベントナイトである、請求項１、２または３ に記載の粒子状尿素。 ７．前記無機フィラーがカオリンである、請求項１、２、３に記載の粒子状尿素 。 ８．前記無機フィラーがゼオライトである、請求項１、２または３に記載の粒子 状尿素。 ９．前記無機フィラーがボールクレーである、請求項１、２または３に記載の粒 子状尿素。 １０．改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有する粒子状尿素であって、 該粒子状尿素が尿素とその中に均一に分散した微細に分離した無機フィラーとの 混合物から粒子状形態に変換され、該無機フィラーが、珪藻土、ならびにナトリ ウムベントナイト、カルシウムベントナイト、カオリン、ゼオライトおよびボー ルクレーからなる粘土群の１つ以上からなる、粒子状尿素。 １１．前記無機フィラーが前記混合物の約0.1重量％〜約5.0重量％の範囲で存在 する、請求項１０に記載の粒子状尿素。 １２．前記無機フィラーが前記混合物の約0.5重量％〜約2.0重量％の範囲で存在 する、請求項１０に記載の粒子状尿素。 １３．改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有する粒子状尿素を製造する ための製造方法であって、以下の工程： 微細に分離した無機フィラーを溶融した尿素溶融物または尿素合成アルコール と組み合わせ、均一分散物にする工程であって、該無機フィラーが、珪藻土、ナ トリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、カオリン、ゼオライトおよび ボールクレーからなる群から選択される１つ以上のメンバーからなる、工程；お よび 該均一分散物を粒子状形態に変換する工程 を包含する方法。 １４．前記無機フィラーが前記均一分散物の約0.1重量％〜約5.0重量％の範囲で 存在する、請求項１３に記載の方法。 １５．前記無機フィラーが前記均一分散物の約0.5重量％〜約2.0重量％の範囲で 存在する、請求項１３に記載の方法。 １６．前記無機フィラーが珪藻土である、請求項１３、１４または１５に記載の 方法。 １７．前記無機フィラーがナトリウムベントナイトである、請求項１３、１４ま たは１５に記載の方法。 １８．前記無機フィラーがカルシウムベントナイトである、請求項１３、１４ま たは１５に記載の方法。 １９．前記無機フィラーがカオリンである、請求項１３、１４または１５に記載 の方法。 ２０．前記無機フィラーがゼオライトである、請求項１３、１４または１５に記 載の方法。 ２１．前記無機フィラーがボールクレーである、請求項１３、１４または１５に 記載の方法。 ２２．改善された抗固化、硬度および非粉砕特性を有する粒子状尿素の製造方法 であって、以下の工程： 微細に分離した無機フィラーを溶融した尿素溶融物または尿素合成アルコール と組み合わせ、均一分散物にする工程であって、該無機フィラーが、珪藻土、な らびにナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト、カオリン、ゼオライ トおよびボールクレーからなる粘土群から選択される１つ以上のメンバーからな る、工程；および 該均一分散物を粒子状形態に変換する工程 を包含する方法。 ２３．前記無機フィラーが前記均一分散物の約0.1重量％〜約5.0重量％の範囲で 存在する、請求項２２に記載の方法。 ２４．前記無機フィラーが前記均一分散物の約0.5重量％〜約2.0重量％の範囲で 存在する、請求項２２に記載の方法。