JPH1160359A - 緩効性カリ肥料 - Google Patents

緩効性カリ肥料

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JPH1160359A
JPH1160359A JP9214876A JP21487697A JPH1160359A JP H1160359 A JPH1160359 A JP H1160359A JP 9214876 A JP9214876 A JP 9214876A JP 21487697 A JP21487697 A JP 21487697A JP H1160359 A JPH1160359 A JP H1160359A
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cao
slow
potassium
sio
fertilizer
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JP9214876A
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Tatsuto Takahashi
達人 高橋
Makoto Kato
誠 加藤
Kenji Matsubara
健次 松原
Minoru Hosoda
実 細田
Akira Yamaguchi
明良 山口
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低SiO2含有原料を用いた緩効性カリ肥料。 【解決手段】 結晶とガラス体の二相からなる構造を有
し、K2O はガラス体に含まれて結晶には含まれていな
い。この構造体は、低SiO2含有原料にカリウム塩を加え
て溶融し、冷却過程で最初に徐冷して、肥料の水溶率を
高める塩基成分例えばCaO を結晶として析出させ、K2O
を含む結晶が析出する前に適当な温度例えば950℃で
急冷に切替えることによって造られる。 【効果】 ガラス体では、SiO2とAl2O3の和に対してK2O
とCaO の和の量が多いと水溶率が高くなる。全体ではS
iO2濃度が低くCaO 濃度が高くても、K2O を含むガラス
体ではCaO が希釈されているので、水溶率の低い緩効性
に優れたカリ肥料となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、肥料要素のうち
カリウムを含む肥料のうち、カリウムが一時に溶出する
ことなく徐々に溶出し続ける緩効性カリ肥料に関する。
【0002】
【従来の技術】よく知られているように、植物の生育に
とって肥料は欠かせないが、中でも窒素、燐酸、カリウ
ムは三大成分として、成育に合わせたこれらの適切な施
肥が豊かな稔りをもたらす。肥料は土壌に施され、灌水
に溶解し植物の根から少しづつ時間をかけて吸収され
る。しかし、植物の吸収は数日から数週間かけて行われ
るので、この間に吸収されずに流れ去ってしまうものも
ある。
【0003】水に溶けやすい肥料ではこの流れ去る分が
多く、このような肥料では少量づつ何回も手間をかけて
施肥する必要があった。そこで、植物の吸収に合わせ
て、養分が少しづつ溶出する緩効性肥料が考えだされ
た。緩効性には、三大肥料要素を単独に含むものや複合
して含むもの、或いは補助要素を同時に含むもの等があ
る。
【0004】三大肥料要素のうち、窒素、燐については
比較的早くから緩効性化が行われたが、反応性に富むカ
リウムについては溶出速度を制御することが難しく、そ
の開発が一歩遅れた。一方、カリウムは、成育の初期に
は少量でよいが、結実期には多量にこれを必要とする野
菜が多い。この時期、トマトなどでは、燐酸の5倍以
上、窒素の3倍ものカリウムが必要になる。
【0005】肥料に緩効性を付与するために、植物が根
から分泌するクエン酸が利用される。即ち、水に不溶の
肥料を作り灌水によるカリウムの流出を防ぎ、同時にク
エン酸の存在下では可溶の肥料として根から分泌するク
エン酸に溶解させる。こうして、植物の根の近くで且つ
根が発育し多くのクエン酸を分泌するに従い多量に溶解
させるようにする。その方法として、カリウムをシリカ
と結合させて水に不溶とすることが行われている。
【0006】従来、このような緩効性カリ肥料として、
珪酸ガラスにカリウムを加えて溶融し珪酸カリガラスに
したもの、或いは石炭の燃焼排ガスから回収されるフラ
イアッシュを用い、これにカリウムを加えて焼成したも
の等が知られていた。
【0007】例えば、特開昭55−51785号公報に
は、火力発電所で回収されるフライアッシュにカリ源と
5〜20%の微粉炭を添加して造粒し、この微粉炭を燃
料として流動炉により800〜1100℃で焼成する製
造方法が記載されている。そして、K2 Oを22%程度含
む焼成物を得、K2 Oが高い比率でク溶化されており、水
溶性のK2 Oがわずかしか含まれなかったことを開示して
いる。
【0008】ク溶とは、2wt% クエン酸水溶液に可溶で
あると言う意味であり、水溶とは水に可溶であることを
言う。殆どの場合、水溶性のカリはク溶性でありク溶性
カリの一部が水溶性である。緩効性の指標として、肥料
に含まれるカリウムのク溶率と水溶率が度々用いられ、
ク溶率即ち全カリウムに対するク溶性カリウムの率が高
く、水溶率即ち全カリウムに対する水溶性カリウムの率
が低い肥料が緩効性肥料として評価される。
【0009】上記の緩効性カリ肥料は、焼成によりカリ
ウムをK2 Oとし更にK2 OをSiO2や他の酸化物と結合さ
せ、水に溶け出すことを防ごうとするものである。この
場合に、他の酸化物の種類や量が異なると、K2 Oとの結
合状態が異なり水溶防止の効果が異なってくる。例え
ば、フライアッシュ原料型でも国内炭からのフライアッ
シュと輸入炭からのフライアッシュとでは、石炭の種類
が異なったけでク溶率も水溶率も違ってくる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、世の中には
石炭からのフライアッシュの他にも、安価で大量に得ら
れるSiO2含有材料がある。しかし、これらの材料では、
一般に含まれるSiO2の量が上記珪酸ガラスやフライアッ
シュよりも少ない。いわば低SiO2材料である。珪酸ガラ
スではSiO2を65wt% 〜80wt% 含み、フライアッシュでは
50wt% を超えて含むが、低SiO2材料では50wt% に達
しない。
【0011】そして、このような低原料にはSiO2濃度が
低い分必然的に緩効性を低下させるような成分が多く含
まれている。したがって、カリウムを加えて緩効性肥料
を製造しようとしてもその水溶率が高くなる。このた
め、安価で大量に得られる低SiO2含有材料からなる低Si
O2濃度の緩効性肥料は未だ開発されていない。
【0012】この発明は、安価で大量に副成する低SiO2
原料を利用することができる緩効性カリ肥料を提供しよ
うとするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
の手段は、次の発明である。
【0014】第1の発明は、SiO2、Al2O3、K2 O、CaO
、FeO 、MnO 及びMgO が全体の85wt% 以上を占め、S
iO2とAl2O3の和が25wt% から50wt% の範囲で存在
し、K2 Oを含んだガラス体とK2 Oを含まない結晶とから
なる緩効性カリ肥料である。
【0015】低SiO2原料では、SiO2を主成分とはする
が、SiO2を超えるCaO が含まれていたり、FeO 、MnO 等
も数wt%〜10数wt% 程度含まれていたりする。又Al2O
3はSiO 2に較べ少なく数%であり、SiO2とAl2O3を合わせ
ても50wt% に達しない。例えば、鉄鋼の製錬過程で副
成するスラグは、製錬過程の段階により成分比が異なる
が、概してSiO2とCaO が多い成分であり、他にAlやFe、
Mn、Mg等の酸化物を含む。なお、Feは二価酸化物が主で
あるが、一部が三価の酸化物として存在している。この
発明においては、スラグ中Fe分として分析されたもの
は、FeOであるものとして扱った。
【0016】この発明の緩効性肥料は、ガラス体と結晶
との二相構造とし、ガラス体にはK2 Oを含むが、結晶に
はが含まれない構造となっている。不要な成分を結晶と
して、ガラス内から取り除き、これによってK2 Oと共存
する不要な成分の量を減らし、ガラス内にK2 OとSiO2
集めて、緩効性にとって好ましい成分比にした肥料であ
る。この肥料は、溶融低SiO2原料にカリウム塩を加え
て、溶融状態から冷却を制御することにより得られ、極
めて広い組織範囲で所期の特性を示すものである。
【0017】しかし、如何に低SiO2とは言え、SiO2とAl
2O3はガラスの骨格を形成する成分であり、SiO2とAl2O3
の和が少なくとも25wt% 存在しないと酸素を介した無
定形結合が連続して得られず、ガラス体が形成されな
い。
【0018】第2の発明は、前記K2 Oが全体の5wt% か
ら30wt% 存在する前記の緩効性カリ肥料である。
【0019】緩効性カリ肥料には、少なくとも5wt% 程
度のK2 Oがないと施肥量が多くなりすぎ、又、30wt%
を超えてK2 Oを含ませると、不要成分だけを結晶として
ガラス体から取り除くことが困難になるので、濃度を5
wt% 〜30wt% とする。
【0020】第3の発明は、前記結晶がCaO とSiO2の複
合化合物である前記の緩効性カリ肥料である。
【0021】CaO は不要成分であり、K2 Oと同一組織内
に共存するCaO の濃度が高いとK2 Oの水溶率が高くな
る。ところで、肥料組成物が高温で溶融している状態か
ら冷却するとき、CaO は結晶を形成し易く、K2 Oは結晶
を形成し難い。このとき、CaOは一部のSiO2を伴いSiO2
との複合化合物として析出する。CaO の濃度が高いとSi
O2よりもCaO の比率が高い複合化合物が析出し、又一部
のSiO2が結晶に移行してもCaO が取り除かれることによ
って、ガラスの水溶化は抑制される。
【0022】
【発明の実施の形態】発明の緩効性肥料は、低SiO2原料
にカリウムを加え、高温で溶融された均質状態から冷却
されて製造される。この冷却過程で、冷却速度をコント
ロールし、徐冷により結晶を析出させた後急冷すると、
ガラス体に結晶が分散した構造の冷却体が得られる。
【0023】溶融状態でカリウムはK2 Oとして存在する
が、K2 Oの低い領域においては、高温で結晶化し難い。
このため、徐冷から急冷に切り換える温度を適当に選ぶ
と、徐冷段階ではK2 Oを含まない結晶が析出し、K2 Oは
急冷段階で生成されるガラスに含まれる。
【0024】例えば、1300℃の溶融状態から徐冷す
ると2CaO・SiO2が析出してくる。そして、900℃まで
徐冷した後急冷すると、K2 Oは急冷により生成されたガ
ラス体に含まれる。このようにして得られる冷却体で
は、K2 Oはガラス体にのみ存在し、緩効性を低下させる
CaO の多くは結晶中に析出している。このため、SiO2
度の低い緩効性カリ肥料でも良好なク溶率を示す。
【0025】前述したように、低SiO2原料ではSiO2の量
を超えるCaO が含まれていることもあるが、CaO が多い
場合には、K2Oの水溶率が高くなり緩効性が低下する。
しかし、CaO の量がSiO2の量を超えるような組成の溶融
物では徐冷段階で2CaO・SiO2の複合化合物が最初に析出
してくる。したがって、溶融体のCaO 濃度はSiO2の2倍
の比率で低下する。このため、K2O が存在するガラス部
分は、CaO 濃度が下がり、K2Oの水溶率が低下し緩効性
が向上する。
【0026】発明者らの研究によると、K2OとCaO が共
存するガラスでは、CaO 濃度が緩効性に影響する。その
影響を図1に示す。図で、縦軸はK2Oのク溶率及び水溶
率であり、横軸はSiO2とAl2O3の和に対するCaO とK2Oの
和の重量比である。上の曲線がク溶率を示し、下の曲線
が水溶率を示す。上記の重量比が大きくなると水溶率が
上昇し、小さくなり過ぎるとク溶率が低下する。
【0027】一般に緩効性カリ肥料では、K2O濃度が高
くなるとク溶率、水溶率ともに高くなり、K2O濃度が低
くなると溶け出し難くなることが知られている。K2Oと
同様CaOも塩基成分であるので、CaOの濃度が高くなると
K2Oのク溶性・水溶性がともに増大するものと考えられ
る。
【0028】更に、低SiO2原料を用いた単相ガラスで
は、CaO の濃度が高くなると水溶率が変動する。図2
は、K2O濃度を一定にし、CaO の濃度を変えた溶融体で
急冷して単相試料を作成し、水溶率を測定してCaO の濃
度別に測定値のバラツキを調べたものである。n数は1
0である。
【0029】測定値の相対偏差はCaO の濃度が40wt%
を超えると急激に大きくなって行く。これは、K2Oと共
存するCaO の濃度が高いと、製品の性能がバラツクこと
を意味しており、この点でもCaO を結晶としてK2Oと分
離し、CaO を減らしたガラス体にK2Oを閉じ込める二相
肥料では、安定した性能が得られる。
【0030】
【実施例】原料として、高炉銑に脱珪、脱燐、脱硫など
の処理を施した後の熔融スラグを用い、K2CO3を添加し
た後約1350℃に加熱して均一な溶融体とし、950
℃まで徐冷した後急冷し、結晶とガラス体とからなる試
料を作製した。
【0031】この例では、SiO229wt% 、Al2O37wt%
、K2O8wt% 、CaO 46wt% 、FeO とMnO とMgO を合わ
せて8wt% 、その他2wt% である。その他の内容は、燐
や硫黄等の微量成分と揮発成分など燃焼損失分を合わせ
たもので、工程分析では定量されないものである。上記
の成分組成を図3の(a)に示す。
【0032】溶融状態から急冷し全体をガラス化する
と、上記成分組成を有する単相肥料が得られる。これ
を、一部結晶とし他部をガラス化した二相構造の肥料(
以下、二相肥料と称す) とすると、各成分濃度は図3
(b)図のようになる。太線内の部分が、結晶として析
出した量である。CaO 46wt% のうち35wt% 及びSiO2
29wt% のうち19wt% がCaO とSiO2の複合化合物の結
晶として析出している。これらの結晶の全体に占める率
は54wt% である。
【0033】その結果、ガラス体に残ったCaO は11wt
% であり、SiO2は10wt% である。これをガラス体に対
する百分率に換算するとCaO は24wt% 、SiO2 は22w
t%、K2Oは18wt% である。これらの百分率を他の成分
とともに図4に示す。単相肥料では、46wt% を占める
CaO が二相肥料では24wt% に低下している。
【0034】同一の溶融体から急冷して得た単相肥料で
は、(SiO2+Al2O3)に対する(CaO+K2O)の重量比は1.5
であり、水溶率は32%であったが、発明の二相肥料に
したものでは、上記の重量比は1.1であり水溶率は6
%と良好であった。しかも、水溶率のバラツキが小さ
く、その相対偏差は5%に過ぎなかった。
【0035】
【発明の効果】以上述べてきたように、この発明の緩効
性肥料は、結晶とガラス体の二相からなる構造を有し、
K2Oはガラス体に含まれて結晶には含まれていない。そ
して、肥料の水溶率を高めるCaO は結晶に移行し、ガラ
ス体ではその濃度が低下している。このため、肥料全体
のSiO2濃度が低くても水溶率の低い緩効性に優れた肥料
となっている。このようにして、安価で大量に得られる
副生成物等の低SiO2原料を緩効性肥料に活用することを
可能としたこの発明の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(SiO2+Al2O3)に対する(CaO+K2O)の比とク溶率
及び水溶率との関係を示すグラフである。
【図2】CaO 濃度と水溶率の相対偏差の関係を示すグラ
フである。
【図3】発明の緩効性肥料の一例を示す組成図であり、
(a)は全体の平均組成を示し、(b)は結晶及びガラ
スの組成を示す。
【図4】発明の緩効性肥料の一例でのガラスの組成図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C05D 9:02) (72)発明者 細田 実 神奈川県川崎市川崎区南渡田町一丁目1番 日本鋼管テクノサービス株式会社内 (72)発明者 山口 明良 愛知県名古屋市昭和区御器所町 名古屋工 業大学内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiO2、Al2O3、K2 O、CaO 、FeO 、MnO
    及びMgO が全体の85wt% 以上を占め、SiO2とAl2O3
    和が25wt% から50wt% の範囲で存在し、K 2 Oを含ん
    だガラス体とK2 Oを含まない結晶とからなることを特徴
    とする緩効性カリ肥料。
  2. 【請求項2】 前記K2 Oが全体の5wt% から30wt% 存
    在する請求項1記載の緩効性カリ肥料。
  3. 【請求項3】 前記結晶がCaO とSiO2の複合化合物であ
    る請求項2記載の緩効性カリ肥料。
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