JPS6335598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、粒状塩基性燐酸肥料の製造方法に関
するものである。 更に詳しくは運送、機械施肥等の際の物理的応
力に対し難崩壊・難粉化性で、かつ酸性土壌改良
効果を有する粒状塩基性燐酸肥料の製造方法に関
するものである。 温暖多雨な気候条件の吾が国では、土壌からの
塩基の溶脱が激しく、酸性土壌は広く全国土に分
布している。土壌の酸性化は肥効成分の作物によ
る利用率を低下させるばかりでなく、種々の作物
生理障害の原因となることから、各種の酸性土壌
改良資材が開発されている。 肥効に関しても、酸性土壌に於いて顕著にその
肥効が低下するものに燐酸肥料成分が挙げられ、
その利用率向上の観点から各種燐酸肥料形態が提
案されているが、酸性土壌改良効果を併せ有する
塩基性燐酸肥料は、その望ましい形態の一つと言
えよう。 現在市販されている塩基性燐酸肥料としては、
吾が国独自の製法による熔成燐肥がある。 熔成燐肥は公知の如く、燐鉱石と蚊紋岩のよう
な珪酸苦土含有物質を加熱熔融し、熔融物を冷水
等で急速冷却することにより得られる非晶質の粉
末状塩基性燐酸肥料であり、その酸性土壌改良効
果への評価から使用形態のほとんどは単肥で施用
されている。しかし、近年のエネルギー価格の高
騰化に伴い、加熱熔融工程を採用する熔成燐肥の
製造は、年々その経済性を低下させてきており、
単位燐酸成分当りでみると高価な燐酸肥料になり
つつある。一方、製品形態面からは、仮比重が
1.5〜1.7と重く、且つガラス状粉末から成るもの
で、均一に多量散布することが困難であるばかり
でなく、散布時にガラス状粉末の飛散による粉塵
問題が発生しやすい等、その製品形態に由来する
取扱い性の面での不都合さが指摘されて久しい。
これらの問題点を改善する方法として粒状化方法
が特公昭39−13022、特公昭39−22916及び特公昭
42−25179等で提案されてきたが、実用化される
には至つておらず、依然として問題は解決されて
おらない。このように経済性、肥効性および取扱
い性に優れた酸性土壌改良効果を併せ有する粒状
の塩基性燐酸肥料は未だ存在せず、その早期実用
化が期待されている。 本発明者等は、製造が容易で、取扱い性に優
れ、酸性土壌改良効果を併せ有する燐酸肥効の高
い粒状塩基性燐酸肥料を経済的に製造することを
目的として種々検討を重ねた結果、可溶性石灰及
び／又は可溶性苦土と可溶性珪酸とから主として
成る鉱滓等の副生塩基性物質と燐酸及び／または
酸性リン酸塩とを特定の量比に配合し、反応させ
ながら造粒することにより、運送、機械施肥等の
際の物理的応力に対し難崩壊性、難粉化性を有
し、取り扱い性に優れ、燐酸の肥効性が高く且つ
酸性土壌改良効果を併せ有する粒状塩基性燐酸肥
料を工業的有利に製造できることを見い出し、本
発明を完成した。 即ち、本発明の要旨は、可溶性石灰及び可溶性
苦土の少くとも一種と可溶性珪酸とを含有し、か
つ燐の含有率がP₂O₅として２％（重量）以下で
ある塩基性物質とP₂O₅濃度35％（重量）以下の
燐酸水溶液及び／または酸性燐酸塩とを、式(1) Ａ／MO＝0.05〜0.45 ……(1) 〔式中、MOは塩基性物質中の可溶性アルカリ土
類金属の酸化物換算モル数を表わし、Ａは燐酸及
び／または酸性燐酸塩より由来する遊離燐酸の
P₂O₅換算モル数を表わす。〕 で規定される組成範囲になるように配合し、反応
させながら造粒することを特徴とする粒状塩基性
燐酸肥料の製法にある。 本発明を詳細に説明するに、本発明で原料とし
て使用する塩基性物質は可溶性カルシウム及び可
溶性マグネシウムの少くとも１種と可溶性珪酸と
を含有するものであり、通常は1000℃以上の高温
過程を経て生成する各種の産業廃棄物がその原料
として用いられる。代表的なのとしては製鉄、製
鋼の際の高炉滓及び転炉滓、フエロマンガン、フ
エロニツケル、フエロシリコン、ニツケル、ステ
ンレス鋼、燐等を製造する際の鉱滓など金属精錬
に際して排出される鉱滓が用いられる。またカー
バイド、セメント等の製造に際し発生するダスト
や微粉炭の燃焼灰（フライアツシユ）等も用いら
れる。これらは実質的に燐を含まないか又は燐を
含むとしてもその含有量はP₂O₅換算で２％以下
であり、そのままで燐酸肥料として使用されるこ
とはない。本発明ではこのような各種の産業廃棄
物を単独で又は２種以上配合して塩基性物質とし
て使用する。 即ち本発明の原料として使用される塩基性物質
の典型的なものは、カルシウム、マグネシウム、
珪素、アルミニウム、鉄の酸化物から実質的にな
り、そのアルカリ土類及び珪素の50％以上が可溶
性のものである。場合によつては、上述の如き産
業廃棄物に更に消石灰、炭酸カルシウム、水酸化
マグネシウム、ドロマイト等の塩基性石灰、苦土
資材を配合して、塩基性物質の組成を調整しても
よいが、その配合量は塩基性物質中30％（重量）
以下とするのが好ましい。塩基性物質中の可溶性
アルカリ土類金属と可溶性珪酸との比率
（CaO＋MgO／SiO₂（モル比））は通常１：0.05〜2.00 であり、好ましくは１：0.10〜1.00である。塩基
性物質中の可溶性アルカリ土類金属及び可溶性珪
酸の含有率は高い方が好ましいが、不溶性成分が
含まれていても差支えない。従つて徐冷した転炉
滓のように可溶性成分の比率の低いものも原料と
して使用しうる。なお、本発明における可溶率の
測定は、肥料分析法（昭和52年３月、農林省農業
技術研究所発行）に準じて行なう。すなわち塩基
性物質2.5ｇを0.5Nの塩酸200mlに投入し５分間煮
沸してとかし、冷却したのち水を加えて250〜500
mlとし、乾燥紙で過したのち液について溶
出した量を定量することにより行なう。 鉱滓等の如く一般に粒径が小さいほど可溶率が
高いものを塩基性物質として使用する場合は、微
粉砕して可溶率を高くしておくのが好ましい。通
常、塩基性物質は粉末として用いられる。通常、
塩基性物質としては可溶性アルカリ土類金属と可
溶性珪酸との合計量（CaO＋MgO＋SiO₂）が50
％（重量）以上のものが用いられる。 また、燐酸としては通常、燐鉱石の湿式鉱酸分
解で得られる湿式燐酸が用いられるが、乾式法に
よつて得られた燐酸も使用できることは言うまで
もない。燐酸はP₂O₅濃度35％（重量）以下の水
溶液となる様にして使用される。また酸性燐酸塩
としては過燐酸石灰、重過燐酸石灰、燐酸アンモ
ニウム等、塩基性物質と反応する遊離燐酸を放出
し得る物質が挙げられる。 本発明は塩基性物質と燐酸及び／または酸性燐
酸塩とを反応させながら造粒することにより所望
の効果を挙げえる特徴を持つが、その反応造粒装
置としては、通常化成肥料の造粒に使用される回
転ドラム型造粒機、皿型造粒機、更には流動床型
造粒機やパドルミキサー型造粒機等が使用出来
る。しかして燐酸源として酸性燐酸塩粉末を使用
する場合には、塩基性物質粉末と酸性燐酸塩粉末
を常法に従つて配合量を調節し混合槽中で均一に
混合したのち水をバインダーとして反応させなが
ら造粒し、要すれば乾燥して製品とする。 又、燐酸源として燐酸液または酸性燐酸塩溶液
を使用する場合には、予じめ準備された所定量の
塩基性物質粉末あるいは、塩基性物質粉末と酸性
燐酸塩粉末の混合粉末にそれらを溶液状で添加
し、要すれば水の併用の下に反応させながら造粒
させたのち要すれば乾燥して製品とする。 本発明おける塩基性物質と燐酸及びまたは酸性
燐酸塩の配合比率は、塩基性物質中の可溶性アル
カリ土類金属の酸化物換算モル数と燐酸及び／ま
たは酸性燐酸塩より由来する遊離燐酸のP₂O₅換
算モル数とが次式 Ａ／MO＝0.05〜0.45 （式中、MO及びＡは前示式(1)で定義されたもの
と同一の意義を有する。） で規定される組成範囲になるように調整する必要
があり、好ましくはＡ／MO＝0.10〜0.40に調整
する。 なお、本発明で酸性燐酸塩より由来する遊離燐
酸とは、水及び多量の塩基性物質の存在下に酸性
燐酸塩から遊離し得る燐酸であり、例えば酸性燐
酸塩として重過燐酸石灰を例にとると次の通りで
ある。 即ち、重過燐酸石灰の主成分であるCa
（H₂PO₄）₂H₂Oは水の存在下で次式に示すように
解離するので塩基性物質の存在下では１モルの
Ca（H₂PO₄）₂・H₂Oから１モルの燐酸が遊離する
と計算される。 Ca（H₂PO₄）₂・H₂O＋nH₂OH₃PO₄＋CaHPO₄
・2H₂O また、酸性燐酸塩として燐安を使用する場合
は、２モルの（NH₄）H₂PO₄から１モルの燐酸
が遊離すると計算する。 ２（NH₄）H₂PO₄（NH₄）₂HPO₄＋H₃PO₄ しかして、本発明においては原料の配合モル比
を上記範囲内に調節して反応させながら造粒する
ことによつて、生成物の塩基性を保持するととも
に、造粒物の粒強度を著しく向上させることが出
来る。すなわち、上記モル比の範囲外において遊
離燐酸量が不足する場合には、造粒は可能ではあ
るが粒強度の充分に高い粒が得られない。これは
粒強度発現要因と考えられる塩基性物質と遊離燐
酸との間の骨格形成反応が不充分となるためと考
えられる。 一方、遊離燐酸量が過剰の場合には、骨格形成
反応が過反応となり、その結果、粒強度が低下す
るのみならず、生成物の塩基性が損われ、場合に
よつては、酸性側に片寄り所期の効果を達成出来
ない。 また、原料の配合モル比を上記範囲内に調節し
ても、反応時に造粒操作を行なわず、反応終了後
に生成物の粉末を、常法に従い水をバインダーと
して造粒した場合には、造粒は可能であり、生成
物は塩基性を示すものの、その粒強度は著しく低
く、物理的応力に対する抗力が弱く速やかに崩壊
するものとなつてしまう。 このように、本発明においては、原料配合モル
比を調節することと、反応時に造粒操作を行うこ
とによつて、従来達成することの出来なかつた極
めて粒強度の高く、取扱い性に優れた、酸性土壌
改良効果を併せ有する粒状塩基性燐酸肥料を製造
することが出来るものである。 また本発明の肥料を製造するに当り土壌改良効
果を増強させる有機物資材や作物にとつて不可欠
の栄養素であるMo、Zn、Ｂ等の微量要素源を適
宜反応系中に混入することも可能である。 以上、述べた本発明の効果を前記の各種条件と
関連せしめつつ更に具体的に説明する。 (1) 反応モル比と生成物の物性 フエロニツケル鉱滓（可溶性MgO24.7％、
可溶性CaO12.1％、可溶性SiO₂40.7％）及び製
鉄高炉滓（可溶性MgO5.3％、可溶性CaO34.8
％、可溶性SiO₂29.1％）のそれぞれの粉末と湿
式燐酸（P₂O₅42％）とを用いて、反応系のモ
ル比が第１表に記載の成分比となるように設定
し、各鉱滓粉末に室温にて、所定量の湿式燐酸
を添加しつつ、造粒水分に不足を生じない様に
適宜水を補充し、皿型造粒機にて、15分間造粒
した。乾燥后、粒径2.0〜2.4mmのものを対象に
生成物の物性測定を行つた。反応モル比及び生
成物物性値は第１表に示す通りである。

【表】 第１表に示す通り、生成物の塩基性は反応モ
ル比が大きくなるにつれて減少する。 同一反応モル比でも使用する鉱滓の種類によ
つて生成物PHに差異があるのは、各々の鉱滓の
特性に由来するものである。生成物の粒硬度に
ついてみると、反応モル比が増大するにつれて
粒硬度も増大するが、反応モル比で0.45を上廻
ると顕著に粒硬度が低下する。この傾向は、鉱
滓の種類間でも、ほぼ同一傾向であり、反応モ
ル比によつて、生成物粒硬度に顕著な差異が生
じることがわかる。 製品取扱い性の面から好ましい粒硬度を得る
には、反応モル比で0.05〜0.45好ましくは0.10
〜0.40の範囲にて反応させながら造粒する必要
がある。 (2) 反応造粒の製品粒硬度に及ぼす効果 上記で使用したフエロニツケル鉱滓粉末と湿
式燐酸を使用し、反応モル比を0.10、0.20、
0.30に設定した。一方は、本発明の方法である
反応をさせながら造粒操作を上記と同様に行い
乾燥後供試々料とした。もう一方は鉱滓粉末と
所定量の湿式燐酸を造粒操作を行うことなく反
応させた後、乾燥し、次いで乾燥物を粉砕して
得られた粉末を、水をバインダーとして皿型造
粒機にて造粒し、乾燥後供試々料とした。各供
試々料（2.0〜2.4mm粒状品）の物性測定値は第
２表に示す通りである。

【表】 第２表に示すように、本発明においては、反
応モル比をある特定の範囲に設定することと反
応に際して、造粒操作を同時に行わしめること
よつてのみ、著しく粒硬度の高い取扱い性に優
れた粒状塩基性燐酸肥料を製造しうることを確
認した。これらの作用効果については、全てを
解明するには至つていないが、化学分析、Ｘ−
線回析、及び電子顕微鏡による粒子内部構造の
解析等の結果によれば、粒硬度が発現する機構
は、大略以下の如く推定される。即ち、本発明
方法による生成系組成は、反応生成物であるゲ
ル状珪酸及び水に難溶性の微細な燐酸アルカリ
土類金属塩結晶（例えばCaHPO₄・2H₂O、
MgHPO₄・3H₂O等）と、未反応の粗大塩基性
物質の三成分から成つていると推定され、その
珪酸分はゲル化する過程で、あたかも糊剤の如
く他の二成分と結合し、ゲル化の完了に従い肥
料粒子の強度が発現してくるものと思われる。
しかして本発明方法においては、粒硬度発現
上、上記三成分の存在とその構成比が多大の影
響力を持つと考えられ、第１表に示した如く、
単に反応モル比の増大が必ずしも粒硬度増大に
はつながらず、反応モル比が0.45を上廻るよう
な条件下では過反応となり、未反応粗大塩基性
物質が極度に消耗されることから、三成分の構
成比に歪みが生じ、粒硬度の低下を結果するも
のと思われる。 又、反応させながら造粒せずして、単に反応
させただけの生成物を乾燥粉砕後、水をバイン
ダーとして造粒した場合に、高い粒硬度が得ら
れない原因は、乾燥処理によりゲル化を完了し
た珪酸分は、既に不活性化し、水による再造粒
の場合に、反応造粒の場合の如く糊剤として効
果しないためと思われる。 しかして、本発明にて提示する特定の反応モ
ル比範囲にて反応しながら造粒する場合にの
み、高い粒硬度を保持する上で、適した三成分
構成比を形成し、且つ、反応により活性化して
くる珪酸分の効果を有効に活用出来るものと推
察される。 次に本発明を実施例により更に詳細に説明する
が、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。 なお、以下の実施例において、Ｔ−P₂O₅は全
燐酸、Ｓ−は可溶性、Ｃ−は拘溶性を示し、測定
法は肥料の分析法に従つて行なつた。また、PHは
粉砕試料１ｇを100ｇの蒸留水に溶解されたもの
について測定し、粒硬度は粒径2.0〜2.4mmのもの
20粒の平均値である。 実施例 １ フエロニツケル鉱滓粉末（Ｓ−CaO12.1％、Ｓ
−MgO24.7％、Ｓ−SiO₂40.7％）30.0Kgとカーバ
イト炉ダスト（Ｓ−CaO56.6％、Ｓ−MgO16.1
％、Ｓ−SiO₂9.4％）35.0Kgを混合し、この混合
物を内径１ｍの皿型造粒機にて、40.r.p.m.で回転
させつつ、湿式燐酸（P₂O₅28％）73.2Kgを噴霧し
ながら15分間で反応させながら造粒し、乾燥後
100.5Kgの造粒品を取得した。造粒取得品の物性
値は次の通りである。 含有成分分析値（％） Ｔ−P₂O₅ 20.37％ Ｃ−P₂O₅ 20.37％ Ｓ−CaO 24.12％ Ｓ−MgO 13.08％ Ｃ−MgO 12.36％ Ｓ−SiO₂ 15.30％ PH． 8.48 粒硬度 1.81Kg／粒 実施例 ２ フエロニツケル鉱滓粉末（Ｓ−CaO12.1％、Ｓ
−MgO24.7％、Ｓ−SiO₂40.7％）12.6Kgと、カー
バイト炉ダスト（Ｓ−CaO56.6％、Ｓ−MgO16.1
％、Ｓ−SiO₂9.4％）35.0Kg及び重過燐酸石灰粉
末（P₂O₅44.0％）58.0Kgを混合する。 この混合物を内径１ｍの皿型造粒機にて、40r.
p.m.で回転させつつ水を噴霧しながら室温にて15
分間で反応させながら造粒し乾燥后、102.5Kgの
造粒品を取得した。造粒取得品の物性値は次の通
りである。 含有成分分析値（％） Ｔ−P₂O₅ 25.48 Ｃ−P₂O₅ 25.45 Ｓ−CaO 31.61 Ｓ−MgO 8.82 Ｃ−MgO 8.47 Ｓ−SiO₂ 7.92 PH． 10.84 粒硬度 1.74Kg／粒 実施例 ３ ステンレス鉱滓粉末（Ｓ−CaO42.8％、Ｓ−
MgO11.3％、Ｓ−SiO₂18.6％）1200Kgに粗製水酸
化マグネシウム（MgO60％）140Kgを混合し、こ
の混合物を内径１ｍ、長さ５ｍの回転ドラム型造
粒機にて、24r.p.m.で回転させつつ湿式燐酸
（P₂O₅30.0％）1360Kgを噴霧して反応させながら
造粒した。造粒物を乾燥後、2008Kgの粒状製品を
取得した。製品の物性値は次の通りである。 含有成分分析値（％） Ｔ−P₂O₅ 20.38 Ｃ−P₂O₅ 20.38 Ｓ−CaO 25.68 Ｓ−MgO 10.92 Ｃ−MgO 10.88 Ｓ−SiO₂ 11.04 PH． 8.87 粒硬度 1.92 次に、実施例１において得られた製品（粒径
0.7〜3.0mm）について、従来の塩基性肥料の一種
である熔成燐肥（Ｃ−P₂O₅21.1％、Ｃ−
MgO17.2％、Ｓ−CaO30.9％、Ｓ−SiO₂22.7％）
と、過燐酸石灰（Ｓ−P₂O₅19.5％）を対象に肥効
試験を行い肥効結果を比較した。 肥効試験 作物：小麦、農林26号 規模：圃場試験１区８m²、３連 土壌：火山灰土壌 肥料：Ｎ成分としては、硫安（N21％）を、Ｋ成
分としては塩化加里（以下、塩加と略記する。
K₂O60％）を次の如く配合した。

【表】 施 肥 Ｎ：基肥 ６Kg／10a 追肥 ６Kg／10a P₂O₅：全量基肥 13Kg／10a K₂O：基肥 ６Kg／10a 追肥 ６Kg／10a 栽 培 基肥 11月20日 追肥 （N.K）．３月16日 播種 11月21日 収獲 ６月９日

【表】

【表】 以上の肥効試験からも明らかなように、本発明
の粒状塩基性燐酸肥料を使用した試験区において
は、従来の熔成燐肥及び過燐酸石灰を使用した試
験区よりも稈重、子実等ともに優れた生育と示し
ていた。このことは、本発明肥料が粒状ながらも
土壌中において比較的速やかに可給態となつて、
直ちに供試作物の成育を促進するものであるのに
対し、熔成燐肥の場合は土壌中での可給化が直ち
には進まず土壌中に可給化されないまま一部残留
するためと考えられる。 又、過燐酸石灰の場合は、この三つの供試肥料
中、最つとも肥効の発現が速やかであるが、それ
自体酸性肥料であり、本供試土壌のような火山灰
土壌ではアルミニウム、鉱の活性度も高く燐酸分
の固定化が大きかつたものと推察される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可溶性石灰及び可溶性苦土の少くとも一種と
   可溶性珪酸とを含有し、かつ燐の含有率がP₂O₅
   として２％（重量）以下である塩基性物質の粉末
   とP₂O₅濃度35％（重量）以下の燐酸水溶液及
   び／または酸性燐酸塩とを、式(1) Ａ／MO＝0.05〜0.45 ……(1) 〔式中、MOは塩基性物質中の可溶性アルカリ土
   類金属の酸化物換算モル数を表わし、Ａは燐酸及
   び／または酸性燐酸塩より由来する遊離燐酸の
   P₂O₅換算モル数を表わす。〕 で規定される組成範囲になるように配合し、反応
   させながら造粒することを特徴とする粒状塩基性
   燐酸肥料の製法。