KR20230128501A - 복합 비료 펠릿의 제조 - Google Patents
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Abstract
인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계; 제1 혼합물 및 폴리할라이트 분말을 과립기에 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계; 및 과립기가 제2 혼합물을 가공하여 펠릿을 형성하는 동안 암모니아를 제2 혼합물에 공급하여 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는 단계를 포함하는, 펠릿화된 비료 제품을 형성하는 방법.
Description
본 발명은 비료 펠릿의 형성 방법 및 비료 펠릿에 관한 것이다.
식물이 이용할 수 있는 영양소를 보충하는 일반적인 방법은 뭉쳐진 펠릿 형태의 비료 제품으로 모판, 밭 또는 다른 생육 배지를 처리하는 것이다. 펠릿화된 제품은 안정적이고, 종래의 원예 또는 농업 기계를 이용하여 쉽게 살포되고, 원하는 살포량(application rate)으로 쉽게 분배되는 장점을 가질 수 있다.
다양한 비료 조성물을 이용할 수 있다. 특정 비료 조성물의 효율성은 이용되는 식물의 유형, 식물의 성숙 상태, 생육 배지의 현재 상태, 및 환경 조건을 포함하는 요인에 따라 달라진다.
주요 식물 영양소는 질소, 인, 칼륨, 마그네슘, 칼슘 및 황을 포함한다. 비료 조성물에서 이러한 각각의 영양 원소는 이들이 여러 화합물 중 임의의 것에 포함됨으로써 포함될 수 있다. 상이한 화합물이 동일한 기초 영양 원소를 포함할 수 있지만, 이러한 영양 원소의 생체이용률은 화합물이 분해되는 메커니즘에 따라 다를 수 있다. 영양소의 생체이용률은 비료의 화학적 또는 기계적 배합의 다른 측면의 결과로 달라질 수도 있다. 예를 들어, 일부 비료 펠릿은 영양소의 방출을 지연시키기 위해 천천히 분해되는 코팅 또는 결합제를 포함할 수 있고, 일부 화합물은 영양 원소를 방출하기 위해 생육 배지의 미생물총에 의존할 수 있고, 일부 조성물은 흡수를 개선하기 위해 영양소를 킬레이트 형태로 이용 가능하게 할 수 있다.
다중 영양소를 제공하기 위해 재배자는 다중 개별 비료 조성물 또는 대안으로 단일 다중 영양소 비료 조성물을 적용할 수 있다. 다중 영양소 조성물이 효과적이기 위해, 이의 구성 화합물은 적절하게 균형잡힌 비율로 존재해야 하고 다른 성분이 존재하는 경우에도 효과적으로 작용할 수 있어야 한다. 이러한 효율성은 비료의 함량 이외의 요인: 예를 들어 환경용수, 열 또는 특정 미생물총의 존재에 따라 달라질 수 있다. 다중 영양소 비료의 식물에 대한 효율성은, 특히 환경 요인에 따라 달라지는 경우, 예측하기 어렵다. 그러나, 다중 영양소 비료 조성물이 효과적인 경우 이는 작물에 적용하기 위해 한 번의 살포 작업만을 필요로 한다는 장점을 갖는다.
특정 광물, 특히 증발암 광물은 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 황과 같은 영양소의 공급원으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 석고는 펠릿화되고 칼슘 및 황의 공급원으로 사용될 수 있다.
폴리할라이트는 증발암 광물이다. 이는 일반식 K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O의 칼륨, 칼슘 및 마그네슘의 복합 수화 황산염이다. 폴리할라이트의 매장층은 여러 국가들 중에서도 오스트리아, 중국, 독일, 인도, 이란, 터키, 우크라이나, 영국 및 미국에 존재한다.
폴리할라이트는 농업 비료의 공급원으로서 가치가 있다. 일부 선행기술의 공정에서 천연 폴리할라이트를 분해하여 특정 영양소를 추출하는 것이 제안되었다. 예를 들어, WO 2013/074328, US 1,946,068 및 US 4,246,019를 참조한다. 그러나, 온전한 폴리할라이트는 토양에 황, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘을 공급할 수 있는 비료로도 사용할 수 있다.
폴리할라이트 광물은 가공되지 않은 분쇄된 형태로 살포될 수 있다. 이는 가공 비용을 최소화하지만 여러 단점을 갖는다. 토양에 적용되면 가공되지 않은 광물은 분해되는 데 시간이 소요되어 이의 성분의 생체이용률을 지연시킨다. 칩 형태로 적용되는 경우, 폴리할라이트는 불규칙한 형상 및 크기를 갖는 경향이 있으며, 이는 균일하게 적용하는 것이 어려울 수 있음을 의미하고, 일부 유형의 농업 살포 기계를 이용하여 적용하는 것이 어려울 수 있음을 의미한다. 분말형 폴리할라이트는 농업 분야에서 고르게 살포되기 어렵고, 폴리할라이트 분말은 흡습성을 가질 수 있기 때문에 공기에 노출되면 이의 기계적 특성은 시간이 지남에 따라 빠르고 급격하게 변할 수 있다.
쉽게 살포되고 특히 식물에 유익한 방식으로 다수의 영양소를 제공하는 비료 제품을 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 펠릿화된 비료 제품을 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계; 제1 혼합물 및 폴리할라이트 분말을 과립기에 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계; 및 과립기가 제2 혼합물을 가공하여 펠릿을 형성하는 동안 암모니아를 제2 혼합물에 공급하여 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는 단계를 포함한다.
과립기는 암모니아를 공급하는 동안 제2 혼합물을 혼합함으로써 제2 혼합물을 가공하여 펠릿을 형성할 수 있다. 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계는 인산에 암모니아를 도입하는 동안 인산을 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 제1 혼합물에 존재하는 암모니아는 인산과 반응하여 인산암모늄을 형성할 수 있고, 암모니아는 제1 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는 데 불충분한 양으로 도입될 수 있다. 제2 혼합물에 암모니아를 공급하는 단계는 제2 혼합물에 암모니아 가스를 도입하는 것을 포함할 수 있다. 제2 혼합물에 암모니아를 공급하는 단계는 제2 혼합물에 액체 암모니아를 도입하는 것을 포함할 수 있다. 제2 혼합물에 존재하는 암모니아는 인산과 반응하여 인산암모늄을 형성할 수 있고, 암모니아는 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는 데 충분한 양으로 도입될 수 있다. 암모니아 대 인산의 소정의 비는 인산으로부터 인산암모늄의 형성을 완료할 수 있고, 일정량의 암모니아가 소정의 비 미만으로 제1 혼합물에 도입될 수 있다. 암모니아 대 인산의 소정의 비는 인산으로부터 인산암모늄의 형성을 완료할 수 있고, 암모니아는 소정의 비를 실질적으로 충족시키도록 제2 혼합물에 도입될 수 있다.
인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계는 제1 혼합물에 액체를 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 액체는 물일 수 있다. 액체는 암모니아일 수 있다.
분말은 50 내지 500 ㎛ 범위의 질량 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 펠릿은 80 중량% 초과의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물을 포함할 수 있다. 펠릿이 20 중량% 내지 80 중량%의 인산암모늄을 포함하도록 일정량의 제1 혼합물이 폴리할라이트 분말에 첨가될 수 있다. 펠릿이 20 중량% 내지 80 중량%의 폴리할라이트 분말을 포함하도록 일정량의 제1 혼합물이 폴리할라이트 분말에 첨가될 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 주로 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물로 구성된 비료 펠릿이 제공된다.
펠릿은 60 중량% 내지 80 중량%의 인산암모늄을 포함할 수 있다. 펠릿은 20 중량% 내지 40 중량%의 폴리할라이트 분말을 포함할 수 있다. 펠릿은 80 중량% 초과의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본원에 기술된 복수의 펠릿을 포함하는 비료 제품이 제공된다. 본 발명의 제4 측면에 따르면, 50% 이상의 펠릿이 본원에 기술된 펠릿인 펠릿화된 비료 제품이 제공된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로 기술될 것이다. 도면에서:
도 1은 비료 제조 공정의 일반화된 개요를 도시한 것이다.
도 1은 비료 제조 공정의 일반화된 개요를 도시한 것이다.
하기 설명은 임의의 당업자가 본 발명을 구성하고 사용할 수 있도록 제공되며, 특정 분야의 맥락에서 제공된다. 개시된 실시양태에 대한 다양한 변형은 당업자에게 쉽게 명백할 것이다.
본원에 정의된 일반 원리는 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다른 실시양태 및 분야에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 나타낸 실시양태에 한정되는 것을 의도하지 않고, 본원에 개시된 원리 및 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합되는 것이다.
본 발명은 펠릿화된 비료 제품의 형성 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계 및 제1 혼합물과 폴리할라이트 분말을 과립기에 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 과립기가 제2 혼합물을 가공하여 펠릿을 형성하는 동안 암모니아를 제2 혼합물에 공급하여 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는 단계를 추가로 포함한다. 본 발명은 또한 주로 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물로 구성된 비료 펠릿에 관한 것이다.
도 1은 비료 제조 공정의 일반화된 개요를 도시한 것이다. 제조 공정은 도 1을 참조하여 기술될 것이다.
앞서 나타낸 바와 같이, 폴리할라이트는 일반식 K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O의 칼륨, 칼슘 및 마그네슘의 복합 수화 황산염이다. 폴리할라이트는 대략 2.5 내지 3.5의 모스 경도를 갖는다. 폴리할라이트는 채광에 의해 자연 보호구역으로부터 추출될 수 있다. 채광된 그대로의 폴리할라이트는 다른 광물과 밀접하게 결합될 수 있으며 이는 폴리할라이트에 불순물을 형성한다. 이러한 다른 광물은 낮은 비율로 존재하는 것이 바람직하다(예를 들어 양질의 광석 중 10% 미만 또는 5% 미만). 폴리할라이트는 채광되면 운송 및 가공에 적합한 크기의 블록 또는 칩으로 분해될 수 있다. 예를 들어, 채광된 그대로의 암석은 일반적으로 균일한 크기의 칩 재료를 생산하기 위해 조(jaw) 분쇄기 및/또는 콘 분쇄기와 같은 분쇄기에 공급될 수 있다. 대략 20 mm 이하의 최장 치수 및/또는 5 내지 10 mm의 평균 치수의 칩이 광산으로부터의 운송에 편리한 것으로 밝혀졌다. 칩은 컨베이어, 트럭 또는 임의의 다른 편리한 메커니즘에 의해 운송될 수 있다.
폴리할라이트 칩은 화살표 2로 표시된 제1 호퍼(1) 내로 로딩된다. 폴리할라이트 칩은 분말 형태로 가공될 제1 호퍼로부터의 생산물이다.
가공되지 않은 또는 칩 폴리할라이트를 가공하여 실질적으로 폴리할라이트의 분말을 형성한다. 이는 고압 분쇄 롤러(HPGR) 장비(3)를 이용하여, 또는 볼 밀(예를 들어 연속식 "Hardinge" 볼 밀) 또는 어트리터(attritor) 밀에서 적절하게 수행될 수 있다. 분말의 평균 입자 크기는 분말화 장비에서의 공급원료의 체류 시간 및 분말화 장비의 구성을 포함하는 다양한 공정 파라미터에 따라 달라진다. 분말화 장비를 빠져나가는 너무 큰 입자는 추가 가공을 위해 장비로 돌아갈 수 있다. 바람직한 분말 크기는 후속 가공 단계의 성질에 따라 달라지지만, 500 ㎛ 스크린으로 분말화 공정의 생산물을 스크리닝하고 추가 가공을 위해 재료가 스크린을 통과하게 하여 우수한 결과를 얻을 수 있음이 밝혀졌다. 분말화 장비를 빠져나가고 스크린을 통과하지 않는 너무 큰 입자는 추가 가공을 위해 분말화 장비로 돌아갈 수 있다. 공정의 다음 단계로 전달되는 분말의 편리한 프로파일은 500 ㎛ 스크린을 100% 통과하고 200 ㎛ 스크린을 80%(질량 기준) 통과하는 것이다. 편리하게는 분말의 질량 중 50% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상이 50 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 100 내지 250 ㎛ 범위의 입자 크기 또는 최장 또는 평균 직경을 갖는 입자로 구성된다. 입자 크기는 Malvern Mastersizer 3000에 의해 측정된 것 또는 체 쉐이커에 의해 측정된 것일 수 있다.
채광된 암석 중 불순물은 채광된 암석이 분말화되기 전에 분리될 수 있다. 대안으로, 불순물이 원하는 광물에 대하여 상당히 낮은 비율로 존재하는 경우 유지되고 분말화될 수 있다. 따라서, 분말화된 폴리할라이트는 다른 광물도 포함할 수 있다.
분말화 폴리할라이트는 에어 사이클론(4)을 통과한다. 에어 사이클론(4)은 분말화 폴리할라이트를 원하는 크기를 갖는 입자로 분리하고 너무 큰 입자는 에어 사이클론(4)으로 떨어져 재순환된다. 에어 사이클론(4)으로부터의 배출물은 제2 호퍼(5)로 로딩된다. 제2 호퍼(5)는 혼합하고 펠릿화할 수 있는 장비로 배출한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 제2 호퍼(5)는 과립기(6)로 배출할 수 있다.
과립기(6)에는 또한 예비중화기(7) 및 제1 저장 탱크(8)로부터의 액체가 공급된다. 제1 저장 탱크(8)는 액체 암모니아 또는 암모니아 가스를 보유한다. 액체 암모니아와 암모니아 가스 모두 공정에서 사용되는 경우가 존재한다. 이러한 경우에, 액체 암모니아 및 암모니아 가스용 별개의 저장 탱크가 존재할 수 있다. 액체 암모니아 또는 암모니아 가스 중 하나에 대한 언급은 각각의 일부 또는 하나에 이어 다른 하나를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 공정 동안 액체 암모니아 또는 암모니아 가스 중 하나만 사용할 수 있다.
제2 저장 탱크(9)는 인산을 보유한다. 제1 저장 탱크(8) 및 제2 저장 탱크(9)는 예비중화기(7)에 연결된다. 예비중화기(7)에는 제2 저장 탱크(9)로부터의 인산 및 제1 저장 탱크(8)로부터의 암모니아 액체/가스가 공급된다. 일정량의 인산이 예비중화기(7)에 도입되고 이어서 암모니아 액체/가스가 튜브에 의해 인산에 공급되어 암모니아 액체/가스가 인산을 통해 버블링되어 산과 반응할 수 있다. 예비중화기(7)는 예비중화기(7)에 존재하는 액체를 혼합하는 혼합 패들(10)을 포함할 수 있다. 예비중화기(7) 내의 인산과 암모니아 액체/가스의 조합은 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성한다. 제1 혼합물은 슬러리 형태로 존재할 수 있다.
암모니아 액체/가스가 인산에 도입되는 경우 암모니아 액체/가스는 인산과 반응한다. 이러한 반응은 인산암모늄의 생성을 유발한다. 암모니아 액체/가스의 도입으로 제1 혼합물의 pH가 감소한다. 도입되는 암모니아 액체/가스의 양은 제1 혼합물의 pH가 약 5 내지 6으로 감소하도록 선택될 수 있다. 인산일암모늄(MAP), 인산이암모늄(DAP) 또는 둘의 조합은 인산에 도입되는 암모니아 액체/가스의 양에 따라 예비중화기 내의 제1 혼합물에서 생성될 수 있다. 제1 혼합기에 도입되는 암모니아 액체/가스의 양은 인산암모늄(원하는 바에 따라 MAP 또는 DAP 형태)의 형성을 완료하는 데 필요한 양보다 적다. 이는 인산암모늄의 형성이 완료되는 경우 혼합물에 남아있는 인산이 실질적으로 없음을 의미한다.
인산으로부터 인산암모늄의 형성을 완료시키는 암모니아 대 인산의 소정의 비가 존재한다. 이러한 소정의 비는 목표 비일 수 있다. 소정의 비는 MAP 또는 DAP가 생성되는지에 따라 달라진다. MAP에 대한 소정의 비는 1:1이다. DAP에 대한 소정의 비는 2:1이다.
물이 예비중화기에 도입되어 인산과 암모니아의 혼합을 보조할 수도 있다.
예비중화기(7)가 과립기(6)에 연결되어 예비중화기(7)가 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 과립기(6)에 공급할 수 있다. 제1 저장 탱크가 과립기(6)에 추가로 연결되어 과립기(6)에 암모니아 액체/가스가 직접 공급될 수 있다.
이러한 과립기 장비의 예는 예를 들어 Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co KG로부터 이용 가능한 강력 혼합기/과립기이다. 과립기는 작동할 때 가공된 재료를 배출하여 연속적으로 실행되게 할 수 있도록 구성될 수 있다. 대안으로, 과립기는 재료가 정의된 프로그램에 따라 가공되고 이어서 한번에 배출되는 배치 기반으로 작동할 수 있다.
폴리할라이트 분말은 제2 호퍼(5)로부터 과립기(6)로 전달된다. 제1 혼합물은 또한 예비중화기(7)로부터 과립기(6)로 전달된다. 과립기(6)로 전달되는 폴리할라이트 분말과 제1 혼합물의 양은 최종 펠릿의 원하는 폴리할라이트 대 인산암모늄의 비에 따라 선택된다. 폴리할라이트 분말과 제1 혼합물을 첨가하여 과립기(6)에 의해 혼합되어 제2 혼합물을 형성한다.
암모니아 액체/가스는 제1 저장 탱크(8)로부터 과립기로 주입된다. 따라서 암모니아 액체/가스는 제2 혼합물로 주입된다. 주입되는 암모니아 액체/가스의 양은 제2 혼합물에서의 인산암모늄의 형성을 완료하도록 선택된다. 제2 혼합물을 시험하여 제2 혼합물의 pH가 약 7에 도달하는 때를 결정할 수 있으며 이는 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성이 완료됨을 나타낸다. 제2 혼합물 중의 인산암모늄은 예비중화기(7) 및 과립기(6)로 도입되는 암모늄의 양에 따라 DAP 또는 MAP의 형태로 존재할 수 있다.
예비중화기(7)로부터의 액체의 도입은 또한 폴리할라이트 분말의 응집, 및 따라서 과립기(6)에서의 제2 혼합물의 응집 및 펠릿화를 유발하는 효과를 갖는다.
과립기 내의 폴리할라이트 분말에 도입되는 제1 혼합물 및 암모늄의 양은 펠릿의 폴리할라이트 분말 대 인산암모늄의 원하는 비에 따라 선택될 수 있다. 펠릿의 폴리할라이트 분말 대 인산암모늄의 중량비는 일반적으로 1:10, 1:5, 3:10, 2:5, 1:2, 3:5, 7:10, 4:5, 9:10, 1:1, 10:9, 5:4, 10:7, 5:3, 2:1, 5:2, 10:3, 5:1, 10:1일 수 있다.
펠릿은 20 중량% 초과의 폴리할라이트, 30 중량% 초과의 폴리할라이트, 40 중량% 초과의 폴리할라이트, 50 중량% 초과의 폴리할라이트, 60 중량% 초과의 폴리할라이트, 70 중량% 초과의 폴리할라이트, 80 중량% 초과의 폴리할라이트를 포함할 수 있다. 바람직하게는 비료 제품은 80 중량% 미만의 폴리할라이트, 보다 바람직하게는 60 중량% 미만의 폴리할라이트, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 40 중량%의 폴리할라이트, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 35 중량%의 폴리할라이트를 포함할 수 있다.
펠릿은 20 중량% 초과의 인산암모늄, 30 중량% 초과의 인산암모늄, 40 중량% 초과의 인산암모늄, 50 중량% 초과의 인산암모늄, 60 중량% 초과의 인산암모늄, 70 중량% 초과의 인산암모늄, 80 중량% 초과의 인산암모늄을 포함할 수 있다. 바람직하게는 비료 제품은 20 중량% 초과의 인산암모늄, 40 중량% 초과의 인산암모늄, 보다 바람직하게는 60 중량% 내지 80 중량%의 인산암모늄, 보다 바람직하게는 65 중량% 내지 80 중량%의 인산암모늄을 포함할 수 있다.
펠릿은 주로 중량 기준으로 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물로 구성될 수 있다. 펠릿은 중량 기준으로 80 중량% 초과의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 85 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 90 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 95 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 96 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 97 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 98 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 99 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물, 중량 기준으로 99.5 중량%의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물을 포함할 수 있다.
펠릿화 공정의 완료시, 펠릿은 과립기(6)로부터 건조용 컨베이어일 수 있는 건조기(14)로 배출된다. 펠릿은 인산암모늄 및 폴리할라이트를 포함한다. 펠릿을 대략 150℃의 온도로 가열할 수 있는 건조기(14)에서의 대략 3분의 체류 시간은 펠릿을 적절하게 건조하는 데 충분한 것으로 밝혀졌다. 이는 펠릿을 경화시킬 수 있다. 폴리할라이트 분말, 인산 및 암모니아를 이용하여 제조된 펠릿은 2.2 kgf 영역의 분쇄 강도를 가질 수 있다. 이는 허용 가능한 농업용 펠릿에 대한 2.2 kgf의 일반적으로 허용되는 하한과 필적한다. 리버스 제트 에어 필터를 이용하여 건조기로부터 수분을 추출할 수 있다. 건조기의 작동 온도 및 체류 시간은 후속 취급에 대한 바람직한 강도를 갖는 펠릿을 제공하도록 선택될 수 있다. 회전식 건조기를 이용하여 펠릿을 건조할 수 있다.
건조기(14)로부터 배출된 건조된 재료를 스크리닝하여 원하는 크기 범위의 펠릿으로부터 너무 작은 및/또는 너무 큰 펠릿을 분리할 수 있다. 원하는 크기 범위는 예를 들어 4 mm 스크린을 통과하지만 2 mm 스크린을 통과하지 않는 것일 수 있다. 대안으로, 원하는 적용에 적절한 다른 크기를 선택할 수 있다.
건조된 펠릿을 제1 크기 스크리너(12)에 통과시켜 원하는 큰 크기를 갖는 펠릿으로부터 너무 큰 펠릿을 분리할 수 있다. 너무 큰 펠릿은 재분쇄된다. 이는 적절하게는 고압 분쇄 롤러(HPGR) 장비(16)를 이용하여, 또는 볼 밀(예를 들어, 연속식 "Hardinge" 볼 밀) 또는 어트리터 밀에서 수행될 수 있다. 재분쇄된 펠릿은 제2 호퍼(5)로 공급되어 공정을 통해 다시 재순환된다. 건조된 펠릿을 제2 크기 스크리너(13)에 통과시켜 원하는 작은 크기를 갖는 펠릿으로부터 너무 작은 펠릿을 분리할 수 있다. 너무 작은 펠릿은 제2 호퍼(5)로 다시 공급되어 과립기(6)로 다시 도입되어 공정을 통해 다시 재순환된다.
마지막으로, 적절한 크기의 펠릿(화살표 17로 나타냄)은 냉각되고 예를 들어 600 kg 백 또는 25 kg 색(sack)에 포장되거나(15), 사용하거나 다른 곳에서 추가 가공하기 위해 자유롭게(loose) 운반될 수 있다. 펠릿은 농업용으로 공급될 수 있다. 최종적으로 펠릿은 밭 또는 다른 농업 또는 원예 기질에 살포되어 비료로 작용할 수 있다. 복합 펠릿은 비옥화 외의 목적을 위해 사용될 수 있다.
다른 첨가제가 펠릿에 포함될 수 있다. 이러한 첨가제는 임의의 조합의 하기 중 1종 이상일 수 있다:
- 예를 들어 저장 수명을 늘리거나, 환경 오염 물질에 대한 민감성을 감소시키거나, 살포하는 동안 분해될 가능성을 감소시키는, 펠릿을 화학적 및/또는 기계적으로 안정화하고/하거나 보존하는 효과를 갖는 성분(예를 들어 pH 완충제);
- 예를 들어 밭에서 폴리할라이트의 분해를 가속하거나 지연시킴으로써, 폴리할라이트 및/또는 인산암모늄의 시비(fertilising) 효과를 향상시키는 효과를 갖는 성분;
- 시비 이외의 수단으로 작물의 성장을 보호하거나 향상시키는 효과를 갖는 성분: 예를 들어 제초제, 살진균제, 살충제, 쥐약, 호르몬, 식물 자극제 또는 균근균 또는 포자;
- 종자: 속씨식물, 겉씨식물 및/또는 작물 종(예를 들어 밀, 옥수수, 쌀, 기장, 보리, 귀리 또는 호밀과 같은 곡물)의 종자일 수 있음;
- 폴리할라이트 및 인산암모늄 외에 다량영양소 또는 미량영양소를 제공하는 추가의 비료 조성물;
- 안료;
- 토양의 pH를 변화시키는 효과를 갖는 성분: 예를 들어 석회 또는 유황.
이러한 성분은 공정의 임의의 적절한 단계에서 첨가될 수 있다. 예를 들어 이러한 성분은 상기 과립화 단계 전 또는 동안 폴리할라이트 분말과 조합되거나, 폴리할라이트/인산/암모니아 혼합물과 조합되거나, 인산/암모니아 혼합물과 조합되거나, 건조 전 또는 후에 펠릿에 분무되거나 코팅될 수 있다.
복합 펠릿은 바람직하게는 보이드를 실질적으로 포함하지 않으며, 예를 들어 1 부피%, 2 부피% 또는 5 부피% 이하의 공기를 갖는다.
특성이 단일 펠릿에 대하여 앞서 명시된 경우, 그러한 기준은 (i) 벌크 전체에 대한 평균값, (ii) 벌크 전체에 대한 중앙값, 또는 (iii) 필수 특성을 갖는 벌크 비료의 50% 초과 또는 80% 초과의 펠릿으로 벌크 펠릿화 비료의 경우에 적용될 수 있다.
세 가지 실시예에서, DAP 예비중화기 슬러리는 인산과 암모니아 가스를 5 내지 6의 pH로 혼합함으로써 생성되었다. 폴리할라이트 분말을 칭량하고 과립화 혼합기에 첨가하였다. 과립화 혼합기에서 폴리할라이트 분말을 혼합하고 슬러리를 폴리할라이트 분말에 주입하여 첨가하였다. 이어서 암모니아 가스를 혼합물에 주입하였다. 슬러리 분말 혼합물이 약 7의 pH에 도달하면, 혼합물에 열을 적용하여 건조하고 과립화를 시작하였다. 과립이 형성되었고 Tyler 5-9 체를 이용하여 스크리닝하여 원하는 2 내지 4 mm 입자 크기의 과립을 스크리닝하였다.
제1 실시예에서, 3.36 kg의 인산을 예비중화기에 첨가하고 혼합하였으며 pH가 약 6에 도달할 때까지 암모니아 가스가 버블링되었다. 1,550 mL의 물을 공정 전체에 걸쳐 첨가하여, 혼합물의 pH 범위가 1.6 내지 5일 때 혼합물이 불용성 단계를 통과하는 것을 보조하였다. 1 kg의 폴리할라이트를 과립화 혼합기에 첨가하고 슬러리를 도입하였다. pH가 약 7에 도달할 때까지 암모니아 가스가 버블링되었고 이어서 혼합물을 과립화하여 펠릿을 제조하였다. 형성된 펠릿을 원하는 2 내지 4 mm 입자 크기로 스크리닝하였다. 형성된 펠릿의 경도는 2.3 kgf이었다. 형성된 펠릿은 80% DAP 대 20% 폴리할라이트 분말의 중량비를 가졌다.
제2 실시예에서, 2.73 kg의 인산을 예비중화기에 첨가하고 혼합하였으며 pH가 약 6에 도달할 때까지 암모니아 가스가 버블링되었다. 1,250 mL의 물을 공정 전체에 걸쳐 첨가하여, 혼합물의 pH 범위가 1.6 내지 5일 때 혼합물이 불용성 단계를 통과하는 것을 보조하였다. 1.75 kg의 폴리할라이트를 과립화 혼합기에 첨가하고 슬러리를 도입하였다. pH가 약 7에 도달할 때까지 암모니아 가스가 버블링되었고 이어서 혼합물을 과립화하여 펠릿을 제조하였다. 형성된 펠릿을 원하는 2 내지 4 mm 입자 크기로 스크리닝하였다. 형성된 펠릿의 경도는 2.1 kgf이었다. 형성된 펠릿은 65% DAP 대 35% 폴리할라이트 분말의 중량비를 가졌다.
제3 실시예에서, 1.68 kg의 인산을 예비중화기에 첨가하고 혼합하였으며 pH가 약 6에 도달할 때까지 암모니아 가스가 버블링되었다. 1,000 mL의 물을 공정 전체에 걸쳐 첨가하여, 혼합물의 pH 범위가 1.6 내지 5일 때 혼합물이 불용성 단계를 통과하는 것을 보조하였다. 3 kg의 폴리할라이트를 과립화 혼합기에 첨가하고 슬러리를 도입하였다. pH가 약 7에 도달할 때까지 암모니아 가스가 버블링되었고 이어서 혼합물을 과립화하여 펠릿을 제조하였다. 형성된 펠릿을 원하는 2 내지 4 mm 입자 크기로 스크리닝하였다. 형성된 펠릿의 경도는 2.1 kgf이었다. 형성된 펠릿은 40% DAP 대 60% 폴리할라이트 분말의 중량비를 가졌다.
본원에서 본 출원인은, 특징 또는 특징의 조합이 본원에 개시된 임의의 문제를 해결하는지에 관계 없이, 그리고 청구항의 범위에 한정되지 않고, 당업자의 공통적이고 일반적인 지식을 고려하여 특징 또는 조합이 전체적으로 본 명세서에 기반하여 수행될 수 있는 정도로, 본원에 기술된 각각의 개별적 특징 및 2종 이상의 이러한 특징의 임의의 조합을 별개로 개시한다. 본 출원인은 본 발명의 측면이 임의의 이러한 개별 특징 또는 특징의 조합으로 이루어질 수 있음을 지적한다. 전술한 설명을 고려하여, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다.
Claims (22)
- 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계;
제1 혼합물 및 폴리할라이트 분말을 과립기에 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계; 및
과립기가 제2 혼합물을 가공하여 펠릿을 형성하는 동안 암모니아를 제2 혼합물에 공급하여 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는 단계
를 포함하는, 펠릿화된 비료 제품을 형성하는 방법. - 제1항에 있어서, 과립기는 암모니아가 공급되는 동안 제2 혼합물을 혼합함으로써 제2 혼합물을 가공하여 펠릿을 형성하는 것인 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계는 인산에 암모니아를 도입하는 동안 인산을 혼합하는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 혼합물에 존재하는 암모니아가 인산과 반응하여 인산암모늄을 형성하며, 제1 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는데 불충분한 양으로 암모니아를 도입하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아를 제2 혼합물에 공급하는 단계는 암모니아 가스를 제2 혼합물에 도입하는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아를 제2 혼합물에 공급하는 단계는 액체 암모니아를 제2 혼합물에 도입하는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 혼합물에 존재하는 암모니아가 인산과 반응하여 인산암모늄을 형성하며, 제2 혼합물 내에서 인산암모늄의 형성을 완료하는데 충분한 양으로 암모니아를 도입하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아 대 인산의 소정의 비는 인산으로부터 인산암모늄의 형성을 완료시키고, 소정의 비 미만으로 일정량의 암모니아를 제1 혼합물에 도입하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 암모니아 대 인산의 소정의 비는 인산으로부터 인산암모늄의 형성을 완료시키고, 암모니아를 제2 혼합물에 도입하여 소정의 비를 실질적으로 충족시키는 것인 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 인산과 암모니아의 제1 혼합물을 형성하는 단계는 액체를 제1 혼합물에 첨가하는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제10항에 있어서, 액체는 물인 방법.
- 제10항에 있어서, 액체는 암모니아인 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 분말은 50 내지 500 ㎛ 범위의 질량 평균 입자 크기를 갖는 것인 방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 펠릿은 80 중량% 초과의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 펠릿이 20 중량% 내지 80 중량%의 인산암모늄을 포함하도록 일정량의 제1 혼합물을 폴리할라이트 분말에 첨가하는 것인 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 펠릿이 20 중량% 내지 80 중량%의 폴리할라이트 분말을 포함하도록 일정량의 제1 혼합물을 폴리할라이트 분말에 첨가하는 것인 방법.
- 주로 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물로 구성된 비료 펠릿.
- 제17항에 있어서, 60 중량% 내지 80 중량%의 인산암모늄을 포함하는 비료 펠릿.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 20 중량% 내지 40 중량%의 폴리할라이트 분말을 포함하는 비료 펠릿.
- 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 80 중량% 초과의 폴리할라이트 분말과 인산암모늄의 혼합물을 포함하는 비료 펠릿.
- 제17항 또는 제18항에 청구된 복수의 펠릿을 포함하는 비료 제품.
- 펠릿 중 50% 이상이 제17항 내지 제21항 중 어느 한 항에 청구된 펠릿인 펠릿화된 비료 제품.
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