PL224023B1 - Mikroelementowy nawóz mineralny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mikroelementowy nawóz mineralny fosforowo-potasowy zawierający magnez i wapń, o zwiększonej zawartości mikroelementów i wydłużonym, wielosezonowym działaniu.

Nawozy mineralne stosowane dotychczas są wprowadzane do gleb corocznie, ponieważ zawi erają związki chemiczne azotu, potasu, fosforu, magnezu i wapnia oraz mikroelementów, które są łatwo rozpuszczane w roztworze glebowym. Część z nich może być wymywana ze środowiska glebowego przez opady atmosferyczne trafiając do wód powierzchniowych i grantowych. Zatem jedynie tylko ich część zostaje przyswojona pracz rośliny lub związana w glebie,

Dla zwiększenia stopnia wykorzystania nawozów mineralnych i ograniczenia ich strat, ziarna tradycyjnych nawozów mineralnych pokrywa się warstwą polimeru. Warstwa ta utrudnia kontakt z wodą oraz spowalnia rozpuszczanie. Takie nawozy są znane jako otoczkowane nawozy mineralne o powolnym uwalnianiu składników użytecznych, Do otoczkowania używane są m.in. żywice mocznikowo-formaldehydowe, których roztworem pokrywa się granule mieszanek nawozów lub nasyca nim i spaja. Otoczka spełnia rolę błony półprzepuszczalnej, przez którą przenika woda rozpuszczając związki chemiczne nawozu, a ich składniki, drogą dyfuzji, migrują na zewnątrz zasilając roztwory glebowe. Tym sposobem wydłuża się okres działania nawozu do całego sezonu wegetacyjnego.

Polski patent 207 458 ujawnia polimery organiczne w postaci hydrożeli, które służą do zatrzymywania wody w glebach, wykazujących często stały jej niedobór. Niedogodnością środków, które poprawiają żyzność gleb a jednocześnie zawierają polimery organiczne jest fakt, iż polimery te rozkł adają się powoli, a wielokrotne ich stosowanie skutkuje gromadzeniem się resztek polimeru w glebie, co jest ekologicznie niekorzystne.

Znane są także nawozy o powolnym uwalnianiu składników użytecznych, zawierające składniki mineralne i substancje organiczne pochodzenia naturalnego, które wiązane są olejem roślinnym w miejsce polimeru.

Brytyjskie patenty nr 1512637 i 2037735 ujawniają szkła fosforanowe sodowo-wapniowo-magnezowe, wykorzystywane jako nawozy mineralne o powolnym uwalnianiu składników użytecznych. Wytwarza się je przez stapianie fosforanu sodu z CaO i MgO w formie węglanów, których zawartością reguluje się szybkość uwalniania składników nawozu. Posiadają one następujący skład chemiczny wyrażony w % masowych: P₂O₅ 38-50, Na₂O 26-50, CaO 0-28, MgO 0-28, a ponadto 0,1-20 pierwiastków, stosowanych jako mikroelementy.

Polski patent nr 185 229 ujawnia krzemianowe szkło nawozowe o kontrolowanej szybkości uwalniania składników użytecznych, zawierające MgO, P₂O₅, CaO oraz ewentualnie mikroelementy w łącznej ilości do 10% mas, nie precyzując ilościowego składu więźby, warunkującego przyjęcie maksymalnej ilości określonego rodzaju mikroelementu.

Ponadto w publikacji WO007/132497A ujawniono nawóz wieloskładnikowy z, matrycy szklanej, zawierający wagowo: 0,5-30% SiO₂, 0-20% AI₂O₃, 3-37,4% CaO, 0,5-22,9% MgO, 0-10,45% Na₂O, 2-45% K₂O, 0-22% ZnO, 0,03-4% ZrO₂, 0,001-4,0% TiO₂, 0-38% Fe₂O3, 0-18% B₂O3, 2-45% P₂O5, 0-18% MnO₂, 10-12% Co₃O₄, 0-18% CuO, 0-16% MoO₃ i 0-10% SO₃. Nawóz ten otrzymuje się z mieszaniny surowców mineralnych, w tym z grupy skaleni oraz kaolinitu, a jej skład odpowiada założonemu składowi chemicznemu nawozu.

Celem przedmiotowego wynalazku jest nawóz mineralny o zwiększonej zawartości mikroelementów, który zapewnia przedłużone uwalnianie składników użytecznych nie wywołując przy tym szkodliwego efektu przedozowania.

Przedmiotem wynalazku jest mikroelementowy nawóz mineralny fosforowo-potasowy zawierająca magnez i wapń, o wydłużonym, wielosezonowym działaniu, zawierający spolimeryzowaną więźbę, utworzoną z SiO₂ i 5-30% mas. P₂O₅ oraz wypełnienie więźby, które stanowią: 10-20% mas. MgO i 10-20% mas. CaO, 5-15% mas. K₂O, oraz mikroelementy to jest B₂O₃ w ilości 0-5% mas., Fe₂O₃ 0-10% mas., CuO 0-8% mas., ZnO 0-20% mas., MnO₂ 0-20% mas. i MoO₃ 0-10% mas. każdy lub zmieszane w dowolnych proporcjach, charakteryzuje się tym, że zawiera 31-55% mas. SiO₂, a łączna zawartość SiO₂ i P₂O₅ mieści się w granicach 35-60% mas., natomiast łączna ilość mikroelementów wynosi 0-18% mas., a stosunek sumy zawartości SiO₂ i P₂O₅ do sumy zawartości pozostałych składników wyrażonych w molach jest mniejszy od 1,0.

PL 224 023 B1

Niniejszy wynalazek ujawnia nawóz wyróżniający się kontrolowaną szybkością uwalniania składników użytecznych. Szybkość uwalniania jest regulowana zapotrzebowaniem roślin, które zmienia się wraz 7 postępem wegetacji.

Kontrolowaną szybkość uwalniania składników użytecznych uzyskuje się poprzez odpowiedni dobór składników chemicznych nawozu oraz proporcji ilościowych pomiędzy nimi, co nadaje nawozowi jednorodną, spolimeryzowaną, krzemianowo-fosforanową budowę wewnętrzną.

Nawóz według wynalazku cechuje się postacią szklistą, jego głównymi składnikami są SiO₂ i P₂O₅, które łączą się z sobą trzema wiązaniami chemicznymi, tworząc spolimeryzowaną, trójwymiarową więźbę przestrzenną krzemianowo-fosforanową, w której tkwią atomy pozostałych składników (K, Mg, Ca, mikroelementy), wypełniające wolne przestrzenie więźby i wysycające wolne wiązania chemiczne atomów tlenu. Jest ona podobna do budowy naturalnych krzemianów, tworzących szkielet mineralny gleby, które stanowią naturalne źródło zaopatrzenia roślin.

Powoduje to, że uwalnianie składników pokarmowych, które zawiera, odbywa się odmiennie niż z dotychczas stosowanych nawozów, gdzie spowolnienie wywołuje półprzepuszczalna otoczka pol imerowa.

Składniki użyteczne przedmiotowego nawozu mineralnego, pobierane są bezpośrednio przez system korzeniowy rośliny z udziałem wydzielanych przez nie kwasów organicznych, drogą ekstrakcji z szkieletu polimerycznego materiału. Polega ona na wymianie poszczególnych pierwiastków przez jony wodorowe pochodzące od kwasów organicznych, dostarczanych przez korzenie roślin. Szybkość pobierania poszczególnych pierwiastków jest zatem różna i zależy od siły ich wiązań chemicznych w strukturze. Najszybciej uwalniany jest fosfor a następnie kolejno potas, magnez, wapń i mikroelementy. Najwolniej uwalniana jest krzemionka SiO₂, która przyjmuje najpierw postać żelu, zatrzymującego wilgoć i przejściowo niektóre składniki użyteczne gleby, zanim ulegnie całkowitemu rozpuszczeniu, co jest korzystne. Krzemionka przechodzi do gleby w formie przyswajalnej przez rośliny i częściowo zostaje przez nie wykorzystana, pozostała część uczestniczy w tworzeniu agregatów glebowych, jako czynnik spajający jej ziarna, poprawiając strukturę gleby. Istotne jest, iż składniki przedmiotowego nawozu nie rozpuszczają się w sposób bezpośredni lub rozpuszczają się w małym stopniu w roztworach glebowych, co nadaje przedmiotowemu nawozowi właściwość długookresowego i bezpiecznego dla środowiska działania.

Dzięki temu nawóz według wynalazku może zawierać większą niż nawozy dotąd znane zawartość pierwiastków działających jako mikroelementy, gdyż roślina pobiera je w ilościach jej potrzebnych i nie występuje efekt szkodliwego przedozowania, znany z nawozów tradycyjnych, w których mikroelementy znajdują się w formie siarczanów lub innych łatwo rozpuszczalnych soli i można wprowadzać je w minimalnych ilościach.

Sposób uwalniania składników zawartych w nawozie jest podobny do naturalnego wietrzenia minerałów, jaki zachodzi w środowisku glebowym. Wszystkie składniki zawarte w nawozie zostają wykorzystane dla poprawy wegetacji roślin i zwiększenia plonów, bowiem uwalniane są one w łatwo przyswajalnej przez rośliny formie jonowej, równocześnie nawóz nie wprowadza anionów chlorkowych, siarczanowych, fluorkowych i innych o szkodliwym działaniu. Odróżnia to korzystnie nawóz według wynalazku od innych nawozów mineralnych o powolnym uwalnianiu składników użytecznych.

Rodzaj i zawartość składników można zmieniać w szerokim zakresie, stosownie do wymogów upraw i właściwości gleby, bez niebezpieczeństwa ich szkodliwego przedozowania. Nawóz syntetyzuje się przez współstapianie surowców wprowadzających składniki, a powstały jednorodny stop schł adza się dla nadania mu szklistej postaci. Powstaje w ten sposób szklisty polimer nieorganiczny krzemianowo-fosforanowy, którego skład chemiczny został tak dobrany, że w glebie składniki użytkowe uwalniane są z niego w ilościach stosownych do aktualnych potrzeb roślin, które zmieniają się w okresie wegetacyjnym wraz z ich wzrostem. Okres działania nawozu jest wydłużony do dwóch lub więcej sezonów wegetacyjnych, co zostało potwierdzone w uprawach polowych i pod osłonami. Wszystko to odróżnia go korzystnie od innych nawozów mineralnych dotąd wytwarzanych.

Nawóz według wynalazku otrzymuje się z mieszaniny substancji stosowanych w nawożeniu upraw rolnych, a zawierających pierwiastki wchodzące w jego skład. Są to: fosforan dwuwapniowy (CaHPO4^.2H2O), apatyt (Ca5OH(PO4)3), potaż (K2CO3), magnezyt (MgCO3), serpentynit (MgSiO3), dolomit (CaMg(CO3)2), piasek kwarcowy (SiO2), mikroelementy jako tlenki lub w formie ich soli. Te ostatnie w trakcie wytwarzania nawozu rozkładają się i zamieniają w postać tlenkową. Surowce te mogą być zastępowane w całości lub części przez substancje odpadowe pochodzące z recyklingu, jeżeli są wolne od składników toksycznych lub szkodliwych ekologicznie, jak krzemionka odpadowa

PL 224 023 B1 przemysłu chemicznego, odpad powstający z pozyskiwania związków boru z boranu wapniowego colemanitu.

Z wyżej wymienionych składników wytwarzana jest mieszanina, której skład odpowiada założonemu, składowi chemicznemu nawozu. Stanowi ona wsad, który stapia się w temperaturze 1350-1450°C w zależności od składu, znanym sposobem, stosowanym w produkcji krzemianowego szkła gospodarczego i w urządzeniach stosowanych do tego celu. Strugę ciekłego stopu zestala się przez szybkie studzenie strumieniem powietrza lub w wodzie otrzymując szklistą frytę. Fryta rozdrobniona do wymaganego uziarnienia, zwykle 0,3-0,8 mm, stanowi gotowy produkt.

Z płynnego stopu znanymi sposobami można wytwarzać wełnę szklaną jako bioaktywne mineralne podłoża w postaci włókien i mat o długookresowym działaniu. Można je poddawać dezynfekcji, a zużyte po rozdrobnieniu utylizować jako doglebowy nawóz mineralny, który ulega całkowitemu rozkładowi w glebie. Ta szczególna właściwość wyróżnia korzystnie nawóz według wynalazku od wszystkich znanych nawozów mineralnych.

Właściwości wyróżniające nawóz według wynalazku sprawiają, że zakres jego zastosowań jest szczególnie szeroki. Czyste surowce, z których jest wytwarzany i brak niepożądanych składników oraz sposób dostarczania ich roślinom taki jak przez naturalne minerały glebowe sprawiają, że nadaje się on do upraw ekologicznych, jako uzupełnienie organicznego nawozu naturalnego składnikami mineralnymi.

Przedmiotowy nawóz może być stosowany w postaci granulatu o różnym uziarnieniu jak również jako składnik mieszanek nawozowych lub podłoży ogrodniczych, w połączeniu z ziemią ogrodniczą, torfem, nawozami naturalnymi, smektytem, zeolitem, hydrożelami. Można go stosować zmieszany z nawozami mineralnymi pochodzenia chemicznego, zwłaszcza azotowymi.

Długookresowe działanie nawozu sprawia, że jest on szczególnie użyteczny w przypadkach, gdy możliwość wykonywania zabiegów agrotechnicznych jest ograniczona, jak uprawy sadownicze, w geotechnice przy stabilizacji zboczy, w rekultywacji nieużytków i terenów zdegradowanych, przy zakładaniu i utrzymaniu murawy w obiektach sportowych itp.

P r z y k ł a d 1

Z mieszaniny surowcowej na 100 g szkła o składzie:

- 35 g fosforanu dwuwapniowego,

- 15 g potażu,

- 46,5 g magnezytu,

- 8,5 g dolomitu

- 36,6 g piasku kwarcowego

- 0,12 g H3BO3

- 0,32 g CuO

- 0,14 g MoO₃

- 0,08 g ZnO

- 0,39 g MnO₂

- 1,6 g Fe2O3 wytopiono w temperaturze 1420°C szkło o składzie chemicznym:

SiO₂ - 39,5; P₂O₅ - 15; K₂O -10; MgO - 22; CaO - 11,35 [% mas.], zawierające następujący zespół mikroelementów:

B₂O3 - 0,10; CuO - 0,40; MoO3 - 0,10; ZnO - 0,10; MnO₂ - 0,45; Fe₂O3 - 1,00 [% mas.]. Otrzymaną masę szklaną zestalono przez szybkie studzenie w wodzie otrzymując szklistą frytę. Frytę rozdrobniono i rozsiano na frakcje ziarnowe 0,3-0,8 oraz 0,0-0,3 mm.

Dla fryty o frakcji 0,3-0,8 mm wykonano test rozpuszczalności składników w 2% wodnym roztworze kwasu cytrynowego [T. Lityński, H. Jurkowska, E. Gorlach, Analiza chemiczna w rolnictwie, PWN Warszawa 1976] stwierdzając, że rozpuszczeniu ulega: 65% mas. P₂O₅, 72% mas. K₂O, 65% mas. MgO, 78% mas. CaO, 80% mas. Fe₂O₃, 90% mas. B₂O₃, 91% mas. CuO, 89% mas. MoO₃, 90% mas. ZnO i 91% mas. MnO₂.

Natomiast rozpuszczalność składników w wodzie nie przekracza 1% mas.

Otrzymana fryta ma właściwości nawozu mineralnego PK(M) z mikroelementami. Długookresowe działanie tego nawozu zostało potwierdzone na podstawie doświadczalnych upraw polowych .i szklarniowych.

PL 224 023 B1

Frakcję 0,3-0,8 mm używano jako nawóz doglebowy w uprawach ogrodniczych i sadowniczych, do zasilania różaneczników, iglaków w ogrodach, kwiatów doniczkowych, rekultywacji nieużytków, zwłaszcza terenów podmokłych.

Frakcja 0,0-0,3 mm przeznaczona jest do stosowania samoistnego lub jako mieszanki z wszystkimi znanymi nawozami, zwłaszcza organicznymi m.in. w uprawie warzyw ekologicznych.

P r z y k ł a d 2

W temperaturze 1420°C stopiono mieszaninę surowców w przeliczeniu na 100 g szkła złożoną z:

- 12,5 g apatytu,

- 21 g potażu,

- 30 g serpentynitu,

- 6 g dolomitu i

- 39 g krzemionki odpadowej przemysłu chemicznego

- 3,6 g H3BO3

- 0,36 g CuO

- 0,14 g MoO₃

- 0,08 g ZnO

- 0,39 g MnO₂

- 1,6 g Fe₂O3

Stop rozwłókniono do postaci wełny mineralnej, znanym sposobem, stosowanym w technologii materiałów termoizolacyjnych.

Wytworzona wełna ma następujący skład chemiczny:

SiO₂ - 55,0; P₂O₅ - 5,0; K₂O - 14.0; MgO - 12,0; CaO - 8,0 [% mas.], zawiera też następujący zespół mikroelementów:

B2O3 - 3,0; CuO - 0,45; MoO3 - 0,10; ZnO - 0,10; MnO₂ - 0,45; Fe₂O3 - 1,00 [% mas.].

Test rozpuszczalności składników wełny w 2% wodnym roztworze kwasu cytrynowego wykazał, że rozpuszczeniu ulega: 52% mas. P₂O₅, 45% mas. K₂O, 50% mas. MgO, 70% mas. CaO, 65% mas. Fe₂O₃, 65% mas. B₂O₃, 60% mas. CuO, 30% mas. MoO₃, 60% mas. ZnO i 60% mas. MnO₂.

Wełna przeznaczona jest na nowego rodzaju bioaktywne podłoża ogrodnicze, gdyż dostarcza roślinom składniki pokarmowe i zachowuje wielosezonowe działanie. Mogą być one okresowo odkażane chemiczne i termicznie. Zużyte podłoża mogą być utylizowane jako doglebowe składniki użyźniające, które z czasem ulegają samoczynnemu rozkładowi.

P r z y k ł a d 3

Z mieszaniny surowcowej na 100 g szkła o składzie:

- 12,5 g apatytu

- 14,5 g potażu

- 28 g serpentynitu

- 5 g dolomitu

- 33 g krzemionki

- 2,4 g H₂BO3

- 1,3 g CuO

- 1,4 g MoO₃

- 1,6 g ZnO

- 4,33 g MnO₂

- 6,4 g Fe₂O3 otrzymano sposobem opisanym w przykładzie 1 nawóz mineralny o składzie chemicznym:

SiO₂ - 49,0; P₂O₅ - 5,0; K₂O - 10,0; MgO - 10,0; CaO - 10,0 [% mas.]; zawierający też następujący zespół mikroelementów:

B₂O₃ - 2,0; CuO - 2,0; MoO₃ - 1,0: ZnO - 2,0; MnO₂ - 5,0; Fe₂O₃ - 4,0 [% mas.].

Z uwagi na dużą zawartość pierwiastków należących do grupy mikroelementów nawóz przeznaczony jest na szczególnie ubogie gleby piaszczyste, tereny zdegradowane, dla przygotowania terenu pod uprawy sadownicze, szkółki itp.. Sprawdził się on również w tradycyjnych uprawach warzywniczych.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Mikroelementowy nawóz mineralny fosforowo-potasowy zawierający magnez i wapń, o wydłużonym, wielosezonowym działaniu, zawierający spolimeryzowaną więźbę, utworzoną z SiO₂ i 5-30% mas. P₂O₅ oraz wypełnienie więźby, które stanowią: 10-20% mas. MgO i 10-20% mas. CaO, 5-15% mas. K₂O, oraz mikroelementy to jest B₂O₃ w ilości 0-5% mas., Fe₂O₃ 0-10% mas., CuO 0-8% mas., ZnO 0-20% mas., MnO₂ 0-20% mas., i MoO₃ 0-10% mas. każdy lub zmieszane w dowolnych proporcjach, znamienny tym, że zawiera 31-55% mas. SiO₂, a łączna zawartość SiO₂ i P₂O₅ mieści się w granicach 35-60% mas., natomiast łączna ilość mikroelementów wynosi 0-18% mas., a stosunek sumy zawartości SiO₂ i P₂O₅ do sumy zawartości pozostałych składników wyrażonych w molach jest mniejszy od 1,0.