TWI453177B - 以磷酸鉀為基的化合物之製備 - Google Patents

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Description

以磷酸鉀為基的化合物之製備
本發明關於一種製造包含磷酸鉀的微粒肥料之方法，該肥料容易貯存及使用，不傾向結塊。
供給植物兩種重要元素的磷酸鉀為重要的肥料；然而，在許多該等肥料的形式中，該等磷酸鹽係不穩定的，且難以貯存及操作。理想的農化肥料可提供植物生長必需的重要元素，同時亦具有適當的物理性質、容易製造、包裝及處理。理想上，如此的肥料可適合形成會自由流動且不傾向附聚的顆粒或粉末。當然，技藝中仍未提供足夠適合於所有情況且具有必須特徵的肥料。
磷酸二氫鉀(MKP)及磷酸二鉀(DKP)為熟知的且二者皆被用作肥料。因為MKP為比較酸性而DKP為比較鹼性，所以它們的混合物會是多種應用中所希望的，儘管DKP的價格如此，但不幸的是DKP不是一種就貯存及操作而言簡單的材料，其具有關於水含量的天生不穩定性。因此，本發明的一個目的係提供一種包含磷酸鉀的容易操作且穩定之固體肥料，以及一種以低價製造該肥料之方法。
本發明進一步的目的係提供一種微粒、不結塊、自由流動的肥料，在溶解於水中時，其提供介於5與8之間的pH。
本發明的另一目的係提供一種供給磷及鉀、容易貯存及操作的固體微粒肥料。
本發明的其他目的及優點將於繼續進行的敘述中顯現。
本發明提供一種製造以化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀為基的固體微粒肥料之方法，該方法包含i)提供基本上由磷酸二氫鉀(KH2 PO4 ，MKP)所組成的農業上可接受之原料；ii)提供基本上由氫氧化鉀(KOH)所組成的農業上可接受之原料；iii)以MKP的乾重為基準計，將水以從20至100重量%之量加入該粗MPK中；iv)以KOH與MKP的乾重為基準計，將該粗KOH以從約18重量%至約22重量%之量加入來自步驟iii的該MKP及水中；v)將步驟iv的混合物在真空下及在緩慢移動下以介於約90℃與約140℃之間的溫度下加熱，直到獲得含有從約1重量%至約8重量%之水的均勻材料為止；及vi)冷卻至周圍溫度；藉此獲得以磷酸鉀為基、自由流動及不傾向結塊的微粒肥料。當產物被密封在塑膠容器中時，所獲得之性質保留的最好。在本發明方法較佳的具體實例中，在真空下加熱的該步驟係經執行直到混合物的水含量降低至以總最終產物為基準計從2重量%至6重量%之值為止。該粗KOH較佳地含有至少30重量%之乾燥KOH，且該粗MKP較佳地含有至少85重量%之乾燥KH2 PO4 。該MKP較佳地與以MKP的乾重為基準計從約40重量%至約60重量%之量的水混合，接著加入以MKP的乾重為基準計從35重量%至45重量%之量的50%KOH水溶液。在根據本發明的方法中，該固體微粒肥料基本上由較少量的水及化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀所組成，其中將在該步驟iii及iv中的MKP與水及KOH以乾重為基準計以約1：0.25：0.20之比混合。在真空下的蒸發期間的該溫度較佳地介於100℃與130℃之間，其中該真空包含100毫巴或更小的壓力。
本發明關於一種基本上由化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀及從0.2重量%至8重量%，較佳地從0.5重量%至5重量%之量的水所組成的肥料，該肥料在其x-射線繞射圖中顯出對應於約70°之2-θ的訊號。在本發明較佳的具體實例中，所提供的肥料係由從92重量%至99重量%之量的化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀、至多8重量%之量的水及至多5重量%之附帶雜質所組成。根據本發明較佳的肥料含有至少95重量%之量的化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀及至多5重量%之水與附帶雜質。
本發明的肥料為一種不傾向結塊的穩定之微粒材料。在本發明的一個方面，將肥料直接散佈在土壤上；在本發明的另一方面，肥料被用於提供鉀及磷的肥料組成物之製備中，其進一步包含選自氮源、額外的鉀或磷營養素、微量元素、刺激物、殺蟲劑及界面活性劑的其他組份。本發明的特殊肥料為非撒粉材料，不傾向結塊，顯出適合的吸濕性，例如50%，當以C.R.U.表示時。
本發明亦指向肥料組成物，其包含化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀，在其x-射線繞射圖中顯出約70°的訊號，且進一步包含其他的所欲元素或組份，諸如NPK源及殺蟲劑，例如滅真菌劑。
本發明的上述及其他特徵和優點經由下列的實施例及參考所附圖式可更輕易明白。
現在已經發現當磷酸二氫鉀(MKP)與不足以使其溶解的水量摻合，然後與氫氧化鉀(KOH)摻合，接著在介於100℃與130℃之間的溫度下藉由真空蒸發來移除大部分的水時，該磷酸二氫鉀提供便利的磷酸鉀為基的固體肥料。較佳地，當以乾重為基準時，KOH係以相應於MKP計約20重量%之量加入，並且所獲得的產物顯示少於10重量%之水。自由流動的粒狀固體證明是理想的肥料，容易管理且穩定，具有合理的吸濕性程度，具有低的結塊傾向。
本發明關於一種製造具有低的結塊傾向之自由流動的固體微粒肥料之方法，基本上由化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀所組成，該方法包含下列步驟：提供農業上可接受之粗MKP及粗KOH，將該MPK與以MKP的乾重為基準計從20至100重量%之量加入的水混合，摻入以乾重為基準計從約18重量%至約22重量%之量的KOH，將混合物在真空下在從約90℃至約140℃之溫度下加熱，同時緩慢移動該混合物及將混合物冷卻至周圍溫度。該原料可包含以不干擾如上述定義的必需之比的水量及其他在農業上無害的附帶雜質；該原料可包含例如園藝級、工業級及食品級。在本發明較佳的具體實例中，在真空下加熱的步驟係經執行，只要混合物不達到介於以最終產物總重量為基準計1重量%與8重量%之間的水含量。該KOH可含有水，並在一個具體實例中，將KOH以水溶液加入該MKP中，例如以約50重量%之溶液。在根據本發明的方法的一個具體實例中，將MKP與以MKP的乾重為基準計從約20重量%至約30重量%之量的水混合，接著加入以MKP的乾重為基準計從35重量%至45重量%之量的50%KOH水溶液。在本發明較佳的具體實例中，基本上由較少的水量及化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀所組成的穩定之固體微粒肥料係藉由混合1重量份之乾燥MKP、0.25重量份之水與0.20重量份之乾燥KOH而製造。上述的水量係經建議的量，而不是關於最少的需求量；如果有較高的最初水量存在時，則在乾燥程序期間造成不必要的能量損失。本發明亦指向不傾向結塊，提供約45重量%之P2 O5 及約等量的K2 O之固體微粒肥料。根據本發明的肥料可含有從1至12重量%，較佳地至多8重量%之量的水，例如約2至5重量%之量及其他在農業中可接受的少量附帶雜質。
在一個具體實例中，根據本發明的肥料為自由流動的粉末，在貯存下具有穩定性，其可輕易溶解在水中，提供澄清的1重量%之溶液。如果含有少量不可溶組份，則根據本發明的肥料可提供混濁的溶液。根據本發明的肥料之水溶液通常具有約6.8之pH。
本發明的肥料基本上由化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀所組成；其意謂肥料主要含有例如介於80重量%與98重量%之間的該化學式之磷酸鉀，較佳地介於95重量%與99重量%之間，餘料主要為水。上述化學式相當於MKP與DKP之等莫耳混合物。如以上所解釋，雖然DKP為所欲之肥料，但是DKP是難以管理的。本發明的肥料提供和MKP與DKP的混合物相同的組成物，但是不需要購買或獲得該DKP，且不需要貯存及管理該DKP。為了比較起見，將MKP與DKP之粉末混合，並將所得混合物與本發明的肥料比較；本發明不傾向結塊的自由流動肥料具有比MKP與DKP的該簡單混合物更好的稠度。根據本發明所獲得的肥料比僅MKP/DKP混合物更便宜，且更適合於農業應用。兩種材料亦以其物理化學特徵，例如以XRD予以區別；本發明的肥料在例如其繞射圖中顯出約70°角的訊號，其不在該單純MKP/DKP混合物之繞射圖中。這條線可對應於化學式KH2 PO4 ‧K2 HPO4 ‧2H2 O之雙鹽；然而，本發明的肥料比單純MKP/DKP混合物更容易獲得，更便宜，更容易使用且與其物理性質不同。本發明的肥料為具有所欲之吸濕性程度及低結塊傾向的粒狀、容易管理、自由流動的固體，其係在包括在水的存在下摻合MKP與KOH，接著在較高的溫度下藉由真空蒸發來移除大部分的水之方法中獲得的。
本發明提供一種完全可溶的微粒固體，其為卓越的施肥用之鉀及磷源。所獲得的肥料可容易貯存、運送及施予欲施肥的區域。
基本上由化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鹽所組成的本發明肥料可用於製備包含所欲組份的其他重要元素之組成物。可將本發明的組成物研磨、過篩及包裝在例如袋子中，供貯存、運輸及銷售給使用者。
實施例1
本發明的一批肥料係在反應器中藉由混合1500公斤工業級MKP、560公斤約50%KOH水溶液與約375公斤水而製備。組份加入反應器中的次序具有重要性；先加入MKP，接著加入水及最後加入KOH。KOH的加入伴隨中和熱的釋放，其造成溫度增加到至多60-65℃。將混合物以蒸氣溫熱，直到溫度到達115℃為止，接著在固定攪拌期間啟動真空，直到水被抽出及反應混合物到達120℃之溫度為止。下一步，將混合物以冷水冷卻至45℃之溫度，當溫度到達105℃時，停止真空。
冷卻的混合物具有均勻的粒子尺寸，其具有下列的化學及物理特徵：
水為約0.3重量%(在100℃下損失)；在300℃下加熱時的水損失為4.5重量%；P2 O5 為45.2%；K2 O為43.9%；CaO為350ppm；SO4 為0.43%；相對流動性為93.4%(MKP為100%)；1%水溶液的混濁度為5NTU；且pH為6.8；吸濕性為50%C.R.H.(臨界相對濕度)。
實施例2
為了比較起見，將三種材料以兩種不同的方式製備：(i)以物理摻合43.9%之MKP與56.1%之DKP；及(ii)藉由在水的存在下在MKP與KOH之間的反應而製備〝在原處〞混合物，並在攪拌的同時以真空乾燥，這是本發明的方法。所得產物的化學及物理特徵具有類似性。然而，兩種產物的x-射線分析顯露出以新穎方法所獲得的肥料中的雙鹽代表的尖峰。
實施例3
具有相應於N：P2 O5 ：K2 O的22：22：22的所欲之營養素組成物的N：P：K混合物係藉由摻合以重量比約1：1之根據本發明的肥料與尿素而獲得的。分析所得混合物，並發現其含有0.86%之水(100℃下損失)，吸濕性50%C.R.H.以及1%溶液的混濁度為15NTU，且pH=6.85。只觀察到輕微的結塊。
具有相應於N：P2 O5 ：K2 O的7：22：45的所欲之營養素組成物的N：P：K混合物係藉由摻合以重量比約1：1之根據本發明的肥料與KNO3 而獲得的。所得混合物只顯示出輕微的結塊。
具有相應於N：P2 O5：K2O的11：35：14的所欲之營養素組成物的N：P：K混合物係藉由摻合以重量比約1：1：1之根據本發明的肥料與NH4 H2 PO4 及(NH4 )2 SO4 而獲得的。所得混合物只顯示出輕微的結塊。
雖然本發明已以一些明確的實施例為觀點敘述，但是許多修改及變化是可能的。因此瞭解本發明可在所附之申請專利範圍內實現，除了經明確敘述者之外。
圖1顯示以磷酸鉀為基的產物之X-射線繞射圖；圖1A為藉由乾燥混合MKP與DKP所獲得的材料之繞射圖；圖1B為根據本發明所獲得的材料之繞射圖。

Claims (15)

  1. 一種製造以化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀為基的固體微粒肥料之方法，該方法包含：i)提供基本上由磷酸二氫鉀(KH2 PO4 ，MKP)所組成的農業上可接受之原料，其含有至少85重量%之MKP；ii)提供基本上由氫氧化鉀(KOH)所組成的農業上可接受之原料，其含有至少30重量%之KOH；iii)以MKP的乾重為基準計，將水以從20至100重量%之量加入MPK中；iv)以KOH與MKP的乾重為基準計，將該粗KOH以從約17重量%至約23重量%之量加入來自步驟iii)的該MKP及水中；v)將步驟iv)的混合物在緩慢移動下在至多約140℃之溫度下加熱，包含在真空下，直到獲得含有從約0.2重量%至約8重量%之水的均勻材料為止；及vi)冷卻至周圍溫度；藉此獲得以磷酸鉀為基、自由流動且不傾向結塊的微粒肥料。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱步驟係經執行直到混合物的水含量降低至以總最終產物為基準計從約0.5重量%至約5重量%之值為止。
  3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱步驟包含在常壓下增加溫度至介於110℃與120℃之間，接著施予真空，同時使混合物維持在介於110℃與140℃之間的溫度 下。
  4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該粗KOH含有至少30重量%之乾燥KOH，並以KOH與MKP的乾重為基準計從18重量%至22重量%之量加入。
  5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該粗MKP含有至少95重量%之乾燥KH2 PO4 。
  6. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中將該MKP與以MKP的乾重為基準計從約40重量%至60重量%之量的水混合，接著加入以MKP的乾重為基準計從35重量%至45重量%之量的50重量%之KOH水溶液。
  7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該固體微粒肥料基本上由較少量的水及化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀所組成，且其中在該步驟iii)及iv)中的乾燥MKP與水及乾燥KOH係以約1/0.50/0.20之重量比存在。
  8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該溫度係介於100℃與130℃之間。
  9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該真空包含100毫巴或更小的壓力。
  10. 一種自由流動的固體微粒肥料，其基本上由從約92重量%至約99重量%之量的化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀及0.2重量%至8重量%之量的水所組成，該肥料在XRD中顯出對應於約70°之2-θ的訊號。
  11. 根據申請專利範圍第10項之肥料，其包含從0.5重量%至5重量%之量的水。
  12. 根據申請專利範圍第10項之肥料，其係由從約92重量%至約99重量%之量的化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀、至多8重量%之量的水及至多5重量%之附帶雜質所組成。
  13. 根據申請專利範圍第12項之肥料，其係由至少95重量%之量的化學式K3 H3 (PO4 )2 之磷酸鉀及至多5重量%之水與附帶雜質所組成。
  14. 根據申請專利範圍第10項之肥料，其為不傾向結塊的穩定之微粒材料。
  15. 根據申請專利範圍第10項之肥料，其係用在提供鉀及磷的肥料組成物之製備中，且進一步包含至少一種選自氮源、額外的鉀或磷營養素、微量元素、刺激物、殺蟲劑及界面活性劑之組份。
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