NL1008820C2 - Mengsel geschikt als kunstmest. - Google Patents

Description

NL 4 3.5 O 9-Kp/DP/mo

Mengsel geschikt als kunstmest

De uitvinding heeft betrekking op een mengsel dat geschikt is als kunstmest, welk mengsel de elementen stikstof, fosfor, kalium, calcium, magnesium en zwavel bevat, waarbij de elementen in hoge concentratie aanwezig zijn.

5 Zwavel is één van de vele elementen die essentieel zijn voor plantengroei. Evenals stikstof, fosfor, kalium, calcium en magnesium, is zwavel een macrovoedingsstof en deze moet in relatief grote hoeveelheden aanwezig zijn voor goede gewasgroei.

10 Gedurende de laatste jaren is de interesse in zwavel als een plantvoedingsstof aanzienlijk toegenomen, gedeeltelijk omdat vermeldingen van zwaveltekort over de gehele wereld steeds vaker voorkomen.

De belangrijkste redenen voor het vaker voorkomen 15 van zwaveltekorten zijn: 1. Toegenomen gebruik van nagenoeg zwavelvrije kunstmestsoorten met hoge analyse.

2. Toegenomen gewasopbrengsten, die het onttrekken van plantvoedingsstoffen waaronder zwavel uit de grond doen 20 toenemen.

3. Vermindering van brandstoffen met hoog zwavelge-halte en grotere nadruk op beheersing van luchtverontreiniging, waardoor deze atmosferische bron van de plantvoedingsstof zwavel wordt verminderd.

25 4. Verminderd gebruik van zwavel als fungicide en insekticide.

Er zijn talrijke materialen beschikbaar, die als bronnen van de plantvoedingsstof zwavel kunnen worden gebruikt, waarbij de grote meerderheid bestaat uit zwavelzuur-30 zouten, ofschoon zwavel zelf als element natuurlijk de meest geconcentreerde zwaveldrager is, in die mate, dat zwavel hetzij als een toevoeging aan kunstmest kan worden gebruikt, hetzij direct afzonderlijk kan worden toegepast.

Gedurende het laatste decennium is de behoefte aan 35 heldere vloeibare geconcentreerde kunstmest in significante mate toegenomen, ten gevolge van het toenemende gebruik van 1008820 2 zogenaamde fertigatiesystemen voor sterk uiteenlopende gewassen. Vloeibare kunstmestsoorten worden gedefinieerd als materialen die één of meer plantvoedingsstoffen bevatten en die in vloeibare vorm in de bodem worden aangebracht.

5 Fertigatie is het aanbrengen van plantvoedingsstof- fen in irrigatiewater. Fertigatie levert de mogelijkheid om de voedingsstoffen op de vereisten van de plant af te stemmen hetgeen de kunstmesteffectiviteit verhoogt, en hetgeen zich vertaalt in een betere kwaliteit, grotere produktie en uni-10 formiteit van gewas.

Deze feiten, samen met het stijgende bewijs dat zwa-veltekorten zelf op steeds grotere schaal voorkomen, hebben geleid tot een erkenning van de behoefte aan het ontwikkelen van de technologie en het optimaliseren van de efficiëntie 15 van het opnemen van de plantvoedingsstof zwavel in vloeibare kunstmestsoorten. De oplosbare zwavelverbindingen die de voorkeur verdienen, welke op de meest gebruikelijke wijze in vloeibare kunstmestsoorten worden gebruikt, zijn de zwavel-zuurzouten; ofschoon zwavel als element duidelijk de meest 20 geconcentreerde en minst dure vorm van zwavel is, is het onoplosbaar in alle vloeibare kunstmestsoorten.

Gedurende de laatste paar jaar zijn technieken ontwikkeld voor het bereiden van stabiele suspensies van zwavel als element in fluida, waaronder heldere oplossingen; derge-25 lijke suspensies in heldere vloeibare kunstmestmengsels kunnen echter niet op succesvolle wijze door een reguliere vloeistofaanbrengingsuitrusting worden aangebracht, vanwege de mogelijkheid van blokkering van de druppel- of sproeisys-temen.

30 Verder zal fertigatie normaliter kunstmestsamenstel- lingen vereisen met de juiste verhouding tussen de diverse plantvoedingsstoffen, waaronder zwavel. In dat geval moet de zwaveldrager fysiek en chemisch verenigbaar zijn met andere bestanddelen en dient het zwavelgehalte ervan aan de bodem af 35 te geven in de vorm die direct beschikbaar is voor planten.

Het is alom bekend dat fosfor en calcium niet zonder beperking kunnen worden vermengd; zij vormen onoplosbare neerslagen bij een te hoge pH, bovendien kunnen calcium en zwavel in de vorm van sulfaat niet worden gemengd bij enige 3 praktische concentratie, zonder de vorming van onoplosbaar calciumfosfaat.

Gedurende de laatste paar jaren zijn thiozwavelzuur-zouten zoals ammonium- en kaliumthiosulfaten een bruikbare 5 bron van zwavel voor gebruik in vloeibare kunstmestsoorten geworden, vanwege de oplosbaarheid en verenigbaarheid ervan met de meeste kationen, waaronder calcium. Bepaalde voorzorgsmaatregelen dienen echter in acht te worden genomen wanneer thiosulfaten worden gebruikt. Vloeibare kunstmestsoorten 10 die zowel calcium als fosfor bevatten zullen zure oplossingen vereisen om de vorming van onoplosbaar calciumfosfaat te voorkomen, een omstandigheid waaronder thiosulfaten zullen ontbinden en zwavel als element zal worden afgescheiden.

Om die reden kunnen huidige in de handel verkrijgba-15 re geconcentreerde vloeibare kunstmestsoorten niet al de zes belangrijkste plantvoedingsstoffen in een enkel concentraat combineren. Als gevolg hiervan dienen in fertigatiesystemen normaliter twee gescheiden geconcentreerde standaardoplossingen te worden bereid om de vorming van onoplosbare neerslagen 20 te voorkomen, welke standaardoplossingen slechts in de uiteindelijke eindoplossing kunnen worden vermengd, zoals het wordt opgenomen door de planten. Een dergelijk systeem zal twee stel opslagtanks, pompen en injectieleidingen vereisen en dit zal mogelijke neerslagen nog steeds niet uitsluiten 25 ten gevolge van het feit dat aan het uiteinde van de druppel-toevoerleidingen het oplosbaarheidsprodukt wordt overschreden als gevolg van verdamping.

De onderhavige uitvinding heeft als doel deze nadelen te vermijden. Dit doel wordt volgens de onderhavige uit-30 vinding bereikt doordat het mengsel de zwavel bevat in de vorm van een polythionzuurverbinding met algemene formule H2sn°6 een zout ervan.

Hiermee wordt een kunstmestmengsel verschaft dat al de zes belangrijkste plantvoedingsstoffen stikstof, fosfor, 35 kalium, calcium, magnesium en zwavel bevat. De polythionzuren combineren alle vereiste fysische en chemische eigenschappen, die deze zeer geschikt maken als de plantvoedingsstof zwavel in vloeibare kunstmestsoorten.

; 0 088 20 4

Het mengsel volgens de uitvinding bezit een uitstekende verenigbaarheid, dat wil zeggen oplosbaarheid, in combinatie met aardalkalimetalen alsmede goede stabiliteit onder zure omstandigheden.

5 Polythionzuren zijn, evenals de oxyzuren van zwavel, alle dibasische sterke zuren, die worden omvat door de algemene formule H2SnOg, waarbij n de achtereenvolgende waarden 2, 3, 4, 5 en 6 aanneemt, ofschoon recent onderzoek heeft aangetoond dat n waarden van wel 80 kan aannemen in verschei-10 dene zwavelsolen.

De polythionzuren zijn relatief stabiel in waterige oplossingen die zijn bereid door aanzuren van de oplossingen van de zouten ervan. Normale zouten van alle zuren waarbij n = 3 - 6 zijn goed gekarakteriseerd en stabiel en verschei-15 dene werkwijzen voor het bereiden ervan zijn beschikbaar.

Dithionzuur, H2S2Og, is, ofschoon vaak geassocieerd met polythionzuren, niet echt ermee verwant. Normale zouten van het zuur zijn tamelijk stabiel bij kamertemperatuur en zijn ook goed gekarakteriseerd. Zij worden normaliter bereid 20 door oxydatie van het overeenkomstige metaalsulfiet of waterstof sulf iet of zwaveldioxide. Voor de overblijvende polythionzuren, met name trithion-, tetrathion-, pentathlon- en hexathionzuur zijn verscheidene werkwijzen voor het bereiden van de zouten ervan beschikbaar, welke normaliter een speci-25 fieke reactie met zich meebrengen.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de zwavel aanwezig als een zout van tetrathionzuur (H2S406).

De stabiliteit van de polythionzuren in waterige oplossingen neemt toe met lagere pH-waarden en hoger zwavel-30 gehalte, maar in het algemeen is tetrathionzuur het meest stabiel van de polythionaten, gevolgd door pentathlon-, trithion- en hexathionzuur.

Aldus zal bijvoorbeeld een vloeibare geconcentreerde kunstmest die is samengesteld uit de zes belangrijkste plant-35 voedingsstoffen N - P - K - Ca - Mg en S, onder gebruikmaking van een polythionzuur of zouten ervan als de zwaveldrager, een stabiele en heldere oplossing blijven bij een breed pH-bereik en gedurende een langere tijdsspanne. Binnen dit bereik verdient het de voorkeur dat de geconcentreerde oplos- 1008820 5 sing wordt gehandhaafd bij een pH van 6 of lager en met bijzondere voorkeur bij een pH van 1 tot 3, in zekere mate ook afhankelijk van het calcium- en fosforgehalte van het kunst-mestconcentraat. Zuren zoals zwavelzuur, salpeterzuur en fo-5 sforzuur kunnen in dit opzicht bruikbaar zijn. Melding kan ook worden gemaakt van ureumfosfaat en zoutzuur als geschikte zuren om de pH-waarde binnen het voorkeursbereik te houden.

De voorkeur voor gebruik in de praktijk van de onderhavige uitvinding verdienen dithion-, trithion-, tetra-10 thion-, pentathlon- en hexathionzuren of zouten ervan, de meeste voorkeur verdient tetrathionzuur of de zouten ervan, welke het meest stabiel en het gemakkelijkst te bereiden is van de polythionzuren.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de 15 zwavel aanwezig als een ammonium-, natrium-, kalium-, calcium- of magnesiumzout.

Het type polythionzuur is niet cruciaal en kan sterk uiteenlopen, de kationtypen die de voorkeur verdienen zijn echter Na+, NH4+, K+, Ca2+ en Mg2+, welke geschikte kationen 20 zijn voor gebruik in plantvoedingsstofoplossingen.

Volgens nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm is de zwavel aanwezig als kaliumtetrathionaat.

Alkalimetaalzouten verdienen de meeste voorkeur voor de praktijk van de onderhavige uitvinding, maar de bijzondere 25 voorkeur verdient het kaliumzout.

Volgens een ander kenmerk volgens de onderhavige uitvinding bevat het mengsel extra plant-microvoedingsstof-fen, te weten mangaan, zink, koper, ijzer, boor of molybdeen en een mengsel ervan.

30 De uitvinding heeft ook betrekking op een mengsel, waarbij het mengsel de elementen uit conclusies 1, 2, 3, 4 en/of 5 bevat, waarbij het mengsel in de vorm van een vast, 100% in water oplosbaar concentraat is.

Wanneer het mengsel in de vorm van een concentraat 35 is levert dit een aanzienlijke besparing in transport- en opslagkosten.

Eventueel kan het droge concentraat zelfs als zodanig, dus zonder eerst oplossen in bijvoorbeeld water, over de 1008820 6 te bemesten grond worden gestrooid; aldus zal het concentraat in situ in bijvoorbeeld regen- of sproeiwater oplossen.

De uitvinding wordt nader toegelicht door verwijzing naar de volgende, niet beperkende voorbeelden.

5 VOORBEELD 1

Een geconcentreerde vloeibare kunstmestsamenstelling werd bereid, gebaseerd op de volgende uitgangsmaterialen: 10 H3P04 (85%) 44,0 g NH4N03 (60%) 73,8 g KOH (90%) 20,4 g KN03 (98%) 117,0 g

Mg(N03)2 (32%) 110,0 g 15 Ca(N03)2 (50%) 247,0 g K2S4°6 (98%) 17,8 g

Aangevuld tot 1 liter met water.

De bestanddelen werden samengemengd onder oplevering 20 van een vloeibaar kunstmestconcentraat met de volgende samenstelling in termen van plantvoedingsstoffen: N-totaal 58,80 g/1 N-NH4 7,10 g/1 25 N-N03 51,70 g/1 P 11,72 g/1 K 60,00 g/1

Ca 30,00 g/1

Mg 6,60 g/1 30 S 7,50 g/1

De geconcentreerde oplossing die een pH van 2,2 had werd gefiltreerd en vervolgens gedurende een periode van 90 dagen bij omgevingstemperatuur opgeslagen, waarna werd waar-35 genomen dat de oplossing transparant bleef met slechts een kleine verlaging van de pH tot 2,05.

Analyse van vers bereide vloeibare kunstmest vergeleken met dezelfde oplossing na 90 dagen opslag onder gebruikmaking van een papierchromatografiewerkwijze, toonde dat 1008820 7 slechts een klein gedeelte van het tetrathionzuur was omgezet in tri- en pentathionzuur, volgens een alom bekende reactie: 2 S4°62+ S3°62 + S5°62 " 5 VOORBEELD 2

De geconcentreerde vloeibare kunstmest zoals beschreven in voorbeeld 1, werd verdund tot een concentratie van 3,33 ml per liter water, onder oplevering van een plant-voedingsstofoplossing, die vervolgens werd gebruikt in groei-10 tests en werd aangeduid als oplossing A.

De alkaliniteit van het verdunningswater, dat wil zeggen irrigatiewater, was 0,5 mmol CaC03 en de pH van de verkregen eindoplossing was 5,5. Twee bijkomstige verdunde controle-oplossingen werden ook bereid, met dezelfde concen-15 tratie plantvoedingsstoffen, echter één van de oplossingen werd vrij van zwavel gemaakt, aangegeven als oplossing B, en de andere bevatte zwavel in de vorm van sulfaat, welke oplossing werd aangeduid als oplossing C. De samenstelling, in termen van plantvoedingsstoffen, van elke oplossing, uitge-20 drukt in delen per miljoen, is getoond in tabel 1.

TABEL 1

Plantvoedingsstofoplossingen 25 Concentratie plantvoedingsstoffen (delen per miljoen)

Plant voedings-

30 stof_ Oplossing A Oplossing B Oplossing C

N-totaal 196 196 196 N-NH4 25 23 33 N-N03 171 173 163 35 P 39 39 39 K 200 200 200

Ca 100 100 100

Mg 22 22 22 S 25 0 25 40 (tetrathionaat) (sulfaat) pH 5,5 5,5 5,5

Elektro-geleid- 45 baarheid 1,6 mS/cm 1,4 mS/cm 1,7 mS/cm 1008820 8

Aan alle 3 verdunde kunstmestoplossingen werden ook de volgende microvoedingsstoffen toegevoegd: Mn 0,54 dpm, Zn 0,23 dpm, Cu 0,05 dpm, Fe 0,50 dpm (alle in de vorm van nitraten) , B 0,3 dpm (als boorzuur) en Mo 0,05 dpm (als ammoni-5 ummolybdaat).

Elke oplossing werd vervolgens gebruikt in een groeitest van een relatief veel zwavel vragende plant, witte waterkers (Nasturtium officinale N.O. Cruciferae), de bladeren van deze plant bevatten een scherpe sulfostikstofhoudende 10 olie.

De zaden liet men ontkiemen, welke zaden waren opgenomen in een inert polyurethaanschuimagglomeraat, dat men de voedingsstofoplossing had laten absorberen (zoals getoond in fig. 1).

15 De groeitests werden uitgevoerd onder gebruikmaking van oplossingen A, B en C, waarbij oplossing A was bereid uit een vers bereid concentraat, alsmede uit een concentraat dat 90 dagen was opgeslagen (aangeduid als respectievelijk oplossing Al en A2).

20 Ca. 45 dagen na ontkiemen van de zaden werd gekweekt plantmateriaal geoogst en geanalyseerd op de volgende plant-voedingsstoffen: N, P, K, Ca, Mg en S alsmede de bijkomstige microvoedingsstoffen.

De analyseresultaten zijn getoond in tabel 2.

25 De resultaten tonen duidelijk de doelmatigheid van het polythionaatanion dat door de plantenwortels moet worden geassimileerd en in de plant in sulfaat moet worden omgezet.

TABEL 2 30 Bladanalyse van witte waterkers dat in voedingsstof- oplossingen zoals getoond in tabel 1 was gegroeid

Oplos- Elementen (%) 35 sinc N P K Ca Mg S* Mn Zn Cu Fe B Mo A 1 4,6 0,80 5,20 2,20 0,25 0,48 0,0158 0,0040 0,0012 0,0130 0,0037 0,0004 A 2 4,7 0,72 5,40 2,00 0,28 0,44 0,0178 0,0032 0,0016 0,0150 0,0046 0,0006 40 B 4,6 0,77 5,50 2,00 0,24 0,0032 0,0136 0,0052 0,0010 0,0180 0,0032 0,0006 C 4,8 0,74 5,20 2,30 0,22 0,44 0,0166 0,0044 0,0018 0,0155 0,0050 0,0006 * geanalyseerd als S042- 1008820 9 VOORBEELD 3

Een kunstmestconcentraat, zoals beschreven in voorbeeld 1, werd bereid met een 5 keer hoger zwavelgehalte, om een mogelijke toxiciteitsgrens vast te stellen. Het concen-5 traat werd gebaseerd op de volgende uitgangsmaterialen: H3P04 (85%) 44,0 g NH4N03 (60%) 105,4 g KOH (90%) 20,4 g 10 KN03 (98%) 67,2 g

Mg(N03)2 (32%) 110,0 g

Ca(N03)2 (50%) 247,0 g K2S40g (98%) 89,0 g

Aangevuld tot 1 liter met water.

15

De bestanddelen werden op dezelfde wijze als beschreven in voorbeeld 1 samengemengd en vervolgens verdund tot een concentratie van 3,33 ml per liter water, onder oplevering van een verdunde plantvoedingsstofoplossing met een pH 20 van 5,4 (oplossing A). Een bijkomstige verdunde oplossing van dezelfde samenstelling, maar welke sulfaat als zwavel bevatte, werd ook bereid (oplossing B). Zie tabel 3.

TABEL 3 25 Plantvoedingsstofoplossingen

Concentratie (delen per miljoen)

Plant-

30 voedingsstof_ Oplossing A Oplossing B

N-totaal 196 196 N-NH4 36 48 35 N-N03 160 148 P 39 39 K 200 200

Ca 100 100

Mg 22 22 40 S 125 125 (tetrathionaat) (sulfaat) pH 5,4 5,4

Elektro-45 geleidbaarheid 2,2 mS/cm 2,2 mS/cm 10UÖ620 * 10

Beide oplossingen werden gebruikt als voedingsstof-oplossingen in de witte waterkers-groeitests, zoals beschreven in voorbeeld 2, waarbij dezelfde hoeveelheden microvoe-dingsstoffen werden toegevoegd. Tijdens de navolgende groei-5 tests werden geen fytotoxische verschijnselen waargenomen en planten uit beide oplossingen toonden vrijwel identieke groei.

De analyseresultaten van het geoogste plantmateriaal zijn getoond in tabel 4.

10 De resultaten tonen ook een zeer vergelijkbare assi milatie door de plantenwortels van sulfaat en polythionaat.

TABEL 4

Bladanalyse van witte waterkers dat in voedingsstof-15 oplossingen zoals getoond in tabel 3 was gegroeid

Oplos- Elementen (%) sing 20 N P K Ca Mg S* Mn Zn Cu Fe B Mo A 4,3 0,72 5,60 2,40 0,20 0,93 0,0125 0,0065 0,0018 0,0205 0,0062 0,0010 ‘ B 4,6 0,74 5,10 2,20 0,24 1,02 0,0160 0,0042 0,0010 0,0180 0,0050 0,0006 25 * geanalyseerd als S042- VOORBEELD 4

Een geconcentreerde droge, 100% in water oplosbare kunstmest werd bereid, onder gebruikmaking van de volgende 30 uitgangsverbindingen: CH4N20*H3P04 (98%) 8,64% NH4N03 (97%) 11,95% KN03 (98%) 30,16% 35 Mg(N03)2·6H20 (99%) 20,47%

Ca(N03)2’ 4H20 (99%) 26,15% K2S406 (98%) 2,63% 100,00% 40

De droge bestanddelen, alle 100% in water oplosbaar, werden samengemengd onder oplevering van een droog kunstmest- 1008820 11 concentraat met de volgende samenstellingen in termen van plantvoedingsstoffen: N-totaal 13,25% 5 N-NH4 1,24% N-organisch 1,55% N-NO3 10,46% K 12,15%

Ca 4,40% 10 Mg 1,90% S 1,10%

Het droge mengsel werd gedurende een periode van 60 dagen bij omgevingstemperatuur opgeslagen, waarna het werd 15 opgelost in water (alkaliniteit 0,5 mmol) bij een concentratie van 200 g/1 om de bereiding van een geconcentreerde kunstmeststandaardoplossing te simuleren.

De aldus bereide transparante standaardoplossing werd gedurende nog eens 60 dagen opgeslagen en bleef tijdens 20 die periode volledig stabiel, zonder tekenen van neerslag.

1008320

Claims (9)

1. Mengsel geschikt als kunstmest dat elementen stikstof, fosfor, kalium, calcium, magnesium en zwavel bevat, waarbij de elementen in hoge concentratie aanwezig zijn, met het kenmerk, dat het mengsel de zwavel bevat als een polythi- 5 onzuurverbinding met algemene formule H2SnOg of een zout ervan.

2. Mengsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de zwavel aanwezig is als een zout van tetrathionzuur <h2s4°6).

3. Mengsel volgens conclusie 1 of 2, met het ken merk, dat de zwavel aanwezig is als een ammonium-, natrium-, kalium-, calcium- of magnesiumzout.

4. Mengsel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de zwavel aanwezig is als kaliumtetrathionaat.

5. Mengsel volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het mengsel extra plantmicrovoedings-stoffen bevat, te weten mangaan, zink, koper, ijzer, boor of molybdeen en een mengsel ervan.

6. Mengsel volgens één der voorgaande conclusies, 20 met het kenmerk, dat het mengsel een geconcentreerde oplossing is.

7. Mengsel volgens conclusien 6, met het kenmerk, dat de oplossing een pH van 1-3 heeft.

8. Mengsel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat 25 de pH is ingesteld met behulp van een stof, te weten fosfor- zuur, salpeterzuur, zwavelzuur, zoutzuur of ureumfosfaat.

9. Mengsel, met het kenmerk, dat het mengsel de elementen uit conclusies 1, 2, 3, 4 en/of 5 bevat, waarbij het mengsel in de vorm van een vast, 100% in water oplosbaar 30 concentraat is. 1008820