DE4021666A1

DE4021666A1 - Mischungen aus erdalkaline und fulvinsaeuren in waessrigen medien und ihre verwendung zur verbesserung von boeden

Info

Publication number: DE4021666A1
Application number: DE4021666A
Authority: DE
Inventors: Van Der Watt Hendrik V Heerden; Robin Oxley Barnard; Izak Johannes Cronje; Johannes Dekker
Original assignee: NAT ENERGY COUNCIL; National Energy Council
Current assignee: ENERKOM (PTY) Ltd SANDOWN ZA
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1990-07-07
Publication date: 1991-01-24
Anticipated expiration: 2010-07-08
Also published as: US5178661A; IT1244865B; AU5894190A; GB2234745A; GB9014911D0; FR2649694B1; DE4021666C2; GB2234745B; IT9020842A0; IT9020842A1; JPH0352989A; AU628601B2; FR2649694A1

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Böden, insbesondere von sauren Bodenuntergrundschichten mit Erdalkalien in Form ihrer wasserlöslichen Salze oder Komplexe mit Fulvinsauren.

Es gibt Probleme bei der Neutralisation und Fruchtbarmachung von sauren Bodenuntergrundschichten (im folgenden Unterböden genannt). Diese Unterböden pflegen arm an essentiellen Macroelementen, wie Calcium und Magnesium, und ebenfalls an gewissen Spurenelementen zu sein, so daß es notwendig ist, solche Elemente in diese Unterböden zu bringen. Es ist möglich, saure Unterböden mit neutralisierenden Mitteln, wie Kalkstein, zu neutralisieren, jedoch erfordert die Unbe weglichkeit solcher Mittel in dem Boden teure und umständ liche mechanische Methoden zu ihrer Verteilung.

Es ist möglich, Calcium in saure Unterböden einzuführen, indem man Gips in den Boden einbringt. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der pH-Wert des Bodens aufgrund der Bildung von Schwefelsäure abfällt und Magnesium ausgewaschen wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Mischung zur Anwendung für Böden ein oder mehrere Erdalkalien in Form von einem wasserlöslichen Salz oder Komplex mit Fulvinsäuren in wäßrigem Medium.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Methode zum Aufbringen von einem oder mehreren Erdalkalien auf einen Boden, mit der Maßnahme, die vorbeschriebene Mischung auf diesen Boden aufzubringen.

Beschreibung der Zeichnung

Die Zeichnung zeigt graphisch die Ergebnisse eines Experi ments, welches unter Verwendung verschiedener Calciumsalze durchgeführt wurde. (Die Ergebnisse der Graphik entsprechen dem Versuch, welcher auf die Tabelle 2 unten folgt.)

Die Erfindung betrifft insbesondere das Einführen von einem oder mehreren Erdalkalien in saure Böden, insbesondere saure Unterböden. Die in der Mischung in wasserlöslicher Form enthaltenen Elemente können in die sauren Unterböden tran sportiert werden, wo sie für die Aufnahme durch die Pflanzen zur Verfügung stehen. Der Säuregehalt von Unterböden ist ein ernsthaftes Problem in vielen Böden der feuchten Tropen und Subtropen. Die hohe Acidität, der geringe Calciumspiegel und der oft toxische Spiegel von löslichem und/oder austausch barem Aluminium sind zusammen mit anderen Faktoren verant wortlich für die ernste Behinderung der Entwicklung der Pflanzenwurzeln in diesen Böden. Die Anwendung der er findungsgemäßen Mischung verbessert die sauren Unterböden. Im besonderen erlaubt die Anwendung der erfindungsgemäßen Mischung den Transport von Magnesium und Calcium zu solchen Böden. Weiterhin wird durch den höheren pH-Wert der Mischungen der pH-Wert der sauren Unterböden angehoben.

Die Mischung kann hergestellt werden, indem man ein wäßriges Medium, welches gelöste Fulvinsäuren enthält, mit Erdalkalien in Form von basischen Salzen oder Hydroxiden versetzt. Im Fall der Erdalkalimetalle kann das basische Salz beispiels weise ein Oxid oder Carbonat sein.

Die Fulvinsäure ist normalerweise in der Mischung in einer Menge von 0,01 bis 85% (Masse/Volumen) enthalten.

Die Mischung hat normalerweise einen pH-Wert im Bereich von 4 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 7 bis 9.

Die Fulvinsäure ist vorzugsweise eine aus Kohle hergestellte Fulvinsäure, die im folgenden als "Oxifulvinsäure" bezeichnet wird. Solche Säuren weisen normalerweise eine Elementar analyse und funktionale Gruppenanalyse auf lufttrockener Basis, wie folgt auf:

Elementaranalyse
Element
Bereich (%)
Kohlenstoff
10-70 (typisch 20-45)
Wasserstoff	1-6 (typisch 3-4)
Stickstoff	1-4 (typisch 2-3)
Sauerstoff	10-70 (typisch 40-60)

Funktionale Gruppenanalyse
funktionale Gruppen
Bereich (meq/g)
Gesamtacidität
1-19 (typisch 8-14)
Carboxylgruppen	2-18 (typisch 7-13)
Phenolgruppen	0-5 (typisch 0,5-2)

Eine Oxifulvinsäurelösung kann durch Kohleoxidation herge stellt werden. Insbesondere werden solche Lösungen vorzugs weise in einem Feuchtoxidationsprozeß hergestellt, wie er in der US-PS 49 12 258 beschrieben ist. Dieses Verfahren führt zur Bildung von wasserunlöslichen Produkten und wasserlös lichen Fulvinsäuren, welche typisch eine Konzentration von 1 bis 15% (m/v) aufweisen.

Herstellung von Calciumfulvatlösungen aus Kohle

Kohle (200 g) und Wasser (400 ml) werden in einem 2-Liter- Rührreaktor aufgeschlämmt. Der Reaktor wird mit Sauerstoff auf einen Druck von 8,0 MPa gebracht und durch äußere Heiz stäbe auf 200°C erhitzt. Sauerstoff wird durch die Aufschläm mung mit einer Geschwindigkeit von 4 l/min. durchgeleitet.

Nach einer Stunde wird der Sauerstoffstrom beendet, der Reaktor auf Raumtemperatur abgekühlt und der Druck auf Atmosphärendruck abgesenkt.

Die Aufschlämmung enthält oxidierte Kohle (unlöslich in Wasser) und eine Lösung von Fulvinsäuren in Wasser. Durch Filtration wird die oxidierte Kohle von der Lösung der Fulvinsäure im Wasser abgetrennt. Die Konzentration der Fulvinsäure im Wasser wird mit 8,45% (m/v) bestimmt.

Die aus Kohle hergestellten Fulvinsäuren weisen folgende Elementaranalyse und funktionale Gruppenanalyse, jeweils auf lufttrockener Basis, auf:

Elementaranalyse
Element
Bereich (%)
Kohlenstoff
30,1
Wasserstoff	2,8
Stickstoff	3,2

Funktionale Gruppenanalyse
funktionale Gruppe
Bereich (meq/g)
Gesamtacidität
11,8
Carboxylgruppen	10,7
Phenolgruppen	1,1

Calciumcarbonate und Calciumhydroxide (95 : 5) werden zu der Oxifulvinsäurelösung hinzugefügt, bis ein pH-Wert von 8,0 erreicht ist, wodurch man eine Calciumfulvatlösung erhält.

Die Calciumfulvatlösung, wie sie vorstehend hergestellt ist, wird benutzt, um Calciumionen nach der folgenden Methode in den Unterboden zu bringen.

Anwendungsverfahren

Fulvatlösungen, die durch Neutralisieren von Fulvinsäure lösungen aus Kohle mit Calciumcarbonat wie vorstehend be schrieben erhalten wurden, werden auf die Oberfläche von Bodenkolonnen einer Länge von 50 cm aufgebracht.

Bei den Vergleichskolonnen wird reines Calciumcarbonat auf die Oberfläche aufgebracht.

Die Kolonnen werden mit Unterbrechungen mit einem künstlichen Regen eluiert, welcher 900 mm über einen Zeitraum von zwei Monaten entspricht. Die Eluate werden während der Zeit gesammelt und chemisch analysiert. Anschließend werden die Kolonnen aus den Hüllen entfernt und der Boden auf austausch bare Kationen und pH-Wert analysiert. Es wurde gefunden, daß im Falle der Behandlung mit Calciumcarbonat das Calcium nicht durch den Boden hindurchbewegt und der pH-Wert in dem unteren Teil der Bodenkolonne nicht erhöht war. Die Anwendung der Calciumfulvatlösungen auf die Bodenoberfläche mobilisierte das Calcium sehr erfolgreich. Im letzteren Fall wurden größere Mengen von Calcium im unteren Teil der Bodenkolonne gefunden, zusammen mit einer signifikaten Erhöhung des Boden pH-Werts, wie es in der Tabelle 1 dargestellt ist.

Tabelle 1

Calciumgehalt und pH-Wert des Bodens in Kolonnen, die oberflächlich mit reinem Calciumcarbonat und Fulvinsäure/Calciumcarbonat behandelt wurden

In einem weiteren Experiment wurde eine Calciumfulvatlösung hergestellt, indem man Calciumhydroxid zu einer Fulvinsäure lösung aus Kohle, wie sie oben beschrieben ist, hinzufügt, bis ein pH-Wert von 7,2 erreicht wird. Die erhaltene Mischung enthält einige kolloidale Partikel und Calcium in einer Menge von 11,26 g/l.

Die Abwärtsbewegung des Calcium in dem Boden wurde unter sucht, indem man Zylinder von 1 Meter Länge und 68 mm Innen durchmesser verwendete. Eine Plastikumhüllung wurde ver wendet, um die Entfernung der ganzen Bodenkolonne zur Segmen tierung und Analyse zu erleichtern. Es wurde sorgfältig darauf geachtet, Mikrokanäle in den Kolonnen zu vermeiden. Drei Bodentypen wurden in den in der folgenden Tabelle 2 wiedergegebenen Experimenten verwendet.

Tabelle 2

Wichtige Eigenschaften der Versuchsböden

Die Kolonnen werden sorgfältig mit dem trockenen Boden gefüllt und mit zwei Poren-Volumina an entionisiertem Wasser als Vorbehandlung eluiert, um Salze zu entfernen. Die folgen den Substanzen werden dann in Pulverform (gemischt mit den oberen 5 cm des Bodens) hinzugefügt oder als 150 ml Suspen sionen auf die Oberfläche der wassergesättigten Böden auf gebracht: CaSO₄×2H₂O, Ca-EDTA und Ca-Fulvat (Calciumfulvat wie oben hergestellt). Bei der Calciumbehandlung werden in jedem Fall 1,689 g Ca zugefügt, dies entspricht 20t/ha Gips oder 11,6 t/ha Calciumcarbonat. Die Kolonnen werden mit entionisiertem Wasser mit einer Durchflußrate von 55 mm/Std. eluiert bis 2 Volumina Eluat in abgemessenen Fraktionen gesammelt sind.

Die Effekte von CaSO₄, Ca-EDTA und Ca-Fulvat beim Transport des zugeführten Calciums in eine Tiefe von über 43 cm (aus gewählt als Basis der Segmentdicke) wurden beurteilt. Die Ergebnisse sind graphisch in der beigefügten Zeichnung wiedergegeben. Es kann aus dieser Graphik entnommen werden, daß trotz der begrenzten Elution durch zwei Porenvolumina 27 bis 46% des Calciums, welches als Calciumfulvat aufgebracht wurde, in mehr als 43 cm Tiefe der Bodenkolonne bewegt werden konnte. Gips, welches als brauchbares Mittel zum Zuführen von Calcium zu sauren Unterböden angesehen wird, war wesentlich weniger effektiv, insbesondere in Böden mit hohen Tongehalt.

Es wird festgestellt, daß die Anwendung von Calciumfulvat signifikant den pH-Wert von Unterböden erhöht, zu denen es zugefügt wird.

Weiterhin zeigt die Analyse der Eluate, daß Calciumfulvat nicht nur Calcium sehr schnell über die gesamte Bodenkolonne bewegt, sondern ebenfalls mit Magnesium und Kalium aus dem Boden Komplexe bildet, was zu einer signifikaten Erhöhung der Entfernung dieser zwei Elemente aus der Bodenkolonne führt.

Claims

1. Mischung zur Verbesserung von Böden, welche aus einem oder mehreren Erdalkalimetallen in Form wasserlöslicher Salze oder Komplexe mit Fulvinsäure in wäßrigem Medium besteht.

2. Mischung gemäß Anspruch 1, in der die Fulvinsäure aus Kohle hergestellt ist.

3. Mischung gemäß Anspruch 2, worin die Fulvinsäure folgende Elementaranalyse aufweist (lufttrocken): Element Bereich (%) Kohlenstoff 10-70 Wasserstoff 1-6 Stickstoff 1-4 Sauerstoff 10-70

4. Eine Mischung gemäß Anspruch 2, worin die Fulvinsäure die folgende Elementaranalyse aufweist (lufttrocken): Element Bereich (%) Kohlenstoff 20-45 Wasserstoff 3-4 Stickstoff 2-3 Sauerstoff 40-60

5. Mischung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, worin die Fulvinsäure die folgende funktionale Gruppenanalyse aufweist (lufttrocken): funktionale Gruppen Bereich (meq/g) Gesamtacidität 1-19 Carboxylgruppen 2-18 Phenolgruppen 0-5

6. Mischung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, worin die Fulvinsäure die folgende funktionale Gruppenanalyse aufweist (lufttrocken): funktionale Gruppen Bereich (meq/g) Gesamtacidität 8-14 Carboxylgruppen 7-13 Phenolgruppen 0,5-2

7. Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Fulvinsäure in der Mischung in einer Menge von 0,01 bis 85% (m/v) enthalten ist.

8. Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin der pH-Wert der Mischung im Bereich von 4 bis 10 liegt.

9. Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin der pH-Wert der Mischung im Bereich von 7 bis 9 liegt.

10. Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Erdalkalielement Calcium oder Magnesium ist.

11. Methode zum Einbringen von einem oder mehreren Erdalkali metallen in ein Bodengebiet, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auf das Gebiet aufbringt.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin das Bodengebiet aus saurem Boden besteht.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, worin der Boden ein saurer Unterboden ist.