DE4206877A1 - Duengemittelzusammensetzung mit zusatz, verfahren zu seiner herstellung sowie zusatz dafuer - Google Patents
Duengemittelzusammensetzung mit zusatz, verfahren zu seiner herstellung sowie zusatz dafuerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Düngemittelzusammensetzung mit
Zusatz sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Außerdem
erfaßt die Erfindung einen dafür besonders geeigneten Zusatz.
Bisher war eines der beim Handhaben, Transportieren und La
gern von Düngemitteln (fertilizers) angetroffenen Hauptpro
bleme die Tatsache, daß die Düngemittel zur Klumpenbildung
neigen. Darüber hinaus haben bekannte Düngemittelzusammenset
zungen keinen annehmbaren Grad von Härte oder Bruchwider
standsfähigkeit. Es ist im Stand der Technik üblich, Zusätze
zum Düngemittel zu geben, welche die Kristallisationsart des
Düngemittels während der Bildung des Düngemittels zum ge
wünschten Endprodukt ändern. US-PS 31 12 343, US-PS 41 60 782
und US-PS 42 04 053 offenbaren diverse Prozesse für die Be
handlung von Düngemitteln mit Zusätzen, wie Formaldehyd, um
das obengenannte Problem zu beseitigen. Formaldehyd wurde je
doch von der US-Umweltschutzbehörde als giftige Chemikalie
und als potentiell krebserzeugend eingestuft. Entsprechend
werden alternative Zusätze für Düngemittel eingesetzt mit dem
Ziel der Reduktion der Brüchigkeit des Düngemittels und sei
ner Tendenz zur Klumpenbildung.
Der Erfinder hat sich das Ziel gesetzt, eine Düngemittelzu
sammensetzung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren
zu deren Herstellung zu schaffen, das sich durch hohe mecha
nische Widerstandsfähigkeit oder Festigkeit und Anti-Fest
back-Eigenschaften unter Beibehaltung guter Auflösungsfähig
keit auszeichnet, gleichzeitig aber auch nicht giftig, nicht
krebserzeugend und relativ preiswert herzustellen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Lehren der unabhängigen
Patentansprüche; die Unteransprüche geben günstige Ausgestal
tungen dazu an.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus den folgenden Darstellungen. Mit der Erfindung wer
den die vorstehenden Ziele leicht erreicht.
Erfindungsgemäß umfaßt die Düngemittelzusammensetzung eine
aus der Gruppe Harnstoff (urea), Ammoniumsulfat, Stickstoff-
Kalium-Phosphorgranulate, Monoammoniumphosphat, Diammonium
phosphat, Kaliumchlorid bzw. Mischungen davon ausgewählte
Verbindung sowie ein aus der Gruppe Natriumlignate, Alkalime
tallignate, Ammoniumlignate bzw. Mischungen davon ausgewähl
tes, schwefelfreies, wasserlösliches Lignatsalz in einer
Menge zwischen 0,1 bis 5,0 Gew.-% in der endgültigen Dünge
mittelzusammensetzung; diese Düngemittelverbindung (formula)
weist eine hohe mechanische Festigkeit und eine niedrige Ten
denz zur Klumpenbildung auf, ohne daß die Auflösung beein
trächtigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er
findung ist das wasserlösliche Lignatsalz ein Abfallprodukt
von Papierfabriken, insbesondere in Form eines schwefelfreien
Natriumlignates. Bevorzugte Verbindungen zur Verwendung bei
der Düngemittelzusammensetzung sind Harnstoff, Ammoniumsul
fat, Kaliumchlorid, Monoammoniumphosphat und Diammoniumphos
phat, wobei Harnstoff ein allgemeiner Stickstoffträger ist.
Durch Verwendung eines Zusatzes von Lignatsalz ist das resul
tierende Düngemittel durch eine höhere Widerstandsfähigkeit
gegen Druck und Stoß sowie durch eine reduzierte Neigung zur
Klumpenbildung gekennzeichnet.
Das Verfahren zum Herstellen einer Düngemittelzusammensetzung
umfaßt das Mischen der Verbindung und des Lignatsalzes zu
einer homogenen Mischung, anschließendes Erhitzen der Mi
schung in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 120°C und
160°C sowie danach das Verarbeiten der Mischung, um daraus
eine gewünschte Feststoffpartikelform zu erhalten. Nach einer
bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der vorlie
genden Erfindung resultiert das Kaliumchlorid aus der Verar
beitung von Papierpulpe.
Das erfindungsgemäße Düngemittel und das Verfahren zum Her
stellen desselben resultiert in einer nicht giftigen, nicht
krebserzeugenden Düngemittelverbindung, die durch hohe mecha
nische Festigkeit und gute Anti-Festback-Eigenschaften ge
kennzeichnet ist.
Ein als "Natronlauge" (soda liquor) bezeichnetes, in Papier
fabriken entstehendes Abfallmaterial besteht im wesentlichen
aus einer Lösung von Lignaten. In der Behandlungsstufe in Pa
pierfabriken werden die Rohmaterialien mit Natriumhydroxid
verarbeitet, was in Natronlauge resultiert, in der die Li
gnate hauptsächlich Nariumlignate sind.
Um den wasserlöslichen Lignatsalzzusatz zu erhalten, der in
der Düngemittelzusammensetzung nach der vorliegenden Erfin
dung benutzt werden soll, wird die Natronlauge entwässert, um
eine Wasserlösung mit einer Konzentration von Natriumlignat
zwischen 48 und 55 Gew.-% zu erzeugen, oder das Wasser wird
völlig eliminiert, wodurch ein wasserfreies Lignatpulver ent
steht.
Während Natriumlignate als Zusätze im Düngemittel nach der
vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind, sollte er
wähnt werden, daß auch andere Lignate, wie z. B. Alkalimetal
lignate und Ammoniumlignate, verwendet werden können. Weiter
hin können die Lignate andere Materialien, wie z. B. Poly
saccharide und/oder Monosaccharide und/oder Salze von Säuren
enthalten, die durch das Zersetzen von Kohlenwasserstoffen
während des Papierherstellungsprozesses entstehen. Diese kön
nen im Lignat vorhanden sein, ohne daß dessen Eigenschaften
bezüglich mechanischer Festigkeit und Anti-Festbackens geän
dert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung wird das Lignatsalz von einem bei der Papierherstellung
benutzten Rohmaterial abgeleitet, das vorzugsweise Zucker
rohrbagasse ist; es können jedoch auch andere pflanzliche Ma
terialien verwendet werden, die wenigstens 15 Gew.-% Lignin
enthalten.
Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird das
wasserlösliche Lignatsalz mit einer aus der Gruppe Harnstoff,
Ammoniumsulfat, Stickstoff-Kalium-Phosphorgranulate, Monoam
moniumphosphat, Diammoniumphosphat, Kaliumchlorid und Mi
schungen davon ausgewählten Verbindung vermischt. Wie oben
erwähnt, wird das wasserlösliche Lignatsalz aus der Alkalime
tallignate, Ammoniumlignate bzw. Mischungen davon enthalten
den Gruppe in einer Menge von 0,1 bis 5,0 Gew.-% in der fer
tiggestellten Düngemittelzusammensetzung ausgewählt; die Dün
gemittelverbindung erhält so eine hohe mechanische Festigkeit
und eine geringe Neigung zur Klumpenbildung, ohne daß die Lö
sungsfähigkeit derselben beeinträchtigt wird.
Erfindungsgemäß ist das bevorzugte wasserlösliche Lignatsalz
ein schwefelfreies Natriumlignat, und die Verbindung, mit der
es vermischt wird, ist vorzugsweise Harnstoff. Wird Harnstoff
verwendet, sollte das Lignatsalz in der endgültigen Düngemit
telzusammensetzung eine Menge zwischen 0,1 und 1,0 Gew.-%
aufweisen. Wenn aber Ammoniumsulfat verwendet wird, ist das
wasserlösliche Lignatsalz in der endgültigen Düngemittelzu
sammensetzung in einer Menge zwischen 2,6 und 4,8 Gew.-% vor
handen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Verbindungen
und das wasserlösliche Lignatsalz miteinander vermischt, bis
sich eine homogene Mischung ergibt. Die homogene Mischung
wird daraufhin auf eine Temperatur zwischen 120°C und 160°C
erhitzt und danach zu Feststoffpartikeln verarbeitet.
Wie oben erwähnt, wird das Lignatsalz aus Abfallmaterialien
gewonnen, die bei der Papierherstellung entstehen, und das
beim Verarbeiten benutzte Rohmaterial ist üblicherweise
Zuckerrohrbagasse.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele.
Die Eigenschaften des Düngemittels der erfindungsgemäßen Zu
sammensetzung sind mit bekannten Düngemittelzusammensetzungen
vergleichbar, und dies wird im folgenden unter Bezug auf Bei
spiele demonstriert werden. Die Härte oder mechanische Fe
stigkeit des Düngemittels hat zwei Komponenten. Die erste
Komponente, die Druckfestigkeit, ist eine statische Kraft,
und die zweite Komponente, die Stoßfestigkeit, ist eine dyna
mische Kraft.
Die Druckfestigkeit wird gemäß dem Chatillon-Härteverfahren
(Chatillon Hardness Compression) bestimmt, wobei ein von John
Chatillon & Sons unter der Modellnummer LTCM-3 gemäß der Norm
S-115 des International Fertilizer Development Center herge
stelltes Gerät verwendet wird. Die Stoßfestigkeit wird gemäß
der Norm F-118 des International Fertilizer Development Cen
ter bestimmt.
Die Neigung zur Klumpenbildung wird mittels beschleunigter
Festback-Tests (accelerated caking tests) bestimmt. Diese
Tests bestehen darin, daß eine bestimmte Menge von Prills im
Inneren eines Hohlzylinders eingebracht und zwischen zwei
Plexiglaskolben festgehalten wird. Nach einer festgelegten
Zeit ergibt sich ein kleiner Kuchen, der dann gebrochen wird.
Die zum Brechen des Kuchens benötigte Kraft wird mit einem
Penetrometer bestimmt. Je niedriger diese Kraft ist, desto
geringer ist die Neigung zum Festbacken.
Die voranstehenden Beispiele demonstrieren die Qualität des
Düngemittels nach der vorliegenden Erfindung, wenn es mit be
kannten Düngemitteln verglichen wird.
Eine Natronlauge ("soda liquor") mit einem Gesamtfeststoffge
halt von 8 Gew.-% wurde entwässert, wodurch sich eine Lösung
mit einem Feststoffgehalt von 51 Gew.-% ergab. Die konzen
trierte Natronlauge wurde mit festem Harnstoff in zwei ver
schiedenen Losen vermischt, wodurch sich in Test 1 ein End
produkt mit 0,5 Gew.-% Lignatsalz und in Test 2 ein Endpro
dukt von 0,7 Gew.-% Lignatsalz ergab. Jedes dieser Testdünge
mittel wurde daraufhin vermischt, so daß eine homogene Mi
schung erhalten wurde, und danach wurden die Mischungen in
einem Ofen bei einer Temperatur von 140°C geschmolzen. Man
konnte beobachten, daß die Lignate sehr löslich im geschmol
zenen Harnstoff wurden, und daß die Harnstoff-Lignat-Lösungen
keinerlei Trübung aufwiesen. Danach wurde die Mischung abge
kühlt und zu Partikeln mit diversen Durchmessern weiterverar
beitet (prilled). Nach der Perlenbildung wurden die Partikel
(prills) gesiebt, um sie nach der Größe in Siebfeinheit
(mesh) 10, 12 und 14 zu trennen.
Eine weitere Düngemittelzusammensetzung (Test 3) wurde durch
Hinzufügen eines pulverförmigen Lignatsalzes zu Harnstoff ge
bildet, so daß eine endgültige Düngemittelzusammensetzung mit
Lignatsalz von 0,5 Gew.-% entstand. Die Mischung wurde
daraufhin gut durchmischt und eine homogene Mischung gebil
det, die erhitzt, zu Partikeln weiterverarbeitet und getrennt
wurde, genau wie in den Tests 1 und 2. Um das Verhalten der
Düngemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung
zu demonstrieren, wurde ihre Druckfestigkeit gemäß dem
Chatillon-Härteverfahren bestimmt und mit zwei vorhandenen
Düngemittelzusammensetzungen mit Harnstoff und einem Zusatz
bzw. nur mit Harnstoff verglichen. Die beiden vorhandenen
Düngemittelzusammensetzungen waren wie folgt: UF-85® von
Allied Chemicals (USA) und Norlig-HR® von Daishowa Chemicals
(USA). Die Ergebnisse der Drucktests sind in Tabelle
aufgeführt, worin U.S. Standard Mesh als US-Siebnormfeinheit
bezeichnet ist.
Wie man aus Tabelle I ersehen kann, weisen die Düngemittel
nach der vorliegenden Erfindung eine Druckfestigkeit auf, die
höher ist als die aller bekannten Düngemittelzusammensetzun
gen. Zusätzlich wurde auch die Stoßfestigkeit gemäß der
IFDC-118-Norm gemessen, und die Ergebnisse sind im folgenden in
Tabelle II gezeigt, worin die Stoßfestigkeit in Bruchteilchen
nach Gew.-% (prills fractured wt.%) erscheint.
Wie man aus Tabelle II sehen kann, sind die Stoßfestigkeiten
der Düngemittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfin
dung vergleichbar mit denen der bekannten Düngemittelzusam
mensetzungen.
Die in Beispiel I eingesetzten Düngemittel wurden caking
tests (Festback-Tests) unterworfen gemäß dem oben beschriebe
nen Verfahren, und die Ergebnisse dieser Tests sind in der
folgenden Tabelle III dargestellt.
Wieder kann man sehen, daß die Festback-Neigungen der Dünge
mittelzusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung zu
mindest vergleichbar mit und in vielen Fällen besser als die
Festback-Neigungen der bekannten Düngemittelzusammensetzungen
sind.
Um die Wirksamkeit anderer Zusammensetzungen des Düngemittels
nach der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren, wurde ein
Natriumlignat-Pulver mit Stickstoff-Kalium-Phosphor-Gra
nulaten mit den Anteilen (formula) von 15-15-15-Feststoff
gemischt, um daraus eine endgültige Lignatzusammensetzung von
5 Gew.-% zu erzeugen. Eine zweite Zusammensetzung
(formulation) wurde durch Mischen eines Stickstoff-Kalium-
Phosphor-Granulats mit der Formulation 13-26-06 mit
Natriumlignaten gemischt, wodurch sich eine
Endzusammensetzung von 2,8 Gew.-% Lignat ergab. Wiederum
wurden Festback-Tests durchgeführt, um die Wirkung des
Zusatz es nach der vorliegenden Erfindung auf diese
Düngemittelzusammensetzungen bzw. dieser
Kompostzusammensetzung zu vergleichen, und die Ergebnisse
sind nachfolgend in Tabelle IV aufgeführt.
Aus Tabelle IV kann man ersehen, daß die Zusatzverbindung
eines Lignatsalzes gemäß der vorliegenden Erfindung die Fest
backtendenzen bekannter Düngemittel erheblich reduziert.
Diese Erfindung kann auch in anderen Formen ausgeführt oder
auf andere Weise durchgeführt werden, ohne daß von derem
Geist oder von deren wesentlichen Eigenschaften abgewichen
wird. Die vorliegende Ausführungsform ist daher in jeglicher
Hinsicht nur als beispielhaft und als nicht einschränkend an
zusehen, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die An
sprüche angegeben wird, und wobei alle Änderungen innerhalb
der Bedeutung und des Äquivalenzbereiches hierunter fallen.
Claims (12)
1. Düngemittelzusammensetzung mit Zusatz,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düngemittelzusammensetzung eine aus der Gruppe
Harnstoff, Ammoniumsulfat, Stickstoff-Kalium-Phosphor
granulate, Monoammoniumphosphat, Diammoniumphosphat,
Kaliumchlorid und/oder Mischungen davon ausgewählte
Verbindungen enthält sowie ein aus der Gruppe Natrium
lignate, Alkalimetallignate, Ammoniumlignate und/oder
Mischungen davon ausgewähltes, schwefelfreies, wasser
lösliches Lignatsalz in einer Menge zwischen 0,1 bis
5,0 Gew.-% der endgültigen Düngemittelzusammensetzung,
wobei die Düngemittelverbindung eine hohe mechanische
Festigkeit und eine niedrige Tendenz zur Klumpenbildung
aufweist ohne Beeinträchtigung der Auflösungsfähigkeit.
2. Düngemittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das wasserlösliche Lignatsalz ein
schwefelfreies Natriumlignat ist.
3. Düngemittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verbindung Harnstoff ist und das
wasserlösliche Lignatsalz in einer Menge zwischen 0,1
und 1,0 Gew.-% in der endgültigen Düngemittelzusammen
setzung vorliegt.
4. Düngemittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verbindung Ammoniumsulfat ist und
das wasserlösliche Lignatsalz in einer Menge zwischen
2,6 und 4,8 Gew.-% in der endgültigen Düngemittelzusam
mensetzung vorliegt.
5. Verfahren zum Herstellen einer Düngemittelzusammenset
zung mit Zusatz, insbesondere eines Düngemittels nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die
folgenden Schritte:
- a) Auswahl einer Verbindung aus der Gruppe Harn stoff, Ammoniumsulfat, Stickstoff-Kalium-Phos phorgranulate, Monoammoniumphosphat, Diammoni umphosphat, Kaliumchlorid und/oder Mischungen davon;
- b) Hinzufügen eines aus der Gruppe Nariumlignate, Alkalimetallignate, Ammoniumlignate und/oder Mischungen davon ausgewählten, schwefelfreien, wasserlöslichen Lignatsalzes zu dieser Verbin dung in einer Menge zwischen 0,1 bis 5,0 Gew.-% in der endgültigen Düngemittelzusammensetzung;
- c) Mischen der Verbindung und des Lignatsalzes zu einer homogenen Mischung und
- d) Verarbeiten der Mischung zu einer gewünschten Feststoffpartikelform.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
ein schwefelfreies Natriumlignat als Lignatsalz einge
setzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mischung von Verbindung und Lignatsalz vor dem Ver
arbeiten zur gewünschten Feststoffpartikelform erhitzt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die "Natronlauge" verarbeitet und das Lignatsalz erhal
ten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß Natronlauge entwässert und eine
Wasserlösung mit einer Konzentration von Natriumlignat
zwischen 40 und 60 Gew.-%, bevorzugt 48 und 55 Gew.-%
hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekenn
zeichnet durch den Einsatz wasserfreien Lignatpulvers.
11. Verfahren nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeich
net, daß als "Natronlauge" Abfallauge aus der Behand
lung von Zuckerrohrbagasse mit Natriumhydroxid zum Er
zeugen von Papierpulpe eingesetzt wird.
12. Zusatz für eine Düngemittelzusammensetzung, insbeson
dere für ein Düngemittel nach einem der Ansprüche 1
bis 4 bzw. für den Einsatz beim Verfahren nach wenig
stens einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein schwefelfreies, wasserlösliches
Lignatsalz aus der Gruppe Natriumlignate, Alkalimetal
lignate, Ammoniumlignate und/oder Mischungen davon in
einer Menge zwischen 0,1 bis 5,0 Gew.-% in der endgül
tigen Düngemittelzusammensetzung enthält und daß die
Düngemittelzusammensetzung eine hohe mechanische Wider
standsfähigkeit sowie eine niedrige Neigung zur Klum
penbildung besitzt ohne Beeinträchtigung der Fähigkeit
zur Auflösung.
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