JP3648994B2

JP3648994B2 - 緩効性カリ肥料

Info

Publication number: JP3648994B2
Application number: JP23795398A
Authority: JP
Inventors: 達人高橋; 誠加藤; 健次松原; 明良山口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JPH11116366A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緩効性カリ肥料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
植物の生育にとって肥料は欠かせないものであり、中でも窒素、燐酸、カリウムは三大成分として育成に合わせて施肥される。このような肥料は土壌に施され、潅水に溶解し植物の根から少しずつ時間をかけて吸収される。
【０００３】
しかし、植物の吸収は数日から数週間かけて行われるので、この間に吸収されずに流れ去ってしまうものもある。水に溶けやすい肥料ではこのように流れ去る分が多く、このような肥料では少量ずつ何回も手間をかけて施肥する必要があった。
【０００４】
そこで、このような手間を省くことが可能なように、近年、１回の施肥で長期間にわたって作物を育成することができる肥料、すなわち土壌中で徐々に溶出して肥効が長期間持続する肥料（緩効性肥料）が要望されるようになってきた。
【０００５】
緩効性肥料としては、上記三大肥料要素を単独に含むものや複合して含むもの、あるいは補助要素を同時に含むもの等種々のものが提案され、製造されている。これら三大肥料の中でも、カリウムは、生育の初期には少量でよいが、結実期には多量に必要とされ、緩効性カリ肥料が重要視されている。
【０００６】
従来から、緩効性カリ肥料として、植物の根から分泌するクエン酸水溶液には溶けるが水に対して難溶であるク溶性カリ肥料が用いられている。なお、ク溶とは２ｗｔ％クエン酸水溶液に可溶であることをいう。このような水に難溶なク溶性カリ肥料は、潅水による流出が防止されるとともに、根から分泌されるクエン酸には溶解するので、根の発育にともなって分泌するクエン酸が増加するに従い、その吸収量も増加する。したがって、理想的な緩効性を示す。
【０００７】
このようなク溶性の緩効性カリ肥料としては、例えば、特開昭５５−５７８５号公報に開示されたものがある。この公報には、火力発電所の排ガス集塵装置から回収されるフライアッシュに炭酸カリや苛性カリなどのカリウム源を加え、この配合原料を８００から１１００℃で焼成し、固相反応によってフライアッシュ成分とカリウム分とを化合させたク溶性の緩効性カリ肥料が示されている。
【０００８】
この緩効性カリ肥料は、フライアッシュとカリウム源とを主成分とし、この両者にＡｌ₂Ｏ₃、アルカリ土類金属酸化物、Ｆｅ₂Ｏ₃などが結合した焼結体であり、Ｋ₂Ｏを２２％程度含み、Ｋ₂Ｏが高い比率でク溶化されており、水溶性のＫ₂Ｏがわずかしか存在せず、良好な緩効性を示すことが記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような緩効性カリ肥料は、主成分であるＫ₂ＯとＳｉＯ₂にＡｌ₂Ｏ₃に、アルカリ土類金属酸化物、またはＦｅ₂Ｏ₃などが結合した各種の結晶からなるものであり、これらはそれぞれ溶解性が異なっている。したがって、このような肥料を施肥すると、経時的に溶出成分が異なることが生じ、安定的に肥料成分が供給されないおそれがある。したがって、作物によっては、所望の肥効が長期間持続するという緩効性肥料に要求される特性が満たされない場合が生じる。
【００１０】
また、上記緩効性カリ肥料は、焼結により製造されるものであり、固相反応により結晶化されるものであるから、その焼成条件や原料であるフライアッシュの組成等が変化すると、生成する結晶の種類、存在割合、得られる結晶の結晶性等が大きく変化し、それにともなって溶解性が大幅に変化する。したがって、適度な緩効性を有するものを製造しようとする場合には、カリ以外の原料の組成および焼成条件を厳密に制御する必要があり、製造しにくいという問題点がある。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、広い組成範囲で安定した緩効性を発揮することができる緩効性カリ肥料を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、Ｋ_２Ｏ、ＳｉＯ_２、およびＣａＯを必須成分とし、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_ｔＯを選択成分とし、実質的にＫ_２Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶と、Ｋ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶とから実質的になることを特徴とする緩効性カリ肥料を提供する。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、一旦溶融後に結晶化されたことを特徴とする緩効性カリ肥料を提供する。
【００１４】
第３発明は、第１発明または第２発明において、Ｋ₂Ｏ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯの合計量に対して、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃との和が２０〜７０モル％であり、Ｋ₂Ｏが５〜３０モル％であり、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯの和が７５モル％以下であることを特徴とする緩効性カリ肥料を提供する。
【００１５】
なお、本発明において、Ｆｅ_tＯは、鉄酸化物の総称であって、ＦｅＯおよびＦｅ₂Ｏ₃の両方を含むものである。また、マンガン酸化物は、通常、ＭｎＯであるが、本発明ではマンガンは必ずしも２価に限定されるものではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明においては、Ｋ_２Ｏ、ＳｉＯ_２、およびＣａＯを必須成分とし、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_ｔＯを選択成分とし、実質的にＫ_２Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶と、Ｋ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶とから実質的になることを要件とする。このような構成によれば、実質的にＫ_２Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶が、Ｋ_２Ｏを含むＫ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系結晶をガードする状態となるため、Ｋ_２Ｏを含む結晶の溶解が抑制され適切な緩効性を示す。また、肥料を構成する結晶の結晶系が固定的であるため、安定性が高く、広い組成範囲で緩効性を発揮させることができる。
【００１７】
このような結晶を存在させるためには、典型的には、原料を一旦溶融させてから冷却することにより結晶化させる。この場合には、平衡状態に近い状態で結晶を析出させることができる。本発明の成分系の場合には、溶融した後の冷却過程で、ＣａＯ−ＳｉＯ₂系の結晶と、Ｋ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系結晶が晶出しやすい。そして、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅＯの他の２価金属の酸化物は、ＣａＯのサイトに置換固溶してこれらの結晶に入り込むと考えられる。
【００１８】
本発明において、実質的にＫ₂Ｏを含まない上記ＣａＯ−ＳｉＯ₂系の結晶としては、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、ＣａＯ・ＳｉＯ₂等が挙げられ、Ｋ₂Ｏを含むＫ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系結晶としては、Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ₂、２Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・３ＳｉＯ₂、Ｋ₂Ｏ・３ＣａＯ・６ＳｉＯ₂、２Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・６ＳｉＯ₂等が挙げられる。組成および冷却条件を制御することにより、これらの結晶のいずれかを晶出させることができる。
【００１９】
このように、実質的にＫ₂Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ₂系の結晶と、Ｋ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系結晶とから実質的になるカリ肥料を得るためには、Ｋ₂Ｏ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯの合計量に対して、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃との和が２０〜７０モル％であり、Ｋ₂Ｏが５〜３０モル％であり、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯの和が７５モル％以下である組成範囲が好ましい。また、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃との和が３０〜６０モル％、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯの和が６５〜１０モル％の範囲がさらに好ましい。上述したように、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅＯの他の２価金属の酸化物は、ＣａＯのサイトに置換固溶してこれらの結晶に入り込み、Ａｌ₂Ｏ₃はＳｉＯ₂と同様の作用を有すると考えられるから、これらをグループ分けし、Ｋ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系状態図を基にして結晶化のしやすさを判断することができ、これらを考慮して、図１で示す上記組成範囲を好ましい範囲とした。ただし、この範囲に限定されず、その範囲外の組成であっても冷却条件を制御することにより、所望の結晶を晶出させることができる。なお、図１において各成分の割合はモル％であり、ＭｅＯは、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯの合計を示すものである。また、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_tＯは選択成分であり、必ずしも含まれていなくてもよい。
【００２０】
Ｋ₂Ｏの含有量については、肥料としての有効性の観点からも５モル％以上が好ましい。５モル％未満であると施肥量が多量になりすぎ好ましくない。また、３０モル％以上となると溶解性が高くなりすぎる傾向にあり、その点からも３０モル％以下が好ましい。
【００２１】
本発明の緩効性カリ肥料の原料は、上記酸化物を主体とするものであれば特に限定されるものではないが、高炉スラグ、あるいは高炉銑に脱珪、脱リン、脱硫を施した後のスラグを好適に用いることができる。これらスラグは鉄鋼の製錬および精錬過程で副生物として多量に発生するものであり、安定的な供給が可能である。このようなスラグは、ＳｉＯ₂を２０〜６０ｗｔ％程度、Ａｌ₂Ｏ₃を数ｗｔ％程度、ＣａＯを数ｗｔ％程度から５０ｗｔ％程度、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅＯを合計で５〜３０ｗｔ％程度含み、その他の成分がほぼ１５ｗｔ％以下含まれている。
【００２２】
このようなスラグにカリウム源を加えることにより、本発明の緩効性カリ肥料が得られる。カリウム源も特に限定されるものではないが、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、硫酸カリウムなどのカリウム塩、またはカリ長石のようなカリウム含有鉱物を好適に用いることができる。
【００２３】
本発明の緩効性カリ肥料は、本発明を満たす成分の原料を例えば１３００〜１５００℃程度の温度で溶融させ、少なくとも８００〜９００℃程度の温度まで１５０〜３００℃／ｈｒ程度の速度で徐冷してほぼ完全に結晶化させ、その後放冷することにより得ることができる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
高炉銑を脱珪処理した際に生じたスラグ（脱珪スラグ）に炭酸カリウムを添加した後、約１５００℃に加熱して均一な溶融体とし、８００℃まで充分に時間をかけて徐冷し、その後放冷し固化して表１のＡに示す組成の試料を得た。なお、この際の組成は図１において点Ａに対応する。ここで、図１のプロットは、表１に重量％で示されている各成分の値をモル含有量に換算し、この各成分のモル含有量の合計値を求め、その合計量に対する各成分のモル含有量を計算した値に基づいている。
【００２５】
得られた試料をＸ線回折に供したところ、主な結晶として、Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ₂、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、ＣａＯ・ＳｉＯ₂が同定された。他にも微量の結晶の存在が確認されたが同定することはできなかった。
【００２６】
この試料を破砕し、Ｋ₂Ｏのク溶率および水溶率を測定した。その結果、ク溶性Ｋ₂Ｏ（ｃ−Ｋ₂Ｏ）が２１．１％、水溶性Ｋ₂Ｏ（ｗ−Ｋ₂Ｏ）が０．６％であり、緩効性肥料として適切な値を示すことが確認された。
【００２７】
（実施例２）
脱珪スラグに炭酸カリウムを添加した後、約１３００℃に加熱して均一な溶融体とし、７００℃まで長時間かけて徐冷し、その後放冷し固化して表１のＢに示す組成の試料を得た。なお、この際の組成は図１において点Ｂに対応する。
【００２８】
得られた試料をＸ線回折に供したところ、主な結晶として、ＣａＯ・ＳｉＯ₂、２Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・３ＳｉＯ₂、２Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・６ＳｉＯ₂が同定された。他にも微量の結晶の存在が確認されたが同定することはできなかった。
【００２９】
この試料を破砕し、Ｋ₂Ｏのク溶率および水溶率を測定した。その結果、ク溶性Ｋ₂Ｏ（ｃ−Ｋ₂Ｏ）が２０．２％、水溶性Ｋ₂Ｏ（ｗ−Ｋ₂Ｏ）が０．６％であり、緩効性肥料として適切な値を示すことが確認された。
【００３０】
（実施例３）
脱珪スラグに炭酸カリウムと生石灰を添加した後、約１５００℃に加熱して均一な溶融体とし、８００℃まで長時間かけて徐冷し、その後放冷し固化して表１のＣに示す組成の試料を得た。なお、この際の組成は図１において点Ｃに対応する。
【００３１】
得られた試料をＸ線回折に供したところ、主な結晶として、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂、２Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・３ＳｉＯ₂、Ｋ₂Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ₂が同定された。他にも微量の結晶の存在が確認されたが同定することはできなかった。
【００３２】
この試料を破砕し、Ｋ₂Ｏのク溶率および水溶率を測定した。その結果、ク溶性Ｋ₂Ｏ（ｃ−Ｋ₂Ｏ）が２６．５％、水溶性Ｋ₂Ｏ（ｗ−Ｋ₂Ｏ）が１４．８％であり、緩効性肥料として適切な値を示すことが確認された。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｋ₂Ｏ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ならびにＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_tＯからなる群から選択された１種または２種以上を主体とし、実質的にＫ₂Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ₂系の結晶と、Ｋ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系結晶とから実質的になるカリ肥料が提供されるので、実質的にＫ₂Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ₂系の結晶が、Ｋ₂Ｏを含むＫ₂Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系結晶をガードする状態となる。したがって、Ｋ₂Ｏを含む結晶の溶解が抑制され適切な緩効性を得ることができる。また、肥料を構成する結晶の結晶系が固定的であるため、安定性が高く、広い組成範囲で緩効性を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカリ肥料の好ましい組成範囲を示す図。

Claims

Ｋ_２Ｏ、ＳｉＯ_２、およびＣａＯを必須成分とし、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ_ｔＯを選択成分とし、実質的にＫ_２Ｏを含まないＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶と、Ｋ_２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ_２系の結晶とから実質的になることを特徴とする緩効性カリ肥料。
ただし、Ｆｅ_ｔＯは、ＦｅＯおよびＦｅ_２Ｏ_３の両方を含むものである。
一旦溶融後に結晶化されたことを特徴とする請求項１に記載の緩効性カリ肥料。
Ｋ_２Ｏ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_ｔＯの合計量に対して、ＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３との和が２０〜７０モル％であり、Ｋ_２Ｏが５〜３０モル％であり、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯおよびＦｅ_ｔＯの和が７５モル％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の緩効性カリ肥料。