СОСТАВ УДОБРЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЙ ПИТАТЕЛЬНЫЕ МИКРОЭЛЕМЕНТЫ, И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК C05G5/00 

Родственные заявки

Настоящая заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США № 61/309894 от 3 марта 2010 г. и предварительной заявки на патент США № 61/311011 от 5 марта 2010 г., каждая из которых приводится здесь в своей полноте в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к составу удобрения и, более конкретно, к составам удобрений, содержащим питательные микроэлементы, для последующего введения в раствор почвы и в конечном счете в корневую зону растений.

Предпосылки создания изобретения

В дополнение к первичным питательным элементам, таким как углерод, водород, кислород, азот, фосфор и поташ, питательные микроэлементы и вторичные питательные элементы являются элементами, которые являются также существенными для роста растений, но требуются в намного меньших количествах, чем первичные питательные элементы. Вторичные питательные элементы могут включать в себя, например, кальций (Ca), серу (S) и магний (Mg). Питательные микроэлементы могут включать в себя, например, бор (В), медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn), молибден (Mo), цинк (Zn), хлор (Cl), кобальт (Co), натрий (Na) и их комбинации.

Источники питательных микроэлементов значительно варьируются по их физическому состоянию, химической реакционной способности, стоимости и доступности для растений. Четыре главных класса источников питательных микроэлементов включают в себя: (1) неорганические продукты, такие как оксиды, карбонаты и металлические соли, такие как сульфаты, хлориды и нитраты; (2) синтетические хелаты, образованные при комбинировании хелатирующего агента с металлом посредством координационных связей; (3) натуральные органические комплексы, включая лигносульфонаты, полифлавоноиды и фенолы, полученные при взаимодействии металлических солей с некоторыми органическими побочными продуктами отрасли древесной целлюлозы или родственных отраслей; и (4) фритты или фриттированные стекловидные продукты, содержащие концентрацию питательного микроэлемента от примерно 2 до 25%.

Наиболее известным способом применения питательных микроэлементов для культур является внесение в почву. Рекомендуемые степени внесения обычно составляют менее 10 фунт/акр (1 кг/м²) на элементной основе, так что равномерное внесение источников питательных микроэлементов отдельно в поле может быть трудным. Введение питательных микроэлементов со смешанными удобрениями является удобным способом внесения и обеспечивает более равномерное распределение традиционным оборудованием внесения. Затраты также снижаются при исключении отдельной стадии внесения. Четыре способа внесения питательных микроэлементов со смешанными удобрениями могут включать в себя введение в процессе изготовления, объемное смешение с гранулированными удобрениями, нанесение в виде покрытия на гранулированные удобрения и смешение с жидкими удобрениями.

Введение в процессе изготовления представляет собой введение одного или более питательных микроэлементов непосредственно в гранулы удобрения, такого как NPK, или фосфатного удобрения, когда они получаются. Указанная практика позволяет каждой грануле фосфатного удобрения иметь согласованную концентрацию желаемого питательного микроэлемента (микроэлементов) и равномерное распределение для всех гранулированных удобрений. Поскольку фосфатные гранулы равномерно распределяются по площади выращивания, содержание питательного микроэлемента (микроэлементов) также является хорошим. Однако поскольку источник питательного микроэлемента находится в контакте с компонентами смешанного удобрения в условиях высокой температуры и влажности в процессе изготовления, скорость химических реакций с фосфатами увеличивается, что может снизить доступность к растениям некоторых питательных микроэлементов, поскольку питательный микроэлемент (микроэлементы) остается в фосфатной грануле.

Объемное смешение с гранулированными удобрениями является практикой объемного смешения отдельных гранулированных смесей питательных микроэлементов с гранулированными фосфатными удобрениями и гранулированными поташными удобрениями. Главное преимущество указанной практики состоит в том, что могут быть получены сорта удобрений, которые обеспечивают рекомендованные степени внесения питательных микроэлементов для данного поля при обычных степенях внесения удобрения. Главный недостаток заключается в сегрегации питательных микроэлементов, которая может иметь место в процессе смешения и при последующей обработке. Для того чтобы снизить и предотвратить размерную сегрегацию в процессе обработки и транспортирования, гранулы питательных микроэлементов должны быть близки к такому же размеру, как фосфатные и поташные гранулы. Поскольку питательные микроэлементы требуются в очень небольших количествах для питания растений, указанная практика дает в результате гранулы равномерно распределенных питательных микроэлементов и обычно слишком далеко от большей части растений, чтобы иметь непосредственный выигрыш, т.к. большая часть мигрирует в растворе почвы только на несколько миллиметров в течение всего сезона выращивания.

Нанесение покрытия на гранулированные удобрения снижает возможность сегрегации. Однако некоторые связующие материалы являются неудовлетворительными, поскольку они не удерживают покрытия питательных микроэлементов в процессе тарирования по мешкам, хранения и обращения, что дает сегрегацию источников питательных микроэлементов от компонентов гранулированного удобрения. Выполняются стадии по снижению проблемы сегрегации в случае питательных вторичных элементов и питательных микроэлементов, например как в случае серы или серных пластинок в части удобрения, как описано в патенте США № 6544313, озаглавленном «Серосодержащая композиция удобрения и способ ее получения», и в случае питательных микроэлементов, как описано в патенте США № 7497891, озаглавленном «Способ получения удобрения с питательными микроэлементами», оба из которых приводятся здесь в качестве ссылки в своей полноте.

Подобно введению питательных микроэлементов в процессе изготовления, описанному выше, источник питательного микроэлемента находится в контакте с компонентами удобрения в продукте с покрытием, и компоненты могут подвергаться химическим реакциям с фосфатами, поэтому снижая доступность к растениям некоторых питательных микроэлементов, поскольку питательный микроэлемент (микроэлементы) остается в фосфатной грануле.

Сохраняется потребность в продукте удобрения, который содержит один или более питательных микроэлементов, который максимизирует введение питательного микроэлемента (микроэлементов) в раствор почвы и в конечном счете в корневую зону растений.

Краткое описание изобретения

Варианты изобретения направлены на введение желаемого питательного микроэлемента (микроэлементов) в гранулированные рецептуры удобрений для последующего введения питательных микроэлементов в раствор почвы и в конечном счете в корневую зону растений. Покрытие поверх базового удобрения используется в качестве барьерного покрытия или разделителя для предотвращения или снижения химического/физического взаимодействия между питательным микроэлементом (микроэлементами) и базовым удобрением.

В одном варианте изобретения материал барьерного покрытия находится в жидком или расплавленном состоянии. Один или более питательных микроэлементов вводятся тогда в расплав материала барьерного покрытия. Материал барьерного покрытия наносится напылением на соответствующую гранулу удобрения, такого как аммонийфосфатное, кальцийфосфатное или калийфосфатное удобрение. Частицы питательного микроэлемента удерживаются материалом барьерного покрытия отделенными от химического или физического взаимодействия с лежащим ниже материалом удобрения.

В другом варианте изобретения соответствующая гранула удобрения, такого как аммонийфосфатное, кальцийфосфатное или калийфосфатное удобрение, покрывается традиционными способами, такими как напыление, материалом барьерного покрытия. Один или более питательных микроэлементов вводятся тогда либо в сплошное, либо в дискретное покрытие вокруг гранул удобрения с барьерным покрытием, так что частицы питательного микроэлемента химически и физически отделены или изолированы от лежащего ниже материала удобрения.

Приведенное выше краткое описание изобретения не предназначено для описания каждого показанного варианта или каждого осуществления настоящего изобретения. Подробное описание, которое следует далее, более конкретно описывает указанные варианты.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематически показана гранула удобрения, содержащая питательные микроэлементы согласно одному варианту изобретения;

на фиг. 2 схематически показана гранула удобрения, содержащая питательные микроэлементы согласно другому варианту изобретения;

на фиг. 3 представлена диаграмма, сравнивающая растворение питательных микроэлементов во времени для различных материалов барьерного покрытия;

на фиг.4 представлен график, показывающий влияние водорастворимости на потребление цинка растением.

Подробное описание изобретения

Согласно одному варианту изобретения, показанному на фиг.1, гранула 100 удобрения, содержащая питательные микроэлементы, может содержать сердцевинную часть 102 удобрения, материал 104 барьерного покрытия, покрытый или иным образом нанесенный, по меньшей мере, частично поверх части 102 удобрения, и покрытие 106 питательного микроэлемента, содержащее один или более питательных микроэлементов, покрывающее, по меньшей мере, часть материала 104 барьерного покрытия.

В данном варианте материал 104 барьерного покрытия может быть в жидкой, твердой или расплавленной форме и может быть напылен, защищен покрытием или нанесен любой из ряда подходящих технологий нанесения покрытия с формованием сплошного или дискретного покрытия поверх части 102 удобрения. В одном частном варианте материал барьерного покрытия комбинируется с водой с образованием суспензии, которая напыляется на гранулы удобрения в грануляторе. Гранулы затем сушат. Гранулы с барьерным покрытием затем покрывают подходящим питательным микроэлементом, таким как комплекс питательных микроэлементов, например ZnSO₄·H₂O, любой из ряда подходящих технологий нанесения покрытия, такой как напыление покрытия.

Необязательно горячее полимерное покрытие (с последующим его охлаждением) может быть нанесено на гранулы с барьерным покрытием перед нанесением питательного микроэлемента с созданием липкой поверхности для адгезирования питательных микроэлементов к гранулам и, кроме того, для улучшения водорастворимости питательных микроэлементов. Такие полимеры могут содержать, например, полиэтиленимин (ПЭИ).

Согласно альтернативному варианту изобретения, показанному на фиг.2, гранула 200 удобрения, содержащая питательные микроэлементы, может содержать сердцевинную часть 202 удобрения, материал 204 барьерного покрытия, покрытый или иным образом нанесенный, по меньшей мере, частично поверх части 202 удобрения, и один или более питательных микроэлементов 206, диспергированных в материале 204 барьерного покрытия.

Часть 102, 202 удобрения может содержать любое подходящее удобрение, такое как, например, нитраты, мочевины, поташи, фосфатные удобрения, такие как моноаммонийфосфат ((МАФ)(MAP)), диаммонийфосфат ((ДАФ)(DAP)), одинарный суперфосфат, тройной суперфосфат, калийфосфаты, кальцийфосфаты и их комбинации.

Материал 104, 204 барьерного покрытия может содержать один или более материалов, которые изолируют питательный микроэлемент (микроэлементы) от композиции удобрения со снижением или исключением химических реакций и/или других взаимодействий между питательным микроэлементом (микроэлементами) и лежащей ниже композицией удобрения. Например, если лежащей ниже композицией удобрения является фосфат, материал 104 барьерного покрытия может содержать мочевину, лангбеинит (иначе известный как К-Mag или K₂Mg₂(SO₄)₃), сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄), сульфат калия (K₂SO₄), сульфат магния (MgSO₄), сульфат кальция (CaSO₄), (S), силикаты, их соответствующий гидрат (соль со связанной водой гидратации [∙xH₂O]) и их комбинации.

Питательные микроэлементы 106, 206 могут содержать бор (В), медь (Cu), железо (Fe), марганец (Mn), молибден (Мо), цинк (Zn), хлор (Cl), кобальт (Со), натрий (Na), никель (Ni), селен (Se) и их комбинации. Питательные микроэлементы 106, 206 могут быть в форме дискретных частиц или пластинок и могут быть, необязательно, введены в ПЭИ матрицу.

В последующих примерах рассматриваются частные варианты изобретения. Оборудованием, используемым для получения каждого из примеров, является чашечный гранулятор диаметром четыре фута (1,2 м) (слой шириной 13 дюймов (33 см) с глубиной 5 дюймов (12,7 см), оборудованный приводом переменной частоты (VFD) и установленный вертикально. Барабан не является ступенчатым; он оборудован только скользящими стержнями для поддержания движения слоя.

Материалы примеров получают периодическим способом сначала при загрузке гранулированного без покрытия МАФ с последующим введением соответствующего барьерного материала с равномерным покрытием МАФ-частиц. Затем в указанные покрытые гранулы вводят соответствующий питательный микроэлемент (микроэлементы) вместе с полимером, который действует с улучшением водорастворимости питательных микроэлементов.

Пример 1

Мочевинное барьерное покрытие

Непокрытый МАФ полностью покрывают расплавленной мочевиной (приблизительно 10%) и оставляют охлаждаться. На покрытые гранулы наносят напылением горячий ПЭИ и затем покрывают цинком в форме ZnSO₄∙H₂O или медью в форме CuSO₄∙5H₂O. Затем получают комплекс напылением небольшого количества (приблизительно 0,25%) подкисленной воды (рН, доведенный до приблизительно 2). Тальк (приблизительно 1%) вводят для получения свободно сыпучих гранул.

Пример 2

K-Mag (K ₂ Mg ₂ (SO ₄ ) ₃ ) покрытие

Непокрытый МАФ полностью покрывают порошкообразным K-Mag, смешанным с половиной его массы разбавленного раствора лигносульфоната кальция (CLS) (разбавленного до 70/30 мас./мас. CLS/H₂O c CLS, содержащим 58% сухого вещества). Суспензию равномерно напыляют поверх вращающегося слоя МАФ-гранул и сушат до сухого состояния. На покрытые гранулы наносят напылением горячий ПЭИ (99%) и затем покрывают цинком в форме ZnSO₄∙H₂O. Затем получают комплекс напылением небольшого количества (приблизительно 0,25%) подкисленной воды (рН, доведенный до приблизительно 2 лимонной кислотой). Покрытые гранулы затем сушат на воздухе. Тальк (приблизительно 1%) вводят для получения свободно сыпучих гранул.

Пример 3

Покрытие сульфата аммония ((NH ₄ ) ₂ SO ₄ )

Непокрытый МАФ полностью покрывают порошкообразным сульфатом аммония, смешанным с равной массой разбавленного раствора лигносульфоната кальция (CLS) (разбавленного до 70/30 мас./мас. CLS/H₂O c CLS, содержащим 58% сухого вещества) с образованием текучей суспензии. Суспензию равномерно напыляют поверх вращающегося слоя МАФ-гранул и сушат до сухого состояния. На покрытые гранулы наносят напылением горячий ПЭИ (99%) и затем покрывают цинком в форме ZnSO₄∙H₂O. Затем получают комплекс напылением небольшого количества (приблизительно 0,25%) подкисленной воды (рН, доведенный до приблизительно 2 лимонной кислотой). Покрытые гранулы затем сушат на воздухе. Тальк (приблизительно 1%) вводят для получения свободно сыпучих гранул.

Пример 4

Покрытие сульфата калия (K ₂ SO ₄ )

Непокрытый МАФ полностью покрывают порошкообразным сульфатом калия, смешанным с половиной его массы разбавленного раствора лигносульфоната кальция (CLS) (разбавленного до 70/30 мас./мас. CLS/H₂O c CLS, содержащим 58% сухого вещества) с образованием текучей суспензии. Суспензию равномерно напыляют поверх вращающегося слоя МАФ-гранул и сушат до сухости. На покрытые гранулы наносят напылением горячий ПЭИ (99%) и затем покрывают цинком в форме ZnSO₄∙H₂O. Затем получают комплекс напылением небольшого количества (приблизительно 0,25%) подкисленной воды (рН, доведенный до приблизительно 2 лимонной кислотой). Покрытые гранулы затем сушат на воздухе. Тальк (приблизительно 1%) вводят для получения свободно сыпучих гранул.

Как показано на фиг. 3, покрытая композиция удобрения, использующая K-Mag в качестве материала барьерного покрытия (пример 2), дает в результате наиболее высокий % растворения питательного микроэлемента после восьми часов. Все предложенные примеры дают значительно более высокий % растворения, чем продукт, в котором питательный микроэлемент введен в фосфатное удобрение.

Как показано на фиг. 4, покрытая композиция удобрения, использующая K-Mag в качестве материала барьерного покрытия (пример 2), также осуществляется лучше в плане влияния водорастворимости на потребление цинка растениями.

Настоящее изобретение может быть осуществлено в других специальных формах без отступления от его существенных признаков, поэтому показанные варианты должны рассматриваться во всех отношениях как иллюстративные, а не как ограничительные. Предусмотренная здесь формула изобретения находится в полном соответствии с настоящей заявкой для установления иностранного приоритета, и не для другой цели.

Изобретение относится к составу удобрения и, более конкретно, к составам удобрений, содержащим питательные микроэлементы, для последующего введения в раствор почвы и, в конечном счете, в корневую зону растений. Состав удобрения содержит гранулу базового удобрения; барьерное покрытие, покрывающее, по меньшей мере, часть наружной поверхности гранулы базового удобрения, где барьерное покрытие является материалом, который является нереакционноспособным по отношению к базовому удобрению и одному или более питательных микроэлементов и содержит материал, выбранный из группы, включающей мочевину, лангбеинит, сульфат аммония, сульфат калия, сульфат магния, сульфат кальция, элементарную серу, силикаты, соответствующие гидраты и их комбинации; и один или более питательных микроэлементов, покрывающих, по меньшей мере, часть барьерного покрытия, так что один или более питательных микроэлементов изолированы от гранулы базового удобрения. Изобретение позволяет получить удобрение, которое максимизирует введение питательного микроэлемента (микроэлементов) в раствор почвы и, в конечном счете, в корневую зону растений. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 пр.

1. Состав удобрения, содержащий:
- гранулу базового удобрения;
- барьерное покрытие, покрывающее, по меньшей мере, часть наружной поверхности гранулы базового удобрения, где барьерное покрытие является материалом, который является нереакционноспособным по отношению к базовому удобрению и одному или более питательных микроэлементов и содержит материал, выбранный из группы, включающей мочевину, лангбеинит, сульфат аммония, сульфат калия, сульфат магния, сульфат кальция, элементарную серу, силикаты, соответствующие гидраты и их комбинации; и
- один или более питательных микроэлементов, покрывающих, по меньшей мере, часть барьерного покрытия, так что один или более питательных микроэлементов изолированы от гранулы базового удобрения.

2. Состав удобрения по п.1, в котором базовым удобрением является фосфат.

3. Состав удобрения по п.2, в котором базовое удобрение выбрано из моноаммонийфосфата, диаммонийфосфата, одинарного суперфосфата, тройного суперфосфата и их комбинаций.

4. Состав удобрения по п.1, в котором один или более питательных микроэлементов выбраны из бора, меди, железа, марганца, молибдена, цинка, хлора, кобальта, натрия, никеля, селена и их комбинаций.

5. Состав удобрения по п.1, дополнительно содержащий полимерное покрытие, покрывающее, по меньшей мере, часть барьерного покрытия, где один или более питательных микроэлементов адгезированы к наружной поверхности полимерного покрытия.

6. Состав удобрения по п.5, в котором полимерное покрытие содержит полимер из полиэтилениминного (ПЭИ) семейства полимеров.

7. Состав удобрения, содержащий:
- гранулу базового удобрения;
- барьерное покрытие, покрывающее, по меньшей мере, часть наружной поверхности гранулы базового удобрения, где барьерное покрытие является материалом, который является нереакционноспособным по отношению к базовому удобрению и одному или более питательных микроэлементов и содержит материал, выбранный из группы, включающей мочевину, лангбеинит, сульфат аммония, сульфат калия, сульфат магния, сульфат кальция, элементарную серу, силикаты, соответствующие гидраты и их комбинации; и
- один или более питательных микроэлементов, диспергированных в барьерном покрытии, так что один или более питательных микроэлементов изолированы от гранулы базового удобрения.

8. Состав удобрения по п.7, в котором базовым удобрением является фосфат.

9. Состав удобрения по п.8, в котором базовое удобрение выбрано из моноаммонийфосфата, диаммонийфосфата, одинарного суперфосфата, тройного суперфосфата и их комбинаций.

10. Состав удобрения по п.7, в котором один или более питательных микроэлементов выбраны из бора, меди, железа, марганца, молибдена, цинка, хлора, кобальта, натрия, никеля, селена и их комбинаций.

11. Состав удобрения по п.8, дополнительно содержащий полимерное покрытие, покрывающее, по меньшей мере, часть барьерного покрытия, и один или более добавочных питательных микроэлементов, покрывающих, по меньшей мере, часть наружной поверхности полимерного покрытия.

12. Состав удобрения по п.11, в которой полимерное покрытие содержит полимер из полиэтилениминного (ПЭИ) семейства полимеров.

13. Способ получения состава удобрения, включающий:
- обеспечение гранулы базового удобрения;
- покрытие, по меньшей мере, части гранулы базового удобрения барьерным покрытием, где барьерное покрытие является материалом, который является нереакционноспособным по отношению к базовому удобрению и одному или более питательных микроэлементов и содержит материал, выбранный из группы, включающей мочевину, лангбеинит, сульфат аммония, сульфат калия, сульфат магния, сульфат кальция, элементарную серу, силикаты, соответствующие гидраты и их комбинации; и
- введение одного или более питательных микроэлементов в барьерное покрытие.

14. Способ по п.13, в котором базовым удобрением является фосфат.

15. Способ по п.14, в котором базовое удобрение выбирают из моноаммонийфосфата, диаммонийфосфата, одинарного суперфосфата, тройного суперфосфата и их комбинаций.

16. Способ по п.13, в котором один или более питательных микроэлементов выбирают из бора, меди, железа, марганца, молибдена, цинка, хлора, кобальта, натрия, никеля, селена и их комбинаций.

17. Способ по п.13, в котором введение одного или более питательных микроэлементов в барьерное покрытие включает:
- покрытие, по меньшей мере, части барьерного покрытия горячим полимерным покрытием;
- адгезирование одного или более питательных микроэлементов к горячему полимерному покрытию; и
- охлаждение горячего полимерного покрытия.

18. Способ по п.17, в котором горячее полимерное покрытие содержит полимер из полиэтилениминного (ПЭИ) семейства полимеров.

19. Способ по п.13, в котором введение одного или более питательных микроэлементов в барьерное покрытие включает:
- диспергирование одного или более питательных микроэлементов в барьерном покрытии до покрытия гранулы базового удобрения барьерным покрытием.