ES2842248T3 - Mezcla fluida que incluye azufre elemental y arcilla hidratada y método para producir la misma - Google Patents
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Abstract
Una mezcla fluida que incluye: a) una suspensión de arcilla hidratada que incluye 0,5-7,5 % en peso de arcilla absorbente basado en el peso total de la mezcla fluida; b) 40-60 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida; c) aditivos opcionales; en donde dicho azufre elemental se proporciona como una suspensión de partículas de azufre elemental que tienen un tamaño de partícula de menos de 50 μm; en donde dicha mezcla fluida no incluye conservantes ni tensioactivos; y en donde dicha mezcla fluida no incluye ningún agente de suspensión de base biológica.
Description
DESCRIPCIÓN
Mezcla fluida que incluye azufre elemental y arcilla hidratada y método para producir la misma
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio, según 35 U.S.C 119 (e), de la Solicitud Provisional de Estados Unidos núm.
62/104,134 presentada el 16 de enero de 2015.
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a una mezcla fluida de acuerdo con la reivindicación 1, a un método para producir la misma de acuerdo con la reivindicación 12 y a una composición fertilizante o fungicida de acuerdo con la reivindicación 13.
2. Descripción de la técnica relacionada
Es generalmente conocido en las ciencias agrícolas que la fertilización con azufre aumenta el rendimiento y la calidad de los cultivos y además tiene un efecto beneficioso sobre el procesamiento del nitrógeno por las plantas. Este procesamiento de nitrógeno está a su vez relacionado con la síntesis de proteínas, la replicación celular, la fotosíntesis y la resistencia a enfermedades. Generalmente, los sulfatos simples o complejos son solubles en agua y, por lo tanto, se lixivian fácilmente con el agua de riego y el agua de lluvia. Para obviar este inconveniente se han usado fertilizantes a base de azufre elemental, que no está sujeto a lixiviación por ser insoluble en agua.
Sin embargo, las regulaciones más estrictas sobre contaminación del aire y la reducción de las emisiones de dióxido de azufre han dado como resultado una mayor incidencia de deficiencias de azufre en los suelos agrícolas, lo que aumenta así la demanda de fertilizantes que contienen azufre.
En términos generales, el azufre elemental en polvo tiene poca utilidad como fertilizante agrícola debido a la dificultad de manejo, y el polvo de azufre actúa como irritante para los ojos. El polvo de azufre presenta además un riesgo explosivo en las instalaciones de manipulación y se segrega si se mezcla con productos fertilizantes granulares.
Para evitar este inconveniente, se conocen desde hace mucho tiempo fertilizantes sólidos que están constituidos por una mezcla de azufre elemental, un agente químicamente inerte que actúa como dispersante, como arcilla, bentonita, caolines, atapulgita o similares, y opcionalmente un agente humectante que facilita el contacto del fertilizante con la humedad contenida en el suelo y su absorción. Estos fertilizantes se producen por aglomeración en forma de lentes, óvulos, cilindros, gránulos o granos, con métodos conocidos de colada, extrusión húmeda o granulación húmeda de la mezcla.
Para proporcionar una mayor dispersión del azufre, algunos productos de partículas de azufre elemental mezclan el azufre con arcilla bentonita mediante un proceso en caliente que utiliza azufre fundido durante la etapa de producción. Tras la aplicación del producto de partículas, la arcilla absorbe agua y se rompe, lo que dispersa el producto de partículas. En realidad, los productos de partículas no se dispersan fácilmente en partículas finamente divididas y la oxidación del azufre a la forma soluble se produce a una velocidad muy lenta. Esto ocurre debido al azufre hidrofóbico fundido que recubre las partículas de arcilla durante la etapa de producción, lo que evita el contacto con el agua.
Los gránulos degradables en agua se han formado por granulación de una mezcla de azufre elemental y arcilla de bentonita para producir un gránulo degradable en agua que incluye añadir polvo de arcilla seca al azufre fundido a una temperatura elevada para proporcionar una mezcla de azufre-arcilla fundida, lo que forma gotas de la mezcla, proporcionar un fertilizante líquido refrigerante a una temperatura más baja que la temperatura de solidificación de la mezcla de azufre y bentonita, alimentar las gotas en el refrigerante, hacer pasar las gotas a través del refrigerante durante un tiempo suficiente para recocer las gotas en gránulos y retirar los gránulos recocidos del refrigerante. Las partículas se han formado además al pasar una mezcla de azufre fundido y una arcilla que se hincha en partículas a través de una pluralidad de orificios y en una solución acuosa de una sal electrolítica soluble en agua, mantenida a una temperatura eficaz para enfriar la mezcla por debajo de su temperatura de solidificación.
Además, se ha granulado una mezcla de azufre y bentonita para producir un granulado degradable en agua al añadir bentonita seca en forma de polvo al azufre fundido a una temperatura que proporcione una mezcla de azufrebentonita fundida, lo que forma gotas de la mezcla, que proporcionan una solución de enfriamiento de cloruro de sodio, sulfato de sodio, cloruro de potasio o sulfato de potasio a una temperatura lo suficientemente baja para solidificar la mezcla de azufre-bentonita.
Además, se han proporcionado correctores o acondicionadores químicos del suelo a base de azufre para uso agrícola en forma de gránulos, dicho producto que contiene polvo de azufre volante, al menos 3 % en peso de un compuesto inerte seleccionado del grupo que consiste en arcilla, bentonita, caolín y mezclas de los mismos, y al menos 0,5 % en peso de un agente humectante.
Estos fertilizantes, una vez esparcidos en el suelo, se hinchan debido a la absorción de humedad por parte de las arcillas (bentonita, caolines o similares); se inicia así un proceso de descomposición y dispersión que conduce a la liberación de diminutas partículas de azufre elemental que, como se ha descrito, están sujetas al ataque de microorganismos bacterianos que las convierten en compuestos organosulfurados asimilables por las plantas.
Tales composiciones fertilizantes que comprenden partículas de azufre se describen en los documentos US 4256 691, US 4372872, US 2304749, US 2771 389, US 1860320, WO 2008/089568, US 1934989, US 2683658 y US 2012/036906.
Breve resumen de la invención
La presente invención está dirigida a una mezcla fluida de acuerdo con la reivindicación 1, un método para producir la misma de acuerdo con la reivindicación 12 y una composición fertilizante o fungicida de acuerdo con la reivindicación 13.
La mezcla fluida incluye, preferentemente, partículas de azufre elemental de un tamaño de partícula pequeño [<10 um], lo que permite un mayor rendimiento en el campo como fertilizante o fungicida. La suspensión fluida es más estable que las composiciones anteriores ya que no usa ningún agente de suspensión de base biológica, que es propenso al ataque biológico y por ello hace que el concentrado suspendido falle. Se sabe que esta falla ocurre con azufres fluidos conocidos, ya que no puede colocarse en grandes contenedores a granel ya que la entrada biológica es frecuente cuando el contenedor se abre varias veces. La mezcla fluida no incluye ningún otro tensioactivo o conservante, y preferentemente, solo usa ingredientes permitidos "orgánicamente", lo que permite que la mezcla fluida se incluya como pesticida, fertilizante o fungicida orgánico.
Descripción detallada de la invención
Se proporciona una mezcla fluida que contiene una suspensión de arcilla hidratada, azufre derivado de azufre elemental y aditivos opcionales. La mezcla fluida incluye una suspensión de arcilla hidratada y partículas de azufre elemental suspendidas en la suspensión de arcilla hidratada. La mezcla fluida incluye 40-60 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida, para uso como fertilizante o fungicida. La mezcla fluida es más estable que las composiciones anteriores ya que no usa ningún agente de suspensión de base biológica, que es propenso al ataque biológico y por lo tanto hace que el concentrado suspendido falle. Dichos agentes de suspensión de base biológica que están excluidos de la presente mezcla fluida incluyen, pero no se limitan a, xantano, goma guar y celulosa.
La mezcla fluida no incluye ningún tensioactivo ni conservante. Tales tensioactivos o conservantes que se excluyen de la presente mezcla fluida incluyen, pero no se limitan a, biocidas, bioestatos y tensioactivos a base de agua y aceite estabilizantes de emulsión.
En una modalidad preferida, la mezcla fluida solo usa ingredientes permitidos "orgánicamente", lo que permite que la mezcla fluida se incluya como pesticida, fertilizante o fungicida orgánico. Los ingredientes permitidos "orgánicamente" son aquellos permitidos por el Programa Orgánico Nacional de los Estados Unidos, como, por ejemplo, sustancias naturales no sintéticas (205.600) y sustancias sintéticas permitidas en la producción de cultivos orgánicos (205.601).
En una modalidad de la presente invención, la suspensión de arcilla hidratada se prepara mediante combinación de una arcilla absorbente, preferentemente bentonita, con un solvente, preferentemente agua. En una de tales modalidades, el agua es el único solvente presente en la suspensión de arcilla hidratada. En otra modalidad preferida, la suspensión de arcilla hidratada consiste únicamente en arcilla absorbente y agua. La suspensión de arcilla hidratada incluye entre 0,5 - 7,5 % en peso, con mayor preferencia 0,5-5,0 % en peso, y aún con mayor preferencia entre 0,5 - 3 % en peso de arcilla absorbente, tal como bentonita, basado en el peso total de la mezcla fluida. La bentonita es preferentemente bentonita de calcio y/o sodio. Preferentemente, la arcilla absorbente se hidrata en agua hasta que la viscosidad de la suspensión de arcilla hidratada sea más alta que el agua misma, es decir > 1 mPa.s (1 cP) y con mayor preferencia > 10 mPa.s (10 cP) (20 °C).
El azufre elemental se proporciona como una suspensión de partículas de azufre elemental y se combina con la suspensión de arcilla hidratada. Preferentemente, la suspensión de partículas de azufre elemental se prepara mediante homogenización completamente del azufre elemental fundido con un solvente. En una modalidad preferida, el único solvente en la suspensión de partículas de azufre elemental es agua. Preferentemente, la suspensión de
azufre elemental se concentra para incluir 70-80 % en peso de azufre elemental en un medio acuoso basado en el peso de la suspensión. La mezcla fluida incluye, preferentemente, partículas de azufre elemental de un tamaño de partícula bajo, lo que permite un mayor rendimiento en el campo como fertilizante o fungicida. Las partículas de azufre elemental en la suspensión tienen un tamaño de partícula de menos de 50 |_im, con mayor preferencia, menos de 20 |_im, con mayor preferencia menos de 5 |_im, y aún con mayor preferencia, menos de 1,5 micrómetros.
Además, la mezcla fluida puede incluir aditivos tales como 0-5 % en peso de anticongelante, tal como propilenglicol, y 0-5 % en peso de antiespumante, tal como polidimetilsiloxano, basado en el peso total de la mezcla fluida. Opcionalmente, para incorporar adicionalmente una propiedad insecticida, puede incluirse tierra de diatomeas como aditivo entre 0-10 % en peso, y con mayor preferencia, 0-5 % en peso basado en el peso total de la mezcla fluida. La mezcla fluida no incluye conservantes y/o tensioactivos.
En una modalidad preferida, la mezcla fluida consiste en: a) una suspensión de arcilla hidratada, b) 40-60 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida; c) 0-5 % en peso de anticongelante, tal como propilenglicol, basado en el peso total de la mezcla fluida; d) 0-5 % en peso de antiespumante, tal como polidimetilsiloxano, basado en el peso total de la mezcla fluida; e) 0-10 % en peso, o con mayor preferencia 0-5 % en peso de tierra de diatomeas basado en el peso total de la mezcla fluida, de manera que el único solvente en la mezcla fluida es agua.
La suspensión de arcilla hidratada, la suspensión de partículas de azufre elemental y los aditivos opcionales se mezclan completamente hasta> 1 mPa.s (1 cP) (20 °C) y con mayor preferencia > l0 mPa.s (10 cP) (20 °C), se alcanza la viscosidad. En una modalidad, la mezcla de la suspensión de arcilla hidratada, la suspensión de partículas de azufre elemental y los aditivos opcionales se mezclan durante 1-3 horas hasta > 1 mPa.s (1 cP) (20 °C), y con mayor preferencia > 10 mPa.s (10 cP) (20 °C), se alcanza la viscosidad. En una modalidad alternativa, el azufre elemental fundido se homogeneiza directamente con una mezcla de la suspensión de arcilla hidratada y aditivos opcionales. La suspensión de arcilla hidratada y el azufre derivado del azufre elemental, en forma de partículas de azufre elemental, se proporcionan en cantidades tales como para llegar a una mezcla fluida que incluye 40-60 % en peso, con mayor preferencia 50-55 % en peso, y aún con mayor preferencia 51-53 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida. Preferentemente, no se añade calor durante la formación de la mezcla fluida y la mezcla se forma alrededor de la temperatura ambiente, es decir, 20 y 26 °C (68 y 79 °F).
La mezcla fluida incluye 40-60 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida, para uso como fertilizante o fungicida. El término "fertilizante" se usa para designar cualquier sustancia (natural o de origen sintético) que se aplica a los suelos o tejidos vegetales para suministrar uno o más nutrientes vegetales esenciales para el crecimiento de las plantas. El término "fungicida" se usa para designar cualquier sustancia (de origen natural o sintético) que se aplica a suelos o tejidos vegetales usados para inhibir hongos o esporas de hongos.
Opcionalmente, la mezcla fluida puede combinarse con otros nutrientes vegetales que incluyen boro, nitrógeno, fósforo, potasio, hierro, cobre, zinc, manganeso, magnesio o combinaciones de los anteriores. Estos componentes pueden estar presentes en la mezcla fluida en cantidades desde aproximadamente 0 % en peso hasta aproximadamente 20 % en peso y con mayor preferencia, 0 % en peso hasta aproximadamente 10 % en peso, basado en el peso total de la mezcla fluida. En una modalidad alternativa, estos nutrientes para plantas pueden combinarse con la suspensión de arcilla hidratada y/o suspensión de partículas de azufre elemental antes de la formación de la mezcla fluida.
En una modalidad preferida, la mezcla fluida consiste en: a) una suspensión de arcilla hidratada, b) 40-60 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida; c) 0-5 % en peso de anticongelante, tal como propilenglicol, basado en el peso total de la mezcla fluida; d) 0-5 % en peso de antiespumante, tal como polidimetilsiloxano, basado en el peso total de la mezcla fluida; e) 0-10 % en peso, o con mayor preferencia 0-5 % en peso de tierra de diatomeas basado en el peso total de la mezcla fluida, f) 0 % en peso a aproximadamente 20 % en peso, o con mayor preferencia 0 % en peso a aproximadamente 10 % en peso, de al menos un nutriente vegetal basado en el peso total de la mezcla fluida, de modo que el único solvente en la mezcla fluida es agua.
Ejemplos
Procedimiento general:
La arcilla de bentonita utilizada en esta invención se adquirió de Vanderbilt Minerals, LLC, Mineral Technologies y otras fuentes de arcilla de bentonita refinada y no se limita a estas fuentes. La arcilla de bentonita se hidrató después mediante mezcla con agua y se agitó, con o sin calor, hasta que la viscosidad de la arcilla fue más alta que el agua misma. Después se añadió una suspensión acuosa de partículas de azufre elemental con aditivos adicionales, como se indica más abajo en la Tabla 1, y se agitó hasta que se forma una suspensión homogénea lo
que proporciona una mezcla fluida que tiene una viscosidad > 1 mPa.s (1 cP) y con mayor preferencia > 10 mPa.s (10 cP) (20 °C).
Tabla 1: Ejemplos de mezclas fluidas estables (cantidades en % en peso)
Las mezclas fluidas se colocaron después para pruebas de estabilidad. Se siguieron las Directrices de la EPA sobre estabilidad emitidas el 16 de noviembre de 2012 a la Oficina de Programas de Pesticidas (OPP) en relación con el "Protocolo de estudio de estabilidad de almacenamiento acelerado y características de corrosión". Según lo dispuesto en las pautas de la EPA, la estabilidad de almacenamiento acelerada puede usarse para cumplir con los requisitos de datos de la EPA. OPP ha determinado que este estudio, realizado durante 14 días a una temperatura elevada (54 °C), proporciona datos adecuados en determinadas circunstancias para permitir que la EPA realice un hallazgo reglamentario con respecto a la estabilidad del producto y el efecto de la formulación en el embalaje del producto. Todos los ejemplos que contienen la arcilla bentonita demostraron una mezcla estable en estas condiciones (Tabla 1), así como también, aquellos preparados en condiciones de alta vibración; mientras que los que no contenían la arcilla dieron como resultado una capa inferior endurecida de azufre conglomerado. La evaluación del tamaño de partícula de estas mezclas fluidas mostró que todos los ejemplos eran inferiores a 1,5 micras.
Claims (14)
1. Una mezcla fluida que incluye:
a) una suspensión de arcilla hidratada que incluye 0,5-7,5 % en peso de arcilla absorbente basado en el peso total de la mezcla fluida;
b) 40-60 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida; c) aditivos opcionales;
en donde dicho azufre elemental se proporciona como una suspensión de partículas de azufre elemental que tienen un tamaño de partícula de menos de 50 |_im;
en donde dicha mezcla fluida no incluye conservantes ni tensioactivos; y en donde dicha mezcla fluida no incluye ningún agente de suspensión de base biológica.
2. La mezcla fluida de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha suspensión de arcilla hidratada incluye al menos una arcilla absorbente con al menos un solvente, en donde dicha arcilla absorbente es bentonita y dicho solvente es solo agua, y en donde dicha bentonita se selecciona del grupo que consiste en bentonita calcica, bentonita de sodio y combinaciones de los mismos.
3. La mezcla fluida de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la suspensión de arcilla hidratada tiene una viscosidad superior a 1 mPa.s (1 cP) a 20 °C.
4. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde dicha suspensión de arcilla hidratada incluye 0,5-5 % en peso de arcilla absorbente basado en el peso total de la mezcla fluida.
5. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde dicha suspensión de arcilla hidratada incluye 0,5 - 3 % en peso de arcilla absorbente basado en el peso total de la mezcla fluida.
6. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde dicha suspensión de partículas de azufre elemental se concentra para incluir 70-80 % de azufre elemental, basado en el peso total de la suspensión de partículas de azufre elemental, en un medio acuoso.
7. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde dichas partículas de azufre elemental tienen un tamaño de partícula de menos de 20 |_im; o
en donde dichas partículas de azufre elemental tienen un tamaño de partícula de menos de 5 |_im; o en donde dichas partículas de azufre elemental tienen un tamaño de partícula de menos de 1,5 |_im.
8. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde dichos aditivos se seleccionan del grupo que incluye 0-5 % en peso de anticongelante, 0-5 % en peso de antiespumante, 0 10 % en peso de tierra de diatomeas, 0-20 % en peso de nutrientes vegetales y combinaciones de los mismos, basado en el peso total de la mezcla fluida.
9. La mezcla fluida de acuerdo con la reivindicación 8, en donde dicho anticongelante es propilenglicol y dicho antiespumante es polidimetilsiloxano.
10. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, 8 o 9, en donde dicho azufre elemental se proporciona como azufre elemental fundido.
11. La mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que incluye 50-55 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida; o
que incluye 51-53 % en peso de azufre derivado de azufre elemental, basado en el peso total de la mezcla fluida.
12. Un proceso para preparar la mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, el proceso comprende:
i) proporcionar arcilla hidratada; y
ii) añadir una suspensión acuosa de partículas de azufre elemental a la arcilla hidratada hasta que se forme una suspensión homogénea que tiene una viscosidad superior a 1 mPa.s (1 cP) a 20 °C.
13. Una composición de fertilizante o fungicida que incluye:
la mezcla fluida de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11 o la mezcla fluida preparada por el proceso de la reivindicación 12, en donde dicha mezcla fluida tiene actividad fertilizante y/o fungicida.
14. La composición fertilizante o fungicida de acuerdo con la reivindicación 13, en donde dicha mezcla fluida comprende aditivos y dichos aditivos son nutrientes vegetales seleccionados del grupo que consiste en boro, nitrógeno, fósforo, potasio, hierro, cobre, zinc, manganeso, magnesio y combinaciones de los mismos.
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