ES2948285T3 - Fertilizante que comprende Si biodisponible y método de producción del mismo - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un producto fertilizante de Si a base de sustancia húmica que comprende Si biodisponible y estable en almacenamiento, que se produce formando una mezcla de 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico, 5-50 % en peso. % en peso de sílice amorfa, y 0,5-10 % en peso de un álcali (todas las cantidades basadas en el peso total de los componentes secos), incubadas en un medio acuoso, y opcionalmente secadas y granuladas, en donde el silicio biodisponible está en en forma de quelatos solubles en agua de compuestos de humato de ácido monosilícico. La invención también se refiere a un método para producir fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, un método para aumentar la absorción de silicio en las plantas y al uso del fertilizante de Si a base de sustancias húmicas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Fertilizante que comprende Si biodisponible y método de producción del mismo
Campo técnico
La invención se refiere a productos fertilizantes de Si a base de húmicos y a su uso en agricultura, en protección ambiental, en desintoxicación y en otras áreas, en donde se usan productos húmicos activos. En particular, la presente solicitud se refiere a productos húmicos que comprenden un contenido alto de silicio biodisponible estable en el almacenamiento destinados a la fertilización donde el Si es un factor limitante para el crecimiento de las plantas o puede mejorarlo.
Antecedentes de la técnica
El material húmico, materia orgánica, es reconocido como material agrícola importante y valioso, que puede mejorar el nivel de fertilidad del suelo y tiene una influencia directa en la calidad y la cantidad de los cultivos. La actividad agrícola intensiva da como resultado la degradación de la materia orgánica del suelo. El método convencional para la fabricación de materiales húmicos para su uso comercial incluye el tratamiento alcalino de sustancias a base de carbono como el lignito, la turba y otros materiales orgánicos (documento US 4459149). Durante este proceso, el material a base de carbono se convierte en formas solubles (activas) de las moléculas orgánicas, que pueden tener propiedades fisicoquímicas y biológicas como sustancias húmicas naturales e influir positivamente en las propiedades del suelo y en las plantas cultivadas.
Las sustancias húmicas pueden dividirse en tres fracciones principales; ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas. El ácido húmico no es un único ácido, sino más bien una mezcla compleja de muchos ácidos diferentes que contienen grupos carboxilo y fenolato de manera que la mezcla se comporta funcionalmente como un ácido dibásico u, ocasionalmente, como un ácido tribásico. La presencia de grupos carboxilato y fenolato proporciona a los ácidos húmicos la capacidad de formar complejos con iones tales como el Mg2+, Ca2+, Fe2+ y Fe3+. Los ácidos húmicos son insolubles en agua a pH ácido, mientras que los ácidos fúlvicos son hidrosolubles en todo el intervalo de pH. Las huminas son una clase de compuestos orgánicos que son insolubles en agua en todos los pH.
Se sabe que el silicio (Si) puede ser un elemento muy beneficioso para potenciar el crecimiento de las plantas y prevenir enfermedades en las plantas. La fertilización con silicio protege a las plantas contra tipos de estrés bióticos y abióticos, y reduce el contenido de metales pesados móviles en el suelo y el contenido total de metales pesados en las plantas cultivadas. Se hace posible de este modo la reducción en el uso de pesticidas, así como la reducción en el uso de fertilizantes sintéticos.
De acuerdo con la bibliografía, las plantas solo pueden captar Si en forma de ácido monosilícico, o posiblemente oligómeros inferiores de ácido monosilícico, en el presente documento también se indica como Si biodisponible o Si disponible para la planta. El uso de medios alcalinos puede aumentar la solubilidad de los materiales sólidos ricos en Si. Sin embargo, el uso de una solución de silicato de K o Na tiene el inconveniente de un pH alto, que puede ser venenoso para las plantas. Por lo tanto, puede ser necesario un grado alto de dilución con agua (por ejemplo, 1:100) antes de la fertilización, añadiendo costes y complejidad. Otra preocupación relacionada con las soluciones de ácido monosilícico es que dichas soluciones no son termodinámicamente estables, pero con el tiempo conducirán a la polimerización del ácido monosilícico en ácido polisilícico y, por lo tanto, el Si se vuelve no biodisponible. Además, un producto fertilizante de Si seco es ventajoso con respecto a la manipulación y el almacenamiento del producto, así como para facilitar la aplicación del producto. Sin embargo, el secado de un producto que contiene ácido monosilícico transformará el ácido monosilícico, y cualquier ácido polisilícico, en dióxido de silicio, que también es una forma no biodisponible de Si.
El documento US 3552943 se refiere a una composición fertilizante que comprende un complejo de amonio-humatosílice. El complejo de amonio-humato-sílice se forma por oxidación de desechos agrícolas con contenido alto de sílice, realizándose dicha oxidación en condiciones de temperatura y presión controladas sustancialmente para conservar la integridad de la estructura molecular de la sílice tal como existe en dichos desechos, y después combinando dicha sílice con ácido húmico amoniacal. El producto resultante es una mezcla gelatinosa o coloidal. El proceso para fabricar el fertilizante de acuerdo con el documento US 3552943 es complicado y no es económicamente factible.
Los fertilizantes de Si convencionales tienen un contenido bajo de silicio biodisponible y, por lo tanto, deben usarse grandes cantidades de dichos fertilizantes con el fin de obtener suficiente captación de silicio en las plantas y rendimiento de las plantas cultivadas. Por lo tanto, existe el deseo de un fertilizante de Si más rentable y, por lo tanto, asequible para una amplia gama de productos agrícolas. Dicho producto fertilizante de Si debe tener un contenido alto de silicio biodisponible. Además, dicho fertilizante de Si debería estar disponible preferentemente en forma de material seco y ser estable en el almacenamiento prolongado manteniendo al mismo tiempo el contenido alto de silicio biodisponible.
Los presentes inventores han conseguido fabricar un nuevo producto fertilizante de Si a base de sustancias húmicas con un contenido alto de Si biodisponible, y que es estable en el almacenamiento prolongado con respecto al contenido de Si biodisponible. Los presentes inventores descubrieron que la reacción entre las sustancias húmicas y el ácido monosilícico puede realizarse durante un proceso de incubación alcalino y se forma un nuevo producto con un contenido alto de Si biodisponible. Se descubrió sorprendentemente que el producto puede secarse, aún manteniendo un nivel alto de Si biodisponible, que también es estable en el almacenamiento prolongado. Los restos de la reacción entre las sustancias húmicas y el ácido monosilícico, que no se disuelven durante el proceso de incubación, también pueden aplicarse al suelo para obtener un efecto positivo a largo plazo sobre las propiedades del suelo y sobre la producción y calidad de las plantas cultivadas.
Una de las ventajas del presente fertilizante de Si, que tener un contenido alto de Si biodisponible, es que la cantidad de fertilizante (expresada en kg/ha; kilogramos por hectárea) puede reducirse significativamente en comparación con los fertilizantes de Si convencionales. Otra ventaja de la presente invención es que el proceso para producir el fertilizante de Si en un producto estable en el almacenamiento, manteniendo al mismo tiempo un contenido alto de Si biodisponible, es simple y no incluye ninguna etapa de separación y/o filtración. El fertilizante de Si puede secarse, formando un producto en polvo o granulado. Estas y otras ventajas de la presente invención serán evidentes en la siguiente descripción.
Sumario de la invención
El nuevo fertilizante de Si, de acuerdo con la presente invención, es un fertilizante a base de sustancias húmicas estable en el almacenamiento que contiene Si biodisponible. El dicho fertilizante de Si se produce mediante la formación de una mezcla de (basándose en el peso total de los componentes secos), el 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico, el 5-50% en peso de sílice amorfa y el 0,5-10% en peso de un álcali, incubada en una suspensión acuosa durante un tiempo de 1 hora a varios días y a una temperatura de entre 20 °C y 70 °C, formando de este modo una suspensión incubada, opcionalmente seca y granulada, en donde el silicio biodisponible está en forma de quelatos hidrosolubles de compuestos de ácido monosilícico-humato, formados mediante reacciones de complejación entre el ácido monosilícico y los humatos.
En el presente contexto, la expresión "Si biodisponible" debe entenderse que indica compuestos de silicio que están en una forma transferible para ser captados o absorbidos por las raíces de las plantas, que es ácido monosilícico, H4SO 4 , habitualmente indicado Si (OH)4 , o posiblemente oligómeros inferiores de ácido monosilícico.
Sin quedar ligados a la teoría, se cree que el Si biodisponible en el presente fertilizante de Si está formado por una reacción complejante entre ácido monosilícico y derivados de ácido húmico disueltos en forma de humatos, formando de este modo un quelato de ácido monosilícico-humato hidrosoluble y estable en el almacenamiento. Los quelatos formados por reacciones de complejación evitan que el ácido monosilícico se polimerice en ácido polisilícico, que es una forma no biodisponible de silicio. Los quelatos formados de este modo también son hidrosolubles, incluso después del secado y el almacenamiento prolongado, por lo tanto, el silicio se mantiene en la forma biodisponible de ácido monosilícico.
Por la expresión "Si biodisponible estable en el almacenamiento" en el presente contexto, debe entenderse que la cantidad de Si biodisponible en el fertilizante de Si se mantiene alta en comparación con un producto recién producido, incluso después del almacenamiento prolongado. En cuanto a la expresión "almacenamiento prolongado", debe indicarse que los ensayos realizados por los inventores usando el fertilizante de Si de acuerdo con la presente invención, después de haber estado almacenado durante un año, sorprendentemente proporcionaron aproximadamente los mismos resultados, medidos en rendimiento de cultivos y captación de Si, en forma de un producto recién producido.
En una primera realización de la presente invención, la mezcla incubada (también indicada pasta incubada y/o suspensión incubada) se seca hasta que la humedad residual sea inferior al 15 % en peso y, por lo tanto, el producto seco tiene una humedad residual inferior al 15 % en peso. Sin embargo, el contenido de agua del producto resultante no debe ser inferior al 5 % en peso.
En una segunda realización de la presente invención, el fertilizante de Si a base de sustancias húmicas incluye además una matriz que comprende restos/residuos de la materia prima que contiene ácido húmico y residuos de la sílice amorfa. Los dichos residuos son principalmente huminas sin disolver, provenientes de la materia prima que contiene ácido húmico a base de carbono, así como cualesquier restos sin disolver de la sílice amorfa, que no se disuelven durante la incubación. Estos restos sin disolver tienen un efecto positivo a largo plazo sobre las propiedades del suelo y sobre la producción y calidad de las plantas cultivadas, proporcionando un suministro sostenible de silicio biodisponible necesario para el sistema inmunitario de las plantas a través de la liberación lenta.
En una tercera realización de la presente invención, la materia prima que contiene ácido húmico se selecciona de carbón, lignito, turba y suelo húmico, o una mezcla de los mismos.
En una cuarta realización de la presente invención, la sílice amorfa se selecciona del grupo; microsílice, tierra de diatomeas, ceniza de cascarilla de arroz y zeolitas, o una mezcla de las mismas.
En una quinta realización de la presente invención, el álcali se elige entre un hidróxido de metal alcalino, un hidróxido de metal alcalinotérreo o una mezcla de los mismos.
En una sexta realización de la presente invención, el producto seco se desaglomera y/o se granula.
En una séptima realización de la presente invención, el fertilizante de Si es una suspensión acuosa.
En otro aspecto, la presente invención se refiere a un método para la producción de un fertilizante de Si a base de sustancias húmicas que contiene Si biodisponible estable en el almacenamiento, que comprende las siguientes etapas;
mezclar el 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico, el 5-50 % en peso de sílice amorfa y el 0,5-10 % en peso de un álcali (todas las cantidades basadas en el peso total de los componentes secos), en un medio acuoso que forma una suspensión acuosa;
incubar la suspensión y, opcionalmente, secar la suspensión incubada resultante.
En una primera realización del método, de acuerdo con la presente invención, la suspensión incubada resultante se seca hasta que el contenido de humedad residual es inferior al 15 % en peso. Sin embargo, el contenido de agua del producto seco resultante no debe ser inferior al 5 % en peso.
De acuerdo con la presente invención, la suspensión acuosa se incuba a una temperatura de entre 20-70 °C durante un período de al menos 1 hora.
En una segunda realización del método, de acuerdo con la presente invención, la mezcla incubada se seca calentando a una temperatura del producto de entre 15 °C y 95 °C.
En una tercera realización del método, de acuerdo con la presente invención, la materia prima que contiene ácido húmico se selecciona de carbón, lignito, turba y suelo húmico, o una mezcla de los mismos. La materia prima que contiene ácido húmico puede añadirse en una cantidad del 60-90 % en peso o el 75-85 % en peso, basándose en el peso total de componentes secos.
En una cuarta realización del método, de acuerdo con la presente invención, la sílice amorfa se selecciona del grupo; microsílice, tierra de diatomeas, ceniza de cascarilla de arroz y zeolitas, o una mezcla de las mismas. La sílice amorfa puede añadirse en una cantidad del 10-30% en peso o del 15-25% en peso, basándose en la cantidad total de componentes secos.
En una quinta realización del método, de acuerdo con la presente invención, el álcali se elige entre un hidróxido de metal alcalino, un hidróxido de metal alcalinotérreo o una mezcla de los mismos.
En una sexta realización del método, de acuerdo con la presente invención, la cantidad de agua es del 25-70 % en peso, basándose en el peso total de la suspensión.
En una séptima realización del método, de acuerdo con la presente invención, el pH inicial en la suspensión acuosa, antes de la incubación, es de 9,5 o superior.
En una octava realización del método, de acuerdo con la presente invención, el producto seco se desaglomera y/o se granula.
El fertilizante de Si a base de sustancias húmicas resultante, de acuerdo con la presente invención, es principalmente un producto seco que tiene un contenido de humedad residual, que permite la desaglomeración y/o granulación, y donde el producto aparece como seco en la manipulación y uso. El dicho producto seco puede triturarse y cribarse. El producto también puede granularse mediante el uso de métodos de granulación convencionales. Un producto que tenga una humedad residual de aproximadamente el 10 % en peso (basándose en el peso total del producto mezclado) normalmente será adecuado para su uso. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el contenido de humedad en el producto puede desviarse del 10% en peso indicado, permitiendo aún la desaglomeración y manipulación del producto, como se ha indicado anteriormente.
Al tener algo de humedad residual en el producto, no hay cambios importantes en la estructura del quelato, ya que sólo se retira el exceso de agua libre durante el secado. Por lo tanto, la cantidad de ácido monosilícico unido en forma de quelatos se mantiene y el silicio se conserva en una forma biodisponible, fácilmente soluble, incluso después del almacenamiento prolongado.
Mantener un poco de humedad en el producto también evita que se forme polvo durante la manipulación.
El fertilizante de Si, de acuerdo con la presente invención, preferentemente debe almacenarse en recipientes o bolsas sellados.
El fertilizante de Si, de acuerdo con la presente invención, puede aplicarse en forma de una suspensión acuosa, ya sea sin secar la suspensión incubada o como alternativa el producto seco mezclado con agua.
En un aspecto adicional, la presente invención incluye un método para aumentar la captación de silicio en plantas cultivadas, que comprende la adición del fertilizante de Si a base de sustancias húmicas al suelo, de acuerdo con la presente invención, antes de sembrar o plantar y/o durante el crecimiento de las plantas. El fertilizante de Si a base de sustancias húmicas puede añadirse en una cantidad normal de 50-1000 kg/ha.
El fertilizante de Si puede esparcirse en forma de un producto seco, por lo general seguido de riego. Como se ha indicado anteriormente, el fertilizante de Si también puede aplicarse en forma de una suspensión acuosa. También es posible volver a dispersar el fertilizante de Si mediante la adición de agua antes de añadirlo al suelo.
El fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, de acuerdo con la presente invención, puede usarse para obtener al menos uno de los siguientes; una captación alta de Si en plantas cultivadas para potenciar el crecimiento de las plantas, para prevenir enfermedades en las plantas, para proteger las plantas contra los tipos de estrés bióticos y/o abióticos, reducir el contenido de metales pesados móviles en el suelo y/o el contenido total de metales pesados en las plantas cultivadas; y, por lo tanto, aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos.
El fertilizante de silicio a base de sustancias húmicas puede usarse solo o además de los fertilizantes convencionales añadidos a los cultivos.
Descripción detallada de la invención
De acuerdo con la presente invención, se produce un fertilizante a base de sustancias húmicas estable en el almacenamiento que contiene Si biodisponible. El fertilizante se produce mediante la formación de una mezcla de (basándose en el peso total de los componentes secos), el 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico, el 5-50% en peso de sílice amorfa y el 0,5-10% en peso de un álcali, cuya mezcla se incuba en una suspensión acuosa durante un tiempo de 1 hora a varios días y a una temperatura de entre 20 °C y 70 °C, formando de este modo una suspensión incubada, posiblemente seca y desaglomerada. El silicio biodisponible en el producto producido de este modo está en forma de quelatos hidrosolubles de compuestos de ácido monosilícico-humato, formados mediante reacciones de complejación entre el ácido monosilícico y los humatos.
En el presente contexto, el término "incubar" también puede interpretarse como lixiviación y/o maduración. La incubación indica la etapa del proceso en donde la suspensión acuosa alcalina se deja durante un tiempo y a una temperatura en donde las materias primas se lixivian en la solución alcalina. Además, las reacciones de complejación entre el ácido monosilícico disuelto y el ácido húmico tienen lugar durante la incubación.
La materia prima que contiene ácido húmico puede ser cualesquier sustancias húmicas. Las materias primas que contienen ácido húmico preferidas tienen ventajosamente un contenido alto de ácido húmico.
Los ejemplos de dichas sustancias húmicas que tienen un contenido alto de ácido húmico son diferentes tipos de carbón, tales como, por ejemplo, lignito (lignito, leonardita), turba y suelo húmico. La cantidad de materia prima que contiene ácido húmico se define como del 45-95 % en peso, basándose en el contenido total de los materiales secos. En una realización, la cantidad de materia prima que contiene ácido húmico puede ser de entre el 60-90 % en peso, por ejemplo, del 75-85 % en peso. La cantidad de materia prima que contiene ácido húmico añadida a la mezcla puede depender, por ejemplo, del contenido de ácido húmico en la materia prima. La materia prima que contiene ácido húmico debe triturarse hasta obtener un polvo fino, partícula de tamaño mm, por ejemplo, 0,1-3 mm, para aumentar la cinética de la reacción.
La sílice amorfa adecuada para el método de producción del fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, de acuerdo con la presente invención, puede ser una sílice de bajo coste seleccionada del grupo; microsílice, tierra de diatomeas, ceniza de cascarilla de arroz, perlita y zeolitas, o una combinación de éstos. La sílice amorfa es la fuente de sílice preferida porque tiene una solubilidad mucho mayor en comparación con la sílice cristalina, que ya está presente en el suelo. Un área de superficie específica alta aumenta la velocidad de disolución de la sílice (a condición de que esté disponible para la solución alcalina) al ácido monosilícico deseable. Una sílice amorfa especialmente adecuada para la presente invención tiene un área superficial específica de aproximadamente 5-50 m2/g (BET) y un tamaño de partícula en el área nanométrica o micrométrica, por ejemplo, de 0,01-50 μm, preferentemente inferior a 5 μm. La morfología y la distribución de tamaño de partícula de la sílice amorfa debe ser uniformes, ya que esto favorece la disolución uniforme de las partículas en la suspensión acuosa alcalina. La microsílice es ventajosa ya que está disponible con morfología uniforme y distribución de tamaño de partícula dentro de un intervalo estrecho, así como un área superficial específica alta adecuada. El término "microsílice" utilizado en la especificación y las reivindicaciones de la presente solicitud se refiere a SiO2 amorfo en forma de partículas obtenido de un proceso en el que la sílice (cuarzo) se reduce a SiO-gas y el producto de reducción se oxida en la fase de vapor para formar sílice amorfa. La microsílice puede contener al menos el 70 % en peso de sílice (SÍO2) y preferentemente >95 % en peso de SiO2 , y tiene una gravedad específica de 2,1 - 2,3 g/cm3 y un área superficial específica de 5 - 50 m2/g (BET), normalmente 20 m2/g. Las partículas primarias son sustancialmente esféricas y pueden tener un tamaño promedio de aproximadamente 0,15 |jm, calculado en volumen. La microsílice se obtiene preferentemente como coproducto en la producción de aleaciones de silicio en hornos de reducción eléctricos, pero también puede (co)producirse en otros procesos.
La cantidad de sílice amorfa añadida a la mezcla es del 5-50 % en peso. En una realización, la cantidad de sílice amorfa es de entre el 10-30 % en peso, por ejemplo, del 15-25 % en peso.
El término "álcali", como se usa en el presente documento, indica bases solubles que contienen y liberan iones de hidróxido (OH) en soluciones acuosas para formar una solución alcalina que tenga un pH superior a 7. El álcali debe ser una base fuerte tal como hidróxido de metal alcalino, tal como NaOH y KOH, un hidróxido de metal alcalinotérreo, tal como Ca(OH)2, o una mezcla de los mismos. El álcali puede añadirse a la mezcla en forma de un material sólido. El álcali neutraliza el ácido húmico en la materia prima que contiene ácido húmico, llevándolos de este modo a una forma hidrosoluble en forma de humatos. El álcali también disuelve una cantidad significativa de la sílice amorfa. El producto de reacción primario es ácido monosilícico, Si(OH)4. La cantidad de álcali añadida a la mezcla es de entre el 0,5-10 % en peso. Normalmente, la cantidad de álcali que se añade es inferior a la cantidad estequiométrica necesaria para disolver toda la sílice y convertir todo el ácido húmico. Sin embargo, la cantidad de álcali proporciona suficiente Si biodisponible y humatos para la germinación y el período de crecimiento inicial. El exceso de sílice amorfa actuará como una fuente de liberación lenta, proporcionando de este modo suficiente fertilización en los últimos períodos de crecimiento. El pH inicial en la suspensión debe ser de al menos 9,5 y puede llegar incluso a 13.
El método para la producción del fertilizante a base de sustancias húmicas de acuerdo con la presente invención, comprende mezclar el 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico, el 5-50 % en peso de una sílice amorfa y el 0,5-10 % en peso de un álcali, (dichas cantidades se basan en el peso total de los componentes secos) en un medio acuoso formando una suspensión acuosa, incubar la suspensión a una temperatura de entre 20­ 70 °C durante un período de al menos 1 hora y, opcionalmente, secar la mezcla incubada. El producto seco debe tener un contenido de humedad residual de entre el 5-15 % en peso.
La materia prima que contiene ácido húmico, la sílice amorfa y el álcali utilizados en el método para la producción de un fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, que contiene Si biodisponible estable en el almacenamiento, deben ser los mismos que los especificados anteriormente.
La cantidad de agua debe ser mayor que la cantidad necesaria (estequiométrica) para las reacciones, la maduración durante la incubación y las formaciones de quelatos. La suspensión acuosa debe tener preferentemente un contenido de agua de manera que la suspensión sea agitable y preferentemente también fluida, para que sea transportable, por ejemplo, mediante bombeo. Por lo tanto, la cantidad de agua puede ser del 25-70 % en peso, basándose en el peso total de la suspensión. Después de la incubación, la suspensión puede usarse en forma de una forma acuosa del producto fertilizante de Si de la invención. Sin embargo, para una versión seca del producto, la dispersión no debe contener demasiada agua, ya que esto aumentará la demanda de energía para retirar el agua en la etapa de secado. Por lo tanto, para un producto seco, el contenido de agua normalmente no es superior a aproximadamente el 50 % en peso, basándose en el peso total de suspensión. El contenido de agua normalmente es del 25-40 % en peso, basándose en el peso total de la suspensión.
Puede usarse cualquier mezclador adecuado para preparar la suspensión acuosa, por ejemplo, un mezclador de dispersión. Normalmente, la materia prima que contiene ácido húmico y la fuente de sílice amorfa se mezclan antes de la adición de agua y el álcali. Sin embargo, esta secuencia de mezcla no es obligatoria ya que puede usarse cualquier secuencia de mezcla. La mezcla obtenida de este modo debe mezclarse minuciosamente en una suspensión homogénea, formando de este modo una suspensión alcalina de constituyentes disueltos y sin disolver. La suspensión se deja en incubación durante un tiempo y a una temperatura, donde el ácido húmico y la sílice amorfa se disuelven, con la formación de humatos y ácido monosilícico. Sin estar ligados a la teoría, se cree que, a medida que se forma ácido monosilícico, el ácido monosilícico se quela mediante una reacción de complejación con los humatos hidrosolubles. Se evita que el ácido monosilícico unido químicamente en forma de quelatos con humatos se polimerice en ácido polisilícico. Por lo tanto, el silicio se une en forma de ácido monosilícico y permanece en una forma biodisponible.
La temperatura de incubación es de entre 20 °C y 70 °C. El tiempo de incubación es de 1 hora a varios días. El tiempo de incubación a temperatura normal, es decir, temperaturas ambiente, es normalmente de 2 a 7 días. Un tiempo de incubación de entre 3-5 días a temperaturas normales será normalmente suficiente para las reacciones de lixiviación y complejación. Durante la incubación, el pH de la suspensión acuosa disminuirá desde más de 9,5, o incluso superior, hacia un pH neutro de aproximadamente 6,5-7. Los experimentos muestran que pueden obtenerse efectos similares, en cuanto al tiempo de incubación prolongado a temperaturas ambiente, mediante una combinación de una temperatura elevada y agitación. En este caso, el tiempo de incubación puede reducirse a unas pocas horas, por ejemplo, incubando a 50-60 °C durante aproximadamente 24 horas. En general, elevar las temperaturas de incubación reducirá el tiempo de incubación. La agitación y/o agitación de la suspensión durante la incubación también puede promover la homogeneización y solubilización del ácido monosilícico y los ácidos húmicos y, por lo tanto, reducir el tiempo de incubación. Una combinación optimizada de agitación, temperatura y alcalinidad puede reducir el tiempo de incubación a aproximadamente una hora. Después de la incubación, la suspensión normalmente tendrá un pH de aproximadamente 6,5-7.
Para fabricar un producto seco, la suspensión incubada normalmente se seca calentándola a una temperatura de producto de entre 15 y 95 °C, para obtener un producto que tiene un contenido de humedad residual inferior al 15 % en peso. La etapa de secado puede realizarse al aire libre o mediante el uso de cualquier equipo de secado convencional, posiblemente incluyendo medios de calentamiento, para reducir el contenido de agua. Cuando se seca al aire libre, el tiempo de secado depende de la humedad y la temperatura del aire. En la mayoría de los casos, es adecuado un contenido de humedad residual en el producto de aproximadamente el 10 %, sin embargo, debe tenerse en cuenta que el contenido de agua puede desviarse de esta cantidad específica. El producto no debe secarse totalmente, ya que dicho secado puede transformar el ácido monosilícico unido en forma de quelatos en sílice, que es una forma no biodisponible de Si. Por lo tanto, la humedad residual no debe ser inferior al 5 % en peso. El producto seco puede triturarse y cribarse según sea necesario y/o puede granularse, para producir un producto que sea fácil de manipular y usar.
El uso del fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, de acuerdo con la presente invención, da como resultado una captación alta de Si en las plantas cultivadas. El fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, de acuerdo con la presente invención, se usa para aumentar el rendimiento de los cultivos, para potenciar el crecimiento de las plantas y prevenir enfermedades en las plantas. El fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, de acuerdo con la presente invención, también se usa para proteger a las plantas contra tipos de estrés bióticos y abióticos, y reducir el contenido de metales pesados móviles en el suelo y el contenido total de metales pesados en las plantas cultivadas.
La presente invención se ilustrará mediante los siguientes ejemplos. Los ejemplos no deben considerarse limitantes de la presente invención, ya que pretenden ilustrar diferentes realizaciones de la invención y el efecto del uso de la invención.
Ejemplos
Ejemplo 1. Preparación de un producto fertilizante de Si a base de sustancias húmicas secas.
Se pesaron lignito (CP) y microsílice (MS) en una relación en peso de 5:1, en 60 kg totales. El CP y la MS se mezclaron en seco durante 4 minutos. Se añadieron aproximadamente 30 litros de agua a la mezcla de CP y MS, y se continuó mezclando. Se añadieron 0,6 kg de polvo de KOH (el 1 % en peso de la mezcla seca) y la mezcla se mezcló otros 4 minutos.
La mezcla húmeda (peso total aproximado de 90,6 kg) se mantuvo en el mezclador durante 3 días a temperatura ambiente (20-25 °C) y se mezcló 3-4 veces cada día, 4 minutos cada vez (proceso de incubación). Después de un proceso de incubación de 3 días, la mezcla se secó al aire libre durante 2 días hasta un contenido de agua de aproximadamente el 10 %. La torta seca se volvió a poner en el mezclador para la desaglomeración.
Ejemplo 2, Ensayo de crecimiento de plantas con diferentes tratamientos.
La Tabla 1 muestra la biomasa de cebada y guisantes cultivados con la aplicación del producto sometido a ensayo (sin fertilización NPK y sin contaminación).
Los diferentes productos sometidos a ensayo fueron lignito (CP), microsílice, un producto preparado de acuerdo con el Ejemplo 1, pero sin incubación, y un fertilizante de Si, de acuerdo con la presente invención, preparado de acuerdo con el método del Ejemplo 1. En el ensayo que incluye sílice precipitada (SO 2) (SP), se preparó un producto mediante el mismo método que el producto de acuerdo con la presente invención, como se describe en el Ejemplo 1, reemplazando la MS con sílice precipitada.
La cantidad de tratamiento añadido al cultivo fue de 300 kg/ha.
Tabla 1. L i m i n liv n l ^ li i n l r m i n
Figure imgf000007_0001
continuación
Figure imgf000008_0002
Los resultados de ensayo presentados en la Tabla 1, muestran un rendimiento significativamente superior con la aplicación del fertilizante de Si de acuerdo con la presente invención.
Ejemplo 3, Absorción de Si en plantas fertilizadas con el fertilizante de Si de la invención
La Tabla 2 muestra la captación de Si, tanto ácido monosilícico como ácido polisilícico, en raíces y hojas, en plantas fertilizadas con el fertilizante de Si preparado en el Ejemplo 1, o microsílice. La cantidad de tratamiento añadido al cultivo fue equivalente a 300 kg/ha.
Ta l 2. i n i n i m n ilí i m i liilíi n liv .
Figure imgf000008_0001
continuación
Figure imgf000009_0001
En los ensayos anteriores la cantidad de producto de tratamiento añadido al cultivo fue equivalente a 300 kg/ha. Esto significa que el producto de acuerdo con la presente invención que contiene lignito (CP), microsílice (MS) y KOH, sólo se añade un total de 60 kg/ha de MS. Esta es una cantidad 5 veces menor en comparación con cuando se añade MS sola. A pesar de esta menor cantidad de MS añadida al cultivo, todavía hay un aumento significativo en el rendimiento de los cultivos y la captación de Si en las plantas.
Ejemplo 4. Si en plantas de arroz tratadas con el fertilizante de Si de la invención frente a diferentes productos.
El Si en plantas de arroz tratadas con diferentes productos se ha extraído utilizando diferentes métodos. La Tabla 3 muestra que el tratamiento con el fertilizante de Si, de acuerdo con la presente invención, da como resultado la mayor captación de Si en las plantas de arroz, y este resultado es independiente del método utilizado para extraer el Si.
Tabla 3. Si en arroz extraído mediante el uso de diversos métodos.
Figure imgf000009_0002
Habiendo descrito las realizaciones preferidas de la invención, será evidente para los expertos en la materia que se pueden usar otras realizaciones que incorporen los conceptos. Estos y otros ejemplos de la invención ilustrados anteriormente se han concebido únicamente a modo de ejemplo y el alcance real de la invención se determinará a partir de las siguientes reivindicaciones.

Claims (25)

REIVINDICACIONES
1. Un producto fertilizante de Si a base de sustancias húmicas, que comprende Si biodisponible estable en el almacenamiento, producido mediante la formación de una suspensión acuosa de una mezcla de (cantidades basadas en el peso total de los componentes secos),
el 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico,
el 5-50 % en peso de sílice amorfa, y
el 0,5-10 % en peso de un álcali,
la suspensión acuosa se incuba durante un tiempo de 1 hora varios días y a una temperatura de entre 20 °C y 70 °C, en donde el ácido húmico y la sílice amorfa se disuelven formando humatos y ácido monosilícico, formando de este modo una suspensión incubada, en la que el silicio biodisponible está en forma de quelatos hidrosolubles de compuestos de ácido monosilícico-humato, formados mediante reacciones de complejación entre el ácido monosilícico y los humatos.
2. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la suspensión incubada se seca hasta una humedad residual inferior al 15 % en peso.
3. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2 anteriores, en el que el producto incluye una matriz que comprende residuos sin disolver de la materia prima que contiene ácido húmico y residuos sin disolver de la sílice amorfa.
4. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 anteriores, en el que la materia prima que contiene ácido húmico se selecciona de carbón, lignito, turba y suelo húmico, o de una mezcla de los mismos.
5. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la materia prima que contiene ácido húmico es lignito.
6. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 anteriores, en el que la sílice amorfa se selecciona del grupo: microsílice, tierra de diatomeas, ceniza de cascarilla de arroz y zeolitas o de una mezcla de las mismas.
7. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la sílice amorfa es microsílice.
8. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el álcali se elige entre un hidróxido de metal alcalino, un hidróxido de metal alcalinotérreo o una mezcla de los mismos.
9. Un producto fertilizante de Si de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 anteriores, en el que el producto seco se desaglomera y/o se granula.
10. Un método para la producción de un fertilizante de Si a base de sustancias húmicas que contiene Si biodisponible y estable en el almacenamiento, que comprende las siguientes etapas (cantidades basadas en el peso total de los componentes secos),
mezclar el 45-95 % en peso de una materia prima que contiene ácido húmico,
el 5-50 % en peso de una sílice amorfa, y
el 0,5-10 % en peso de un álcali,
en un medio acuoso que forma una suspensión acuosa,
incubar la suspensión a una temperatura de entre 20-70 °C durante un período de al menos 1 hora y, opcionalmente, secar la suspensión incubada.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la suspensión incubada se seca hasta un contenido de humedad residual inferior al 15 % en peso.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la mezcla incubada se seca calentando a una temperatura del producto de entre 15 °C y 95 °C.
13. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la materia prima que contiene ácido húmico se selecciona de carbón, carbón pardo, turba y suelo húmico, o de una mezcla de los mismos.
14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, en el que la materia prima que contiene ácido húmico es lignito.
15. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10, 13 y 14, en el que la materia prima que contiene ácido húmico se añade en una cantidad del 60-90 % en peso o del 75-85 % en peso, basándose en el peso total de componentes secos.
16. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la sílice amorfa se selecciona del grupo: microsílice, tierra de diatomeas, ceniza de cascarilla de arroz y zeolitas o de una mezcla de las mismas.
17. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la sílice amorfa es microsílice.
18. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 10, 16 y 17, en el que la sílice amorfa se añade en una cantidad del 10-30 % en peso, o del 15-25 % en peso, basándose en la cantidad total de componentes secos.
19. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el álcali se elige entre un hidróxido de metal alcalino, un hidróxido de metal alcalinotérreo o una mezcla de los mismos.
20. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la cantidad de agua es del 25-70 % en peso, basándose en el peso total de la suspensión.
21. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación 10, en el que el pH inicial en la suspensión acuosa, antes de la incubación, es de 9,5 o superior.
22. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el producto seco se desaglomera y/o se granula.
23. Método para aumentar la captación de silicio en las plantas cultivadas, que comprende la adición de un fertilizante de Si a base de sustancias húmicas de acuerdo con las reivindicaciones 1-9 al suelo antes de sembrar o de plantar y/o durante el crecimiento de las plantas.
24. Método de acuerdo con la reivindicación 23, en el que el fertilizante de Si a base de sustancias húmicas se añade en una cantidad de 50-1000 kg/ha.
25. Uso de un fertilizante de Si a base de sustancias húmicas de acuerdo con las reivindicaciones 1-9, para obtener al menos uno de los siguientes;
una captación alta de Si en las plantas cultivadas,
para aumentar el rendimiento de los cultivos,
para potenciar el crecimiento de las plantas,
para prevenir enfermedades en las plantas,
para proteger las plantas contra los tipos de estrés bióticos y/o abióticos,
reducir el contenido de metales pesados móviles en el suelo y/o el contenido total de metales pesados en las plantas cultivadas.
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