PL193859B1 - Nawóz azotowy o przedłużonym działaniu i sposób wytwarzania nawozu azotowego o przedłużonym działaniu - Google Patents

Abstract

1. Nawóz azotowy o przedłużonym działaniu, znamienny tym, że stanowi go krzemian amonu w postaci krystalicznej, otrzymany w wyniku reakcji podwójnej wymiany kwasu krzemowego lub krzemianu metalu alkalicznego; sodu lub potasu, z solą amonową kwasu wybranego z grupy: siarkowy, solny, azotowy, fosforowy, węglowy lub z wodą amoniakalną, przy czym nawóz zawiera 25% całkowitego azotu i 53,5% krzemu w postaci dwutlenku krzemu. 2. Sposób wytwarzania nawozu azotowego o przedłużonym działaniu, z kwasu krzemowego lub krzemianów i soli amonowych, znamienny tym, że przeprowadza się reakcję podwójnej wymiany kwasu krzemowego lub krzemianu metalu alkalicznego: sodu lub potasu, z solą amonową kwasu wybranego z grupy: siarkowy, solny, azotowy, fosforowy, węglowy lub z wodą amoniakalną w środowisku wodnym, które dobiera się w ten sposób, że na każdy kilogram wody destylowanej dodaje się dwa mole reagentów, które wylicza się ze stosunków stechiometrycznych reakcji, alkalizuje się środowisko reakcji do pH = 6,0 10,0, korzystnie do pH = 6,0 8,0, przy czym, gdy stosuje się kwas krzemowy jako jeden z reagentów, środowisko reakcji traktuje się jednoprocentowym roztworem wody amoniakalnej lub półprocentowym roztworem wodorotlenku potasu, aby uzyskać odczyn alkaliczny o pH = 6,0 9,0, korzystnie o pH = 6,0 8,0, stosuje się ciśnienie normalne i podgrzewa środowisko reakcji do temperatury z przedziału 20°C 90°C, korzystnie z przedziału 20°C 30°C, zaś wydzielający się częściowo amoniak w trakcie reakcji roztwarzania soli amonowych zawraca się do reakcji w ten sposób, że podaje się w aparaturze wodę, którą rozpyla się na sicie ceramicznym G3, a w niej rozpuszcza się wydzielający się amoniak, a poza tym przereagowany roztwór z wytrąconym krzemianem amonu w formie krystalicznej schładza się do temperatury 20°C 25°C, a potem sączy się na sitach próżniowych albo prasach filtracyjnych lub wirówkach, a następnie suszy się w suszarce próżniowej albo w suszarce rozpyłowej, granuluje i konfekcjonuje.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest nawóz azotowy o przedłużonym działaniu i sposób wytwarzania nawozu azotowego o przedłużonym działaniu.

W produkcji biomasy podstawowe znaczenie ma azot, dostarczany roślinom w uprawach polowych i łąkowych głównie w postaci sztucznych nawozów azotowych; są to w przeważającej części nawozy saletrzane, a więc w formie azotanowej, dobrze rozpuszczalne w wodzie, co skutkuje łatwym i stosunkowo szybkim ich wymywaniem z gleby, a więc i przemieszczaniem się ich do głębszych warstw wodonośnych gruntu. Toz kolei oznacza, że częstotliwość nawożenia jest duża, bowiem użytkownik upraw chce uzupełnić zasoby azotu, niezbędne roślinom, którego część z danego nawożenia przemieściła się w głąb gruntu podczas rozpuszczania się saletrzanego nawozu w wodzie zawartej w glebie i wymywania go z gleby wodami opadowymi.

Łatwość rozpuszczania się w wodzie nawozów saletrzanych i ich wymywania z gleby powoduje zagrożenia w postaci:

- zanieczyszczenia wód pitnych

- eutrofizacji jezior i rzek

- pogorszenia jakości produktów roślinnych, zawierających za dużo azotanów i azotynów.

W warunkach glebowych azotany redukują się do azotynów, co może powodować u ludzi methemoglobinemię z tej racji, że kwas azotanowy dysocjuje na jony OH^- i NO⁺, przy czym jon NO⁺ powoduje szybkie utlenianie żelaza dwuwartościowego Fe²⁺, znajdującego się w hemoglobinie krwi, do żelaza trójwartościowego Fe³⁺, a wówczas powstająca methemoglobina traci zdolność do wiązania i przenoszenia tlenu we krwi. Tak więc w przypadku nawożenia nawozami azotowymi podstawowym problemem jest uzyskanie spowolnienia ich rozpuszczania się w wodzie zawartej w glebie, co likwiduje w znacznej mierze związane z nimi zagrożenia.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 181595 nawóz azotowy o przedłużonym działaniu, zawierający azot w formie aldehydomocznikowej powstającej w wyniku kondensacji mocznika z aldehydem mrówkowym i/lub octowym i/lub izobutylowym w ilości 25-75% całości azotu N oraz w formie azotanowej w ilości 13-38% całości azotu Ni w formie amonowej w ilości 12-37% całości azotu N, ewentualnie skrobię jako plastyfikator w ilości do 12%. Całkowite stężenie azotu w nawozie wynosi 24-36% azotu.

Znany jest też z polskiego opisu patentowego nr 133998 trudno roztwarzamy nawóz azotowy, zawierający nierozpuszczalny w wodzie polimer typu policyjanoamidu o naprzemiennym układzie atomów węgiel - azot, zawierający 55-67% azotu, 28-29% węgla, 3-5% wodoru i 0-13% tlenu, przy czym korzystne jest otrzymywanie polimeru przez odwodnienie mocznika.

Nawóz azotowy o przedłużonym działaniu według wynalazku stanowi krzemian amonu w postaci krystalicznej, otrzymany w wyniku reakcji podwójnej wymiany kwasu krzemowego lub krzemianu metalu alkalicznego: sodu lub potasu, z solą amonową kwasu wybranego z grupy: siarkowy, solny, azotowy, fosforowy, węglowy lub z wodą amoniakalną, przy czym nawóz zawiera 25% całkowitego azotu i 53,5% krzemu w postaci dwutlenku krzemu.

Nawóz azotowy według wynalazku posiada zalety z punktu widzenia fizjologii roślin. Przy nawożeniu roślin tym nawozem wprowadza się do gleby aniony SiO3^2- wraz z kationami NH4⁺ co nie tylko, że dostarcza roślinom niezbędnego azotu, ale obecność jonu krzemianowego wpływa korzystnie na mikroflorę gleby, nie niszcząc jej, a także korzystnie wpływa (plonotwórczo) na rozwój roślin. Rośliny zawierają krzem głównie w postaci żelu krzemowego, czyli uwodnionej amorficznej krzemionki (SiO₂ · nH₂O), a także częściowo w postaci spolimeryzowanych cząsteczek kwasu krzemowego; formy te stanowią 90-95% ogólnej zawartości krzemu w roślinach, zaś resztę stanowią niespolimeryzowane cząsteczki kwasu krzemowego i koloidalna forma tegoż kwasu.

Rozmieszczenie krzemu w roślinach zależy od ich gatunku: mniej wymagające krzemu rośliny kumulują go w korzenisach a w krzemolubnych roślinach ponad 90% tego składnika zawarta jest w częściach nadziemnych. Krzem w roślinach związany jest z materiałem ścian komórkowych łodyg, korzeni i błon komórkowych. Gromadzenie się krzemu w komórkach roślinnych ogranicza straty wody w roślinach, co ma niebagatelne znaczenie, a także utrudnia przenikanie w głąb liści strzępków grzybni chorobotwórczych grzybów i jednocześnie zwiększa sztywność łodyg, co w przypadku zbóż zmniejsza w znacznym stopniu ich wylęganie. Wolna rozpuszczalność w wodzie nawozu według wynalazku zapobiega jego szybkiemu wymywaniu z gleby przez wody opadowe i przemieszczania się go do warstw wodonośnych gruntu, a przy tym czyni go nawozem wielosezonowym, to znaczy, że nie jest

PL 193 859 B1 wymagane coroczne nawożenie, a jednocześnie przez cały okres wegetacji otrzymują one azot w dostatecznej ilości.

Sposób wytwarzania nawozu azotowego o przedłużonym działaniu według wynalazku charakteryzuje się tym, że przeprowadza się reakcję podwójnej wymiany kwasu krzemowego lub krzemianu metalu alkalicznego: sodu lub potasu z solą amonową kwasu wybranego z grupy: siarkowy, solny, azotowy, fosforowy, węglowy lub z wodą amoniakalną w środowisku wodnym, które dobiera się w ten sposób, że na każdy kilogram wody destylowanej dodaje się dwa mole reagentów, które wylicza się ze stosunków stechiometrycznych reakcji, alkalizuje się środowisko reakcji do pH = 6,0 + 10,0, korzystnie do pH = 6,0 + 8,0, przy czym, gdy stosuje się kwas krzemowy jako jeden z reagentów, środowisko reakcji traktuje się jednoprocentowym roztworem wody amoniakalnej lub półprocentowym roztworem wodorotlenku potasu, aby uzyskać odczyn alkaliczny o pH = 6,0 + 9,0, korzystnie o pH = 6,0 + 8,0, stosuje się ciśnienie normalne i podgrzewa środowisko reakcji do temperatury z przedziału 20°C + 90°C, korzystnie z przedziału 20°C + 30°C, zaś wydzielający się częściowo amoniak w trakcie reakcji roztwarzania soli amonowych zawraca się do reakcji w ten sposób, że podaje się w aparaturze wodę, którą rozpyla się na sicie ceramicznym G3, a w niej rozpuszcza się wydzielający się amoniak, a poza tym przereagowany roztwór z wytrąconym krzemianem amonu w formie krystalicznej schładza się do temperatury 20°C + 25°C, a potem sączy się na sitach próżniowych albo na prasach filtracyjnych lub wirówkach, a następnie suszy się w suszarce próżniowej albo w suszarce rozpyłowej, granuluje i konfekcjonuje.

W sposobie według wynalazku przy stosowaniu kwasu krzemowego jako jednego z reagentów produkt wtórny reakcji, po odsączeniu krzemianu amonu zobojętnia się do pH = 6 + 7 i usuwa z aparatury jako odpad przemysłowy, zaś przy stosowaniu krzemianu potasowego jako jednego z reagentów produkt wtórny pozostaje w roztworze wodnym, który zagęszcza się do roztworu nasyconego pod zmniejszonym ciśnieniem i przy temperaturze 30°C + 40°C, co prowadzi do krystalizacji produktu wtórnego w postaci kryształów koloru białego i bezwonnych, następnie sączy się ten roztwór także na sitach próżniowych albo prasach filtracyjnych lub wirówkach, a potem odsączoną masę suszy się w suszarce próżniowej albo rozpyłowej i oddaje dalszej obróbce właściwej nawozom.

Sposób według wynalazku w przypadku stosowania jako reagentów krzemianu potasowego i soli amonowych posiada szczególną zaletę, która obniża koszt technologii, ponieważ w wyniku poszczególnych reakcji otrzymuje się dodatkowo, oprócz nawozu według wynalazku, inne cenne w rolnictwie nawozy, jak siarczan potasu, fosforan potasu, chlorek potasu, azotan potasu i węglan potasu.

Sposób wytwarzania nawozu według wynalazku przedstawiony jest w przykładach:

P r z y k ł a d I

Do reaktora emaliowanego pojemności 1000 l z wymuszonym mieszaniem zawartości i podgrzewanego poprzez płaszcz wodny wprowadza się:

- wodę destylowaną w ilości 500 kg i 1000 moli reagentów wyliczonych według stosunków stechiometrycznych reakcji; są to reagenty w postaci:

- kwasu krzemowego i zamiennie jednej z następujących soli amonowych:

- chlorku amonu

- siarczanu amonu

- azotanu amonu

- fosforanu amonu (obojętnego)

- kwaśnego fosforanu amonu

- wodorotlenku amonu

Otrzymany roztwór miesza się, mierzącodczyn środowiska reakcji.

Środowisko to będzie lekko kwaśne, po sprawdzeniu czego dodaje się

1% - wy roztwór wody amoniakalnej lub 0,5% - wy roztwór wodorotlenku potasu, mieszając cały czas zawartość reaktora aż do uzyskania odczynu alkalicznego pH = 7,0. Ciśnienie w reaktorze utrzymuje się jako normalne, a przy tym podgrzewa się zawartość do temperatury 27°C. W reaktorze zachodzi jedna z reakcji podwójnej wymiany spośród wymienionych:

1. H₂SiO3 + 2NH4Cl (NH4)₂ SiO₂ + 2HCl

2. H2SO3 + (NH4)2 (NH4)2SiO3 + H2SO4

3. H2SO3 + 2NH4NO3 (NH4)2 + 2NHO3

4. 3H2SO3 + 2(NH4)3PO4 (NH4)2 SiO3 + 2H3PO4

5. H₂SiO3 + (NH4)₂HPO4 (NH4)₂SiO3 + H3PO4

6. H2SO3 + 2NH4OH (NH4)2SiO3 + 2H2O

PL 193 859 B1

W trakcie reakcji roztwarzania soli amonowych wydziela się częściowo amoniak, który należy zawrócić do reakcji w ten sposób, że do reaktora podaje się rozpyloną wodę na sicie ceramicznym G3, w której amoniak rozpuszcza się.

Nawóz według wynalazku - krzemian amonu (NH4)2SiO3 wytrąca się z roztworu w postaci krystalicznej jako żel koloru białego. Przereagowany roztwór schładza się do temperatury 20°C, a następnie podaje na prasę filtracyjną w celu oddzielenia krzemianu amonu od produktu wtórnego.

Oddzielony krzemian amonu suszy się w suszarni próżniowej, a następnie granuluje i konfekcjonuje, zaś produkty wtórne reakcji pozostające roztworem wodnym zobojętnia się do pH =7iusuwa jako odpad przemysłowy.

Przykład II

Do reaktora z przykładu I wprowadza się:

-wodę destylowaną w ilości 500 kg i 1000 moli reagentów, wyliczonych według stosunków stechiometrycznych reakcji; są to reagenty w postaci:

- krzemianu potasu i zamiennie jednej z następujących soli amonowych:

- siarczanu amonu

- fosforanu amonu

- chlorku amonu

- wodorotlenku amonu

- azotanu amonu

- węglanu amonu

Otrzymany roztwór miesza się mierząc odczyn środowiska reakcji, który winien być alkaliczny o pH = 8. Ciśnienie w reaktorze utrzymuje się na normalnym poziomie i podgrzewa zawartość do temperatury 30°C. W reaktorze zachodzi jedna z reakcji podwójnej wymiany spośród wymienionych:

7. K2SiO3 + (NH4)2SO4 (NH4)2 SiO3 + K2SO4

8. 3K2SiO3 + 2(NH4)3PO4 3(NH4)2 S1O3 2K3PO4

9. K2SO3 + 2NH4CI (NH4)2 SiO3 + 2KCl

10. K2SO3 + 2NH4OH (NH4)2 SiO3 + 2KOH

11. K2SO3 + 2NH4NO3 (NH4)2 SiO3 + 2KNO3

12. K2SO3 + (NH4)₂CO3 (NH4)2 SiO3 + K2CO3

Podczas reakcji roztwarzania soli amonowych wydziela się częściowo amoniak, który należy zawrócić do reakcji, podając do reaktora wodę rozpyloną na sicie ceramicznym G3 w celu rozpuszczenia w niej amoniaku. Nawóz według wynalazku - krzemian amonu (NH4)2 SiO3 wytrąca się z roztworu w formie krystalicznej jako żel białego koloru, a produkty wtórne reakcji pozostają w roztworze wodnym. Przereagowany roztwór wodny schładza się poprzez płaszcz wodny reaktora do temperatury 20° C, a następnie zawartość reaktora podaje się na prasę filtracyjną w celu oddzielenia krzemianu amonu od reszty roztworu; oddzielony krzemian amonu suszy się suszami próżniowej, granuluje i konfekcjonuje, zaś pozostały roztwór wodny zawierający produkt wtórny, zagęszcza się poprzez odparowanie do roztworu nasyconego pod zmniejszonym, w stosunku do normalnego, ciśnieniem i przy podwyższonej do 30 -40° C temperaturze. W tak nasyconym roztworze produkt wtórny reakcji krystalizuje w postaci kryształków białego koloru w układzie właściwym dla danego związku, po czym zawartość aparatu podaje się na prasę filtracyjną, a oddzielony produkt wtórny suszy się następnie w suszarni próżniowej, otrzymując dodatkowy nawóz, który można poddać dalszej obróbce: granulacji czy mieszaniu z innymi dodatkami.

Przykład III

Do reaktora z przykładu I wprowadza się:

-wodę destylowaną w ilości 500 kg i 1000 moli reagentów, wyliczonych według stosunków stechiometrycznych reakcji; są to reagenty w postaci:

-pięciowodnego krzemianu sodu i zamiennie jednej z następujących soli amonowych:

- siarczanu amonu

- fosforanu amonu

- chlorku amonu

- wodorotlenku amonu

- azotanu amonu

- węglanu amonu

PL 193 859 B1

Otrzymany roztwór miesza się mierząc odczyn środowiska reakcji, które powinno być alkaliczne o pH = 7. Ciśnienie w reaktorze utrzymuje się na normalnym poziomie i podgrzewa zawartość do temperatury 30°C. W reaktorze zachodzi jedna z reakcji podwójnej wymiany spośród następujących:

13. Na2SiOs · 5H2O + (NH4)2SO4 (NH4)SO + Na2SO4 + 5H2O

14. 3Na2SiOs · 5H2O + 2(NH4)sPO4 3(NH4hSiO3 + Na3PO4 + 5H2O

15. Na2SiO3 · 5H2O + 2NH4CI (NH4)SiO3 + 2NaCl + 5H2O

16. Na2SiO3 · 5H2O + 2NH4OH (NH^SiOs + 2NaOH + 5H2O

17. Na2SiO3 · 5H2O + 2 NH4NO3 (NH^SiOa + 2NaNC>3 + 5H2O

18. Na2SiO3 · 5H2O + (NHhCOa (N^^SO + Na2CO3 + 5H2O

W reakcji roztwarzania soli amonowych wydziela się częściowo amoniak, który należy zawrócić do reakcji, podając do reaktora wodę rozpylaną na sicie ceramicznym G3 w celu rozpuszczenia w niej amoniaku.

Nawóz według wynalazku - krzemian amonu (NH4)2SiO3 wytrąca się z roztworu w formie krystalicznej jako żel białego koloru, a produkty wtórne reakcji pozostają w roztworze wodnym. Przereagowany roztwór schładza się do temperatury 20°C, a następnie zawartość reaktora podaje się na prasę filtracyjną w celu oddzielenia krzemianu amonu od reszty roztworu. Oddzielony krzemian amonu suszy się w suszarce próżniowej, granuluje i konfekcjonuje. Reszta roztworu rolniczo nie jest przydatna, ale może być wykorzystana do innych celów.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Nawóz azotowy o przedłużonym działaniu, znamienny tym, że stanowi go krzemian amonu w postaci krystalicznej, otrzymany w wyniku reakcji podwójnej wymiany kwasu krzemowego lub krzemianu metalu alkalicznego; sodu lub potasu, z solą amonową kwasu wybranego z grupy: siarkowy, solny, azotowy, fosforowy, węglowy lub z wodą amoniakalną, przy czym nawóz zawiera 25% całkowitego azotu i 53,5% krzemu wpostaci dwutlenku krzemu.
2. 2. Sposób wytwarzania nawozu azotowego o przedłużonym działaniu, z kwasu krzemowego lub krzemianów i soli amonowych, znamienny tym, że przeprowadza się reakcję podwójnej wymiany kwasu krzemowego lub krzemianu metalu alkalicznego: sodu lub potasu, z solą amonową kwasu wybranego z grupy: siarkowy, solny, azotowy, fosforowy, węglowy lub z wodą amoniakalną w środowisku wodnym, które dobiera się w ten sposób, że na każdy kilogram wody destylowanej dodaje się dwa mole reagentów, które wylicza się ze stosunków stechiometrycznych reakcji, alkalizuje się środowisko reakcji do pH = 6,0 + 10,0, korzystnie do pH = 6,0 + 8,0, przy czym, gdy stosuje się kwas krzemowy jako jeden z reagentów, środowisko reakcji traktuje się jednoprocentowym roztworem wody amoniakalnej lub półprocentowym roztworem wodorotlenku potasu, aby uzyskać odczyn alkaliczny o pH = 6,0 + 9,0, korzystnie o pH = 6,0 + 8,0, stosuje się ciśnienie normalne i podgrzewa środowisko reakcji do temperatury z przedziału 20°C + 90°C, korzystnie z przedziału 20°C + 30°C, zaś wydzielający się częściowo amoniak w trakcie reakcji roztwarzania soli amonowych zawraca się do reakcji w ten sposób, że podaje się w aparaturze wodę, którą rozpyla się na sicie ceramicznym G3,a w niej rozpuszcza się wydzielający się amoniak, a poza tym przereagowany roztwór z wytrąconym krzemianem amonu w formie krystalicznej schładza się do temperatury 20°C + 25°C, a potem sączy się na sitach próżniowych albo prasach filtracyjnych lub wirówkach, a następnie suszy się w suszarce próżniowej albo w suszarce rozpyłowej, granuluje i konfekcjonuje.