PL249380B1 - Granulowana kompozycja nawozowa oraz sposób wytwarzania granulowanej kompozycji nawozowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem niniejszego zgłoszenia jest granulowana kompozycja nawozowa NPK na bazie polihalitu. Kompozycja zapewnia kontrolowane uwalnianie składników odżywczych i cechuje się obniżoną zawartością chlorków. Przedmiotem zgłoszenia jest również sposób wytwarzania granulowanej kompozycji nawozowej NPK na bazie polihalitu.

Description

Opis wynalazku

Dziedzina wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest granulowana kompozycja nawozowa NPK na bazie polihalitu. Kompozycja zapewnia kontrolowane uwalnianie składników odżywczych i cechuje się obniżoną zawartością chlorków. Opis ujawnia również sposób wytwarzania granulowanej kompozycji nawozowej NPK na bazie polihalitu.

Tło wynalazku

Azot (N), fosfor (P) i potas (K) są niezbędnymi składnikami odżywczymi, które wpływają na prawidłowy wzrost, rozwój oraz odporność roślin, a ich odpowiednie zrównoważenie jest kluczowe dla uzyskania zdrowych i obfitych plonów.

Azot: Jest głównym składnikiem białek, chlorofilu i kwasów nukleinowych, niezbędnych dla budowy tkanek roślinnych oraz procesu fotosyntezy. Azot wpływa na wzrost liści, pędów i korzeni, a jego dostateczna ilość przyczynia się do intensywnego wzrostu roślin.

Fosfor: Jest niezbędny dla procesu fotosyntezy, przemiany energii oraz syntezy kwasów nukleinowych i fosfolipidów. Fosfor wspomaga rozwój korzeni, kwitnienie i dojrzewanie owoców oraz wzmaga odporność roślin na stres środowiskowy.

Potas: Jest kluczowy dla regulacji gospodarki wodnej roślin, otwierania i zamykania aparatów szparkowych, co wpływa na efektywność fotosyntezy. Potas jest również zaangażowany w syntezę białek i cukrów oraz regulację pH wewnątrzkomórkowego. Jego obecność sprzyja również odporności roślin na suszę, choroby oraz niskie temperatury.

Nawozy NPK o kontrolowanym uwalnianiu składników odżywczych są formułowane w taki sposób, żeby składniki odżywcze uwalniały się z nich stopniowo przez pewien okres czasu, co zapewnia ciągłe i równomierne dostarczanie roślinom uprawnym niezbędnych składników odżywczych po jednokrotnym zastosowaniu nawozu. Te nawozy często określa się jako nawozy kontrolowanego uwalniania (ang. controlled release fertilisers, CRF) albo nawozy o długotrwałym uwalnianiu.

Technologia kontrolowanego uwalniania składników odżywczych z granulowanych kompozycji nawozowych na bazie polihalitu może wykorzystywać rozmaite mechanizmy działania. Na przykład granulki kompozycji mogą być powlekane (publikacje US 2022/0127492 A1; US 2022/0055958 A1). Granulki kompozycji mogą być wielowarstwowe (publikacje WO 2017/081470 A1; PL/EP 3374331 T3). Poszczególne składniki kompozycji mogą działać przyspieszająco lub opóźniająco na rozpad granulki (publikacje WO 2022/244000 A1; PL 241460 B1). Granulki stopniowo uwalniają składniki odżywcze w miarę oddziaływania z glebą lub wodą. Dzięki temu nawozy te mogą zapewnić długotrwałe efekty nawozowe, zmniejszając potrzebę częstego stosowania nawozów oraz minimalizując straty składników odżywczych przez wypłukiwanie lub denitryfikację.

Polihalit jest naturalnym minerałem ewaporatowym, składającym się z czterech makroskładników niezbędnych do wzrostu wszystkich roślin (potas, siarka, magnez i wapń). Jego wzór sumaryczny to K2MgCa2[SO4]4 2H2O. Polihalit może zawierać domieszkę sodu (np. około 3,5% wag. w przeliczeniu na Na2O). Polihalit charakteryzuje się niską zawartością chlorków. Unikatowa struktura polihalitu pozwala na powolne uwalnianie tych składników, co zapewnia roślinom stałe i długotrwałe dostarczanie niezbędnych substancji odżywczych. Dzięki temu, polihalit może pełnić rolę nawozu o kontrolowanym uwalnianiu, minimalizując straty składników odżywczych i zapewniając optymalne warunki wzrostu dla roślin. Jest to cenny surowiec w rolnictwie, szczególnie w strategiach nawożenia długoterminowego, gdzie jego działanie może przynieść długotrwałe korzyści dla upraw.

Mocznik, powszechnie stosowany nawóz azotowy w rolnictwie, jest niezastąpionym źródłem składników odżywczych dla roślin. Jego wszechstronne zastosowanie obejmuje regulację pH gleby oraz zapobieganie utracie azotu poprzez denitryfikację. Dzięki swojej wysokiej przyswajalności przez rośliny, mocznik wpływa korzystnie na ich wzrost, plonowanie i jakość. Jest to nieodłączny element strategii nawożenia, pomagając w osiągnięciu maksymalnej wydajności upraw. W rolnictwie mocznik odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu zdrowego wzrostu i obfitych plonów.

Fosforan amonu jest ważnym nawozem azotowo-fosforowym stosowanym w rolnictwie. Jego zastosowanie obejmuje dostarczanie azotu i fosforu, kluczowych składników odżywczych dla roślin. Fosforan amonu wspomaga wzrost i rozwój roślin, poprawiając ich zdrowie i plonowanie. Jest łatwo dostępny dla roślin, co sprawia, że jest skutecznym nawozem w różnych warunkach glebowych. Jego stosowanie przyczynia się do zwiększenia wydajności upraw i poprawy jakości plonów.

Potaż, w postaci chlorku potasu (ang. muriate of potash, MOP) oraz w postaci siarczanu potasu (ang. sulphate of potash, SOP) to dwa zasadnicze nawozy potasowe stosowane w rolnictwie. Chlorek potasu (MOP) dostarcza łatwo przyswajalnego potasu, wspierając rośliny w procesach metabolicznych i regulując ich zdolność do odporności na stres. Siarczan potasu (SOP) to alternatywny nawóz potasowy, bogaty w siarkę, który może poprawiać jakość plonów i odporność roślin na choroby. Nawozy potasowe są istotne dla zdrowego wzrostu roślin, poprawy jakości owoców i nasion, oraz zwiększania wydajności upraw, zwłaszcza na glebach ubogich w potas.

Nawozy o obniżonej zawartości chlorków mogą pomóc w zapobieganiu toksyczności chlorkowej u roślin, co z kolei może wpłynąć na lepszą jakość plonów oraz zmniejszyć ryzyko uszkodzenia roślin. Ponadto, stosowanie nawozów o obniżonej zawartości chlorków może przyczynić się do poprawy warunków glebowych i ograniczenia negatywnego wpływu chlorków na środowisko.

Szczegółowy opis wynalazku

Kompozycja nawozowa według wynalazku dostarcza trzy główne składniki odżywcze, tj. azot (N), fosfor (P) i potas (K) oraz cztery wtórne makroelementy: siarkę (S), wapń (Ca), magnez (Mg) i sód (Na). Dodatkowo korzystnie, kompozycja nawozowa zawiera mikroelementy, tj. bor (B), żelazo (Fe), cynk (Zn), mangan (Mn), i/lub miedź (Cu).

Istotą wynalazku jest granulowana kompozycja nawozowa charakteryzująca tym, że zawiera polihalit w ilości od 10 do 44% wag, mocznik w ilości od 8 do 17% wag, fosforan amonu w ilości od 5 do 30% wag., siarczan amonu w ilości od 15,5 do 35% wag oraz potaż w ilości od 10 do 40% wag. w odniesieniu do wagi granulatu.

Korzystnie w odniesieniu do wagi granulatu zawartość polihalitu wynosi 20% wag. zawartość mocznika wynosi 11% wag., zawartość fosforanu amonu wynosi 21% wag., zawartość potażu wynosi 28% wag. i zawartość siarczanu amonu wynosi 20% wag.

Korzystnie kompozycja jako potaż zawiera siarczan potasu (SOP), co wpłynie na zwiększenie zawartości K2O.

Korzystnie kompozycja jako potaż zawiera chlorek potasu (MOP).

Korzystnie kompozycja jako fosforan amonu zawiera fosforan dwuamonowy (DAP).

Korzystnie kompozycja jako fosforan amonu zawiera fosforan monoamonowy (MAP), będące źródłem przyswajalnego przez rośliny fosforu. Alternatywne źródła fosforu mogą stanowić superfosfaty.

Korzystnie kompozycja ponadto zawiera naturalne fosforyty.

Korzystnie kompozycja ponadto zawiera węglan wapnia i/lub węglan magnezu.

Korzystnie kompozycja ponadto zawiera siarczan manganu, siarczan cynku, siarczan żelaza, siarczan miedzi lub ich mieszaninę.

Istotą wynalazku jest także sposób wytwarzania granulowanej kompozycji nawozowej obejmujący: mieszanie wsadu mączki polihalitu, mocznika, potażu, siarczanu amonu i fosforanu amonu lub alternatywnego źródła fosforu, granulowanie na mokro przy użyciu granulatora talerzowego, suszenie granulatu przy użyciu suszarni obrotowej i oddzielenie od pożądanej frakcji granulatu: od 2,0 do 5,0 mm, zarówno nadziarna jak i podziarna, które są kruszone i zawracane do granulatora, charakteryzujący się tym, że stosuje się mączkę polihalitu o wielkości ziarna < 250 μm, korzystnie <100 μm.

Korzystnie stosuje się mączkę fosforytu naturalnego o wielkości ziarna < 200 μm, korzystnie < 160 μm. Dodanie fosforytów może zwiększyć zawartość fosforu w produkcie końcowym.

Wielkość granulek kompozycji według wynalazku może wynosić od 2,0-5,0 mm.

Korzystnie granulka kompozycji może dodatkowo zawierać jedną lub więcej warstw powlekających. Substancją powlekającą może być powłoka biodegradowalna, polimery, środek przeciwzbrylający, parafina, olej, wosk, pigment i/lub siarka.

Korzystnie granulka może zawierać dodatkowo siarczany, np. siarczan manganu, siarczan cynku, siarczan żelaza, siarczan miedzi lub ich mieszaninę. Siarczany manganu, cynku, żelaza, miedzi i inne mogą wzbogacić granulat o mikroelementy. Według niektórych przykładów realizacji, siarczany te mogą występować w stężeniu 0,5-5% wag./wag. masy granulki.

Korzystnie granulka może zawierać dodatkowo węglan, korzystniej węglan wapnia lub magnezu. Węglan wapnia działa zasadowo i może pomóc w podniesieniu pH gleby, szczególnie w kwaśnych glebach. Poprawienie pH gleby może zwiększyć dostępność składników odżywczych dla roślin.

Korzystnie do powstałych granulek można dodać substancji wiążącej lub ich mieszaninę, co pomaga uniknąć deformacji granulatu podczas procesu granulacji oraz minimalizować emisję pyłów. Substancja wiążąca usprawnia proces granulacji, tworząc nawóz o trwałych i wysoko wytrzymałych granulkach, które nie zbrylają się.

PL 249380 Β1

Korzystnie, substancję wiążącą może stanowić lignosulfonian, korzystnie lignosulfonian wapnia, a korzystniej lignosulfonian sodu. Inną substancją wiążącą może być celuloza, skrobia, substancja barwiąca i jej wodne roztwory (roztwór wodny 0,5-10%), guma arabska, czteroboran sodu dziewięciowodny (boraks), kwas borowy (H3BO3), inhibitor ureazy.

Korzystnie substancja wiążącą w formie sypkiej może występować w stężeniu 0,5-5% wag./wag. masy granulki.

Zwięzły opis figur

FIG. 1 to wykres przedstawiający dynamikę rozpuszczalności poszczególnych składników odżywczych, wyrażonych w przeliczeniu na azot amonowy (N-NH4+), azot amidowy (N-NH2), pięciotlenek fosforu (P2O5), tlenek potasu (K2O) i trójtlenek siarki (SO3).

FIG. 2 to wykres przedstawiający wpływ polihalitu na szybkość hydrolizy mocznika i uwalnianie azotu amidowego.

Przykłady wykonania

Przykład 1

Na poletkach doświadczalnych przeprowadzono badania doświadczalne w następujących warunkach:

Gleby w miejscu wysiewu roślin: lll/IV klasa; gleby brunatne i płowe;

Wielkość poletek doświadczalnych: 10 x 25 m;

Stosowana dawka granulatu: 500 kg/ha;

Metoda aplikacji: przedsiewnie;

Roślinność: kukurydza;

Średnia temperatura otoczenia i ilość opadów:

MIESIĄC	ILOŚĆ OPADÓW	ŚREDNIA TEMPERATURA OTOCZENIA
MINIMALNA	MAKSYMALNA
MAJ	52 mm	8°C	19°C
CZERWIEC	58 mm	11°C	22°C
LIPIEC	67 mm	13°C	24°C

Oznaczanie azotu: zgodnie z normą PN-EN 15604:2012.

Oznaczanie pozostałych pierwiastków: metodą spektrometrii masowej.

Wyniki doświadczeń w postaci wykresów przedstawiają Figury 1 i 2 rysunków.

FIG. 1 to wykres przedstawiający dynamikę rozpuszczalności poszczególnych składników odżywczych, wyrażonych w przeliczeniu na azot amonowy (N-NF4+), azot amidowy (N-NH2), pięciotlenek fosforu (P2O5), tlenek potasu (K2O) i trójtlenek siarki (SO3).

FIG. 2 to wykres przedstawiający wpływ polihalitu na szybkość hydrolizy mocznika i uwalnianie azotu amidowego.

Przykład 2

Sposobem wytwarzania granulowanej kompozycji nawozowej obejmującym:

- mieszanie wsadu mączki polihalitu, mocznika, potażu, siarczanu amonu i fosforanu amonu lub alternatywnego źródła fosforu,

- granulowanie na mokro przy użyciu granulatora talerzowego,

- suszenie granulatu przy użyciu suszarni obrotowej,

- i oddzielenie od pożądanej frakcji granulatu (od 2,0 do 5,0 mm) zarówno nadziarna jak i podziarna, które są kruszone i zawracane do granulatora, sporządzono cztery kompozycje nawozowe NPK o składzie w procentach wagowych jak podano w poniższych tabelach.

Podane zawartości składników nie uwzględniają wody, mimo że była ona używana w procesie granulacji.

PL 249380 Β1

W kolumnie [Surowiec] podano surowce wykorzystane do wytworzenia kompozycji nawozowej. W kolumnie [%] podano zawartość poszczególnych surowców w procentach wagowych w odniesieniu do wagi całej kompozycji przyjętej jako 100% wag.

Liczby podane w kolumnach od czwartej do ostatniej określają zawartość procentową poszczególnych składników odżywczych w odniesieniu do wagi danego surowca przyjętej jako 100% wag. Natomiast liczby podane w nawiasach wskazują udział procentowy danego składnika w odniesieniu do wagi całej kompozycji przyjętej jako 100% wag.

Liczby podane w kolumnach od czwartej do szóstej odnoszą się odpowiednio do zawartości azotu ogółem [N-ogółem], zawartości azotu amidowego [N-NH2] i zawartości azotu amonowego [N-NH4+].

Zn							21 (0,21)	CM θ’
co						i/lO)		N. 0
O z	o							eT
SO; | CaO j ΜβΟ	Ul jp PT Ώ ''J ft pi	——	I l (9 οΐ j ! 09	OJ			i (KO) [ sz	0% | C‘£ 99T£
O	12 : (2,4) i			1/5				0 40
IA © CL					52 0Of92)			CM o* V
MNH4+			21 <3,3011		et			Ώ
i		46 ¢5,98)						69 en u?
Mogoem		I (96‘5) 9T	(gtd		12 (2,52)			es
er	0 CS	cO		CS	OJ			O CS T”
Surowiec	PoiihaK	Mocznik i	SierCZSn | amonu j	Potaż (SOP)	— Fosforan \ amonu (MAP) |	Kwas ί borowy j	siarczan j cynku j	Ogółem
d d	Τ’·»			TT	Lń	CO	N-

PL 249380 Β1

CM

O & ż	lo r7 rt1 o					Η» o
MgO	LO £					o
O OJ o	ί ci					o c*i
en o w	co ił <35		O CM co £1	Śo Ό _r «ς|· CM		o co « to
o	CM T			gg		co
in O n CL					ĆN CM 1/5 q'	<N en o
Λ X 2			t- CM CM łjf		CN LO a#iaa* » CM	CM IM. co
N-NH2		„ co to o ίώ				co e IO
Nogółem		g8 Ł2	,- CM CM		„ , Ćm” CM lO 2Ϊ	00 T”
s>	O N	V“	O CM	co CM	CM	o ®
Surowiec	cg O Cl	Jii Έ u O	GS ζΐ N £ hi ® CD E U) CD	6? O co 15 0.	Cl c ΕΞ φ Smw* 15 3 o Um s	E (ϋ □) 0
d	V“	CM	CO	M	LO

PL 249380 Β1

O	i 3,5 j (0,52)					ΪΝ Ui_ o“
O w	m LO o					r^ a
o ra O	Λ Go ΙΛ oj Ci					£
	co ć» τ s		o ω CO o	m in «= Ί {*)		to U9 CM
§	CM 5			„ *Λ co		O CO
ΙΛ o CL					CB ® co o*	00 o Ϋ*
+ 1 z X			to £2-			<© M CO
N-NH2		„ rsT £ 00 <				Si 00^ r*T
Nogółem		O co	ST V crj CN ΟΊ			ee IfM·
X© er1	in T”		CO	Ci CN	co CN	o o T·
Surowiec	Te C! CL	c N <J O 5	CC 55 n ę u 0 cn £ ŁÓ ®	Q_ O c« N O CL	o> E i £ Ig Μ- Ε 15 < -N	E 1 D) O
o.		cm	CO	TT	iO

PL 249380 Β1

Dodatek siarczanów do kompozycji nawozowej powoduje zwiększenie stabilności granulatu oraz przyczynia się do zwiększenia przyswajalności składników odżywczych, takich jak azot, fosfor, dostarczanych w opracowanej kompozycji nawozowej.

Polihalit, ze względu na swoje naturalne właściwości mineralne oraz różny stopień rozdrobnienia surowca w opracowanej kompozycji nawozowej, pełni rolę naturalnego inhibitora w kontekście wykorzystania mocznika w nawożeniu roślin. Wpływa on na pH gleby oraz dostarcza niezbędne składniki odżywcze, które stymulują procesy metaboliczne zarówno w glebie, jak i w roślinach. To z kolei prowadzi do zwiększenia aktywności mikroorganizmów glebowych, odpowiedzialnych za hydrolizę mocznika. Dodatek siarczanów bogatych w mikroelementy dodatkowo intensyfikuje tę aktywność.

Polihalit stanowi nośnik zapobiegający ulatnianiu się azotu w formie amidowej do atmosfery, gdyż zatrzymuje go w glebie. Następnie dzięki mikroorganizmom glebowym zachodzi proces hydrolizy, w wyniku którego następuje przemiana formy amidowej do formy amonowej, przyswajalnej dla roślin.

Różne formy azotu występujące w kompozycji nawozowej zapewniają długotrwałe zaopatrzenie roślin w azot. Azot amonowy jest szybko dostępny dla roślin w początkowej fazie wzrostu, podczas gdy azot amidowy po zajściu procesu hydrolizy przekształca się w azot amonowy. Zapobiega to stratom azotu do atmosfery. Obecność polihalitu pełniącego rolę naturalnego inhibitora zapewnia ciągłe dostarczanie azotu w późniejszych etapach wzrostu, powoduje zmniejszenie strat azotu. Różne formy azotu reagują z glebą w odmienny sposób i w różnym czasie, co zmniejsza ryzyko wymywania azotu do wód gruntowych i emisji azotu do atmosfery. Połączenie obu tych form poprawia efektywność wykorzystania azotu przez rośliny, umożliwiając dostarczenie azotu w trakcie różnych etapów wzrostu roślin.

Obecność polihalitu i siarczanów w odpowiednich proporcjach w glebie ma istotny wpływ na procesy przyswajania azotu przez rośliny, regulując uwalnianie tego kluczowego składnika odżywczego. To wyjątkowe połączenie dwóch form azotu, wysoko przyswajalnego fosforu i siarczanów, wraz z nośnikiem, nie tylko wspiera efektywne wykorzystanie nawozu przez rośliny, lecz także minimalizuje straty składników odżywczych, co sprzyja optymalnemu wzrostowi i rozwojowi roślin. Dzięki temu proces uwalniania składników odżywczych jest kontrolowany, dostosowany do potrzeb roślin, tak aby zapewnić im odpowiednie zaopatrzenie przez cały okres wegetacji.

Claims (11)

1. Granulowana kompozycja nawozowa znamienna tym, że zawiera polihalit w ilości od 10 do 44% wag, mocznik w ilości od 8 do 17% wag, fosforan amonu w ilości od 5 do 30% wag., siarczan amonu w ilości od 15,5 do 35% wag oraz potaż w ilości od 10 do 40% wag. w odniesieniu do wagi granulatu.

2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że w odniesieniu do wagi granulatu zawartość polihalitu wynosi 20% wag., zawartość mocznika wynosi 11% wag., zawartość fosforanu amonu wynosi 21% wag., zawartość potażu wynosi 28% wag. i zawartość siarczanu amonu wynosi 20% wag.

3. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 2, znamienna tym, że jako potaż zawiera siarczan potasu SOP.

4. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 2, znamienna tym, że jako potaż zawiera chlorek potasu MOP.

5. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 4, znamienna tym, że jako fosforan amonu zawiera fosforan dwuamonowy DAP.

6. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 4, znamienna tym, że jako fosforan amonu zawiera fosforan monoamonowy MAP.

7. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 6, znamienna tym, że ponadto zawiera naturalne fosforyty.

8. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 7, znamienna tym, że ponadto zawiera węglan wapnia i/lub węglan magnezu.

9. Kompozycja według któregokolwiek z zastrz. 1 do 8, znamienna tym, że ponadto zawiera siarczan manganu, siarczan cynku, siarczan żelaza, siarczan miedzi, lub ich mieszaninę.

10. Sposób wytwarzania granulowanej kompozycji nawozowej, określonej w zastrzeżeniach 1-9, obejmujący:

- mieszanie wsadu mączki polihalitu, mocznika, potażu, siarczanu amonu i fosforanu amonu lub alternatywnego źródła fosforu,

- granulowanie na mokro przy użyciu granulatora talerzowego,

- suszenie granulatu przy użyciu suszarni obrotowej,

- oddzielenie od pożądanej frakcji granulatu: od 2,0 do 5,0 mm, zarówno nadziarna jak i podziarna, które są kruszone i zawracane do granulatora, znamienny tym, że stosuje się mączkę polihalitu o wielkości ziarna < 250 μm, korzystnie < 100 μm.

11. Sposób wytwarzania według zastrz. 10, znamienny tym, że stosuje się mączkę fosforytu naturalnego o wielkości ziarna < 200 μm, korzystnie < 160 μm.