SK9842Y1

SK9842Y1 - Tuhé hnojivá

Info

Publication number: SK9842Y1
Application number: SK37-2023U
Authority: SK
Inventors: Ing. CSc. Teren Ján
Original assignee: Ing. CSc. Teren Ján
Priority date: 2023-03-17
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2023-08-23
Also published as: SK372023U1

Abstract

Opísané sú tuhé zmesové hnojivá, ktoré obsahujú fosforečnan močoviny – CO(NH2)2.H3PO4. Rozpustením týchto hnojív sa získajú živné roztoky, ktoré majú požadovanú chemickú reakciu (pH) bez prídavku ďalších prísad. Zmesové hnojivá môžu byť v práškovej forme alebo vo forme granulátov, tabliet alebo brikiet. Sú vhodné na prípravu hnojivej zálievky alebo na hydroponické pestovanie.

Description

Oblasť techniky

Riešenie sa týka tuhých hnojív, ktoré sú vo forme vodných roztokov vhodné na výživu rastlín, najmä formou hnojivej kvapkovej zálievky, na hnojenie dekoratívnych rastlín, ako i na prípravu živných roztokov určených na bezpôdne - hydroponické pestovanie.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti sa v súvislosti s výživou rastlín, hlavne v záhradkárskej praxi a tiež pri príprave tzv. živných roztokov využívaných v súvislosti s bezpôdnym - hydroponickým pestovaním používa viacero práškových hnojivých zmesí. Tieto sú obvykle navrhované tak, aby boli zdrojom všetkých základných rastlinných biogénnych prvkov, pričom často sú tiež zdrojom stopových rastlinných živín a niektoré obsahujú tiež niektoré zo sekundárnych živín, teda vápnik, horčík a síru. Vo všeobecnosti tieto hnojivá by mali byť úplne rozpustné vo vode, mali by obsahovať čo najmenej chloridových a sodíkových iónov, obsah abiogénnych tzv. rizikových iónov v hnojive musí vyhovovať platnej legislatíve a je výhodné, ak je ich zloženie zvolené tak, aby vodné roztoky týchto hnojivých zmesí mali požadovanú chemickú reakciu - pH, ako i elektrickú vodivosť (EC).

Aby bolo možné dosiahnuť požadované - optimálne zastúpenie jednotlivých rastlinných živín, pri ich príprave sa používa celý rad rôznych solí a kyselín, ktoré sú zdrojom jednotlivých biogénnych prvkov. Pri ich príprave sa používa predovšetkým dusičnan amónny, draselný, horečnatý, močovina, niektorý z fosforečnanov amónnych a draselných, síran amónny, horečnatý, kyselina boritá, tetraboritan sodný - bórax, síran alebo dusičnan mangánatý, zinočnatý a meďnatý a prípadne tiež niektoré komplexné zlúčeniny biogénnych prvkov.

Tuhé hnojivá tohto typu majú obvykle práškovú formu, zriedkavejšie sú tiež tabletované. Používajú sa tak, že k množstvu vody, v zmysle odporučenia výrobcu hnojiva, sa pridá zodpovedajúce množstvo tuhého hnojiva a po jeho rozpustení sa takto pripravený roztok použije na výživu rastlín. Vodný roztok hnojiva je možné používať na výživu rastlín ich zálievkou, aplikovať ho formou tzv. kvapkovej hnojivej zálievky, alebo niektoré z nich sú vhodné tiež na bezpôdne - hydroponické pestovanie rastlín. Vodné roztoky predmetného typu je možné používať tak na výživu hospodársky pestovaných rastlín, najmä všetkých druhov zeleniny a kvetov, ale tiež v súvislosti s hobby pestovaním. Sú vhodné tiež vhodným zdrojom výživy dekoratívnych rastlín ozdobných tak kvetmi, ako i listami.

Podstata technického riešenia

Napriek tomu, že väčšina v súčasnosti vyrábaných a používaných tuhých zmesových hnojív má dobré vlastnosti a poskytuje rastlinám potrebné živiny vo vhodnej forme a tiež potrebných vzájomných pomeroch, majú tiež niektoré nevýhody. Rozpustením viacerých hnojív predmetného typu sa získajú živné roztoky, ktoré nemajú požadovanú chemickú reakciu - pH. Toto je osobitne nevhodné v prípade, ak voda použitá na rozpúšťanie má príliš vysoký obsah bikarbonátov a rozpustených alkalických zemín, teda ak je definovaná ako tzv. tvrdá, alebo ak hnojivý roztok má byť použitý na výživu tzv. kyslomilných rastlín (hortenzie, rododendrony, konifery a pod.). V záujme aspoň čiastočnej eliminácie uvedeného nedostatku niektorí výrobcovia špeciálnych hnojív uvedeného typu pridávajú do hnojív rôzne kyslo reagujúce zložky, ktoré však vo väčšine prípadov nie sú zdrojom žiadnych rastlinných živín a obvykle hnojivá zrieďujú a tiež zvyšujú ich cenu ( napr. kryštalické karboxylové kyseliny). Niektoré z prísad uvedeného typu tiež zhoršujú vlastnosti tuhej hnojivej zmesi - zvyšujú elektrickú vodivosť roztoku (EC), spôsobujú zníženie jej rozpustnosti, zvyšujú sklon zmesi k aglomerácii - „spekaniu a pod.

Zistilo sa, že uvedené nedostatky možno odstrániť tak, že tuhé zmesové hnojivá obsahujú fosforečnan močoviny - CO(NH₂)₂.H₃PO₄.

Močovina (H₂NCONH₂), vzhľadom na chemickú štruktúru molekuly, je schopná tvoriť adičné zlúčeniny s celým radom anorganických i organických látok (Sulajman-kulov. K., Soedinenija karbamida s neorganičeskimi soljami, Izd. Ilim, Frunze 1971). Odborná literatúra uvádza, že z ternárnej sústavy: H3PO4 CO(NH2)2 - H2O kryštalizuje adukt typu: CO(NH2)2.H3PO4 (Matignon, S. - Dodge, D.: Compte rendus, 194, 1289, 1932, Bull. Soc. Chim. France, 1, 1114, 1934, Blidin. V. P. a kol.: Ž. prik. chim., 30, 646, 649, 1957). Táto ekvimolárna adičná soľ: CO(NH2)2.H3PO4 (CAS No. 4401-74-5, EC No. 225-464-3), ktorá je známa pod jednoznačným chemickým označením ako trihydrogén-fosforečnan urónia, ale obvykle len ako fosforečnan močoviny alebo ako fosfát močoviny, sa v súčasnosti priemyselne vyrába, a teda i prakticky využíva.

Fosforečnan močoviny je biela, kryštalická soľ, kyslej chemickej reakcie, teoreticky obsahuje 17,72 % amidického dusíka (ako N) a 19,60 % fosforu (ako P). Jej teplota topenia je cca 117 °C, pričom pri vyššej teplote dochádza k jej termickému rozkladu vedúcemu k molekulárnej dehydratácii fosforečnanového aniónu.

V súčasnosti sa fosforečnan močoviny priemyselne vyrába a používa predovšetkým ako dusíkato-fosforečné hnojivo (17-44-0), tiež ako špeciálny katalyzátor alebo ako medziprodukt pri výrobe vysoko koncentrovaných kvapalných hnojív na báze kondenzovaných fosforečnanov (15 až 17 % N a 28 až 29 % P₂O₅). Najmä v súvislosti s výrobou kvapalných hnojív sa chemická reakcia medzi močovinou a kyselinou fosforečnou často využíva ako metóda čistenia tzv. extrakčnej kyseliny, získavanej rozkladom fosfátov pôsobením minerálnych kyselín (najmä pôsobením kyseliny sírovej).

Fosforečnan močoviny vo vodnom prostredí poskytuje kyselinu fosforečnú, takže túto adičnú zlúčeninu je možno výhodne využiť na požadované okyslenie prostredia.

Medzi významné prednosti riešenia treba vyzdvihnúť skutočnosť, že fosforečnan močoviny pozostáva z dvoch z pohľadu výživy rastlín veľmi významných zložiek, akými sú: močovina a kyselina trihydrogén fosforečná. Ich prítomnosť v zmesových hnojivách tieto v žiadnom prípade nezried'uje a ani nevnáša žiadne balastné látky.

Doplnenie zmesi hnojivých surovín o fosforečnan močoviny umožňuje tiež vhodne ovplyvniť často nie celkom vhodnú chemickú reakciu vodných roztokov pripravených rozpustením hnojiva. Ako zvlášť vhodné sa ukázalo, ak aplikačné roztoky získané rozpustením zmesového hnojiva podľa riešenia vo vode majú kyslú chemickú reakciu, pričom pre ich chemickú reakciu platí: 2,5 < pH > 6,8. Prítomnosť fosforečnanu močoviny v tuhých zmesových hnojivách umožňuje prípravu hnojív i pre výrazne kyslomilné rastliny, čo doposiaľ používané hnojivá predmetného typu obvykle neumožňovali. Kyselina fosforečná, ktorá sa vo vodnom prostredí uvoľňuje, tiež umožňuje často potrebnú úpravu alkality vody, hlavne ak táto má vyšší obsah hydrogenuhličitanov a katiónov alkalických zemín, čo je dôležité tiež vzhľadom na využiteľnosť živín.

Zistilo sa tiež, že je zvlášť výhodné, ak tuhé hnojivá podľa riešenia obsahujú minimálne 4 a najviac 65 hmotnostných dielov fosforečnanu močoviny na 100 hmotnostných dielov finálneho produktu.

Preukázalo sa tiež, že prítomnosť fosforečnanu močoviny v tuhých hnojivách podľa riešenia zlepšuje spracovateľnosť práškových zmesí do formy tabliet, kompaktného telesa alebo brikiet. S cieľom zvýšiť manipulačné vlastnosti je účelné zmesové hnojivá podľa riešenia upraviť účinkom tlaku do granulovanej kompaktnej formy alebo do formy tabliet, či brikiet.

Príklady uskutočnenia

V ďalšom uvádzané príklady objasňujú a dokumentujú predmetné riešenie, ale v žiadnom prípade neobmedzujú nároky na jeho ochranu.

Príklad 1

S cieľom pripraviť práškovú zmes určenú na jej následné prepracovanie do formy brikiet sa miešaním zhomogenizovalo:

450 kg technického dusičnanu draselného, KNO3,

450 kg kryštalického fosforečnanu močoviny, CO(NH2)2.H3PO4, kg technického síranu draselného, K2SO4 a kg kryštalického síranu amónneho, (NH4)2SO4.

Pripravená zmes obsahovala:

viac ako 1,0 hmotn. % dusíka (ako N) v amoniakálnej forme, viac ako 5,8 hmotn. % dusíka (ako N) v dusičnanovej forme, viac ako 7,6 hmotn. % dusíka (ako N) v amidickej forme.

Celkový obsah dusíka v zmesi (ako N) bol viac ako 14,5 hmotn. %, celkový obsah fosforu (ako P2O5) bol 19,8 hmotn. % a celkový obsah draslíka v chlór neobsahujúcej forme (ako K₂O) bol 23,3 hmotn. %.

Pripravená zmes hnojivých zložiek obsahovala ešte viac ako 2,0 hmotn. % síry (ako S). Zmes uvedeného chemického zloženia bola účinkom tlakovej sily, pôsobiacej medzi proti sebe sa otáčajúcimi tvarovanými valcami (fa. Bepex), spracovaná do formy brikiet určených na zásobné hnojenie sadeníc ihličnanov.

Príklad 2

Obdobným spôsobom ako v príklade 1 boli pripravené hnojivé brikety zo zmesi obsahujúcej:

hmotn. % kryštalického fosforečnanu močoviny, CO(NH2)2.H3PO4 a hmotn. % technického dusičnanu draselného, KNO3.

Príklad 3

Na hnojenie dekoratívnych rastlín ozdobných listami, pestovaných v živnom roztoku - hydroponicky, bolo miešaním pripravené zmesové hnojivo v zmysle riešenia v práškovej forme.

Pri príprave zmesového hnojiva sa zhomogenizovalo:

hmotn. dielov podrvených granúl dusičnanu amónneho, NH4NO3, hmotn. dielov technického dusičnanu draselného, KNO3, hmotn. dielov technického dihydrogenfosforečnanu draselného, KH2PO4, hmotn. dielov kryštalického fosforečnanu močoviny, CO(NH2)2.H3PO4,

2,5 hmotn. dielu práškového kalcinovaného síranu horečnatého, MgSO4, a

0,5 hmotn. dielov práškovej zmesi síranov zinočnatého, mangánatého, meďnatého, kyseliny boritej a kryštalického molybdenanu amónneho.

Zmes bola dôkladne zhomogenizovaná a premletá použitím kuchynského mixéra. Uvedeným spôsobom sa pripravilo zmesové hnojivo podľa riešenia, ktoré obsahovalo:

6,9 hmotn. % dusíka (ako N) v amoniakálnej forme, 10,95 hmotn. % dusíka (ako N) v dusičnanovej forme, 1,6 hmotn. % dusíka (ako N) v amidickej forme, 13,3 hmotn. % celkového fosforu (ako P2O5) viazaného v ortofosforečnanovej forme, 19,9 hmotn. % draslíka (ako K2O) v chlór neobsahujúcej forme a 0,8 hmotn. % horčíka (ako MgO). Pripravená zmes bola tiež zdrojom základných stopových biogénnych prvkov a rastlinám prístupnej síry. Pripravené hnojivo sa používalo na prípravu živného roztoku používaného na hydroponické pestovanie dekoratívnych rastlín, ako i na prípravu hnojivej zálievky kvetov ozdobných listami. Pri príprave aplikačného roztoku sa dávkovalo cca 1,5 g práškovej zmesi na liter vodovodnej vody. Meraním pH vodných roztokov tuhého hnojiva boli určené tieto hodnoty:

pH 1 % roztoku v destilovanej vode: 3,12, pH 1 % roztoku vo vodovodnej vode (cca 12 °N): 3,68.

Príklad 4

S cieľom pripraviť práškové zmesové hnojivo podľa riešenia sa zhomogenizovalo:

18,17 hmotn. % pomletého granulovaného dusičnanu amónneho, NH4NO3,

5,0 hmotn. % pomletého fosforečnanu močoviny, CO(NH2)2.H3PO4,

5,43 hmotn. % technického dihydrogenfosforečnanu draselného, KH2PO4,

14,63 hmotn. % technického síranu draselného, K2SO4

44,65 hmotn. % technického dusičnanu draselného, KNO3,

9,12 hmotn. % práškového kalcinovaného síranu horečnatého, MgSO4, a

3,0 hmotn. % práškovej mikroelementovej zmesi.

Mikroelementová zmes pozostávala z: 2,31 hmotn. dielu ZnSO4.H2O, 4,85 hmotn. dielu CUSO4.5H2O, 12,61 hmotn. dielu MnSO4.H2O, 11,6 hmotn. dielu H3BO3, 0,38 hmotn. dielu (NH4)gMo7O24.4 H2O, 36,7 hmotn. dielu práškového chelátu železa (Dissolvine D-FE-11) a 31,55 hmotn. dielov kryštalickej chelátotvornej látky (H EDTA).

Pripravená zmes stopových rastlinných živín obsahovala: 9,96 hmotn. % dusíka (ako N) v amidickej forme, 3,36 hmotn. % síry (ako S), 0,81 hmotn. % zinku (ako Zn), 1,21 hmotn. % medi (ako Cu), 4,04 hmotn. % mangánu (ako Mn), 2,02 hmotn. % bóru (ako B), 0,2 hmotn. % molybdénu (ako Mo) a 4,04 hmotn. % železa (ako Fe) viazaného vo forme chelátu DTPA. Dôkladnou homogenizáciou všetkých uvedených zložiek bolo pripravené tuhé zmesové hnojivo obsahujúce 13,13 hmotn. % celkového dusíka (ako N), 5,0 hmotn. % fosforu (ako P2O5), 30,0 hmotn. % draslíka (ako K2O), 3,0 hmotn. % horčíka (ako MgO) a 5,1 hmotn. % síry (ako S). Rozpustením vo vode sa získal aplikačný živný roztok, ktorý obsahoval uvedené živiny a tiež stopové prvky viazané v komplexnej forme. Pripravené hnojivo bolo vhodné predovšetkým na výživu kvitnúcich a plody vytvárajúcich rastlín.

Príklad 5

V záujme prípravy zmesového hnojiva podľa riešenia určeného na univerzálne uplatnenie sa zhomogenizovalo:

4,41 hmotn. % kryštalického fosforečnanu močoviny, CO(NH2)2.H3PO4,

33,09 hmotn. % pomletých granúl dusičnanu amónneho, NH4NO3,

7,28 hmotn. % technického dihydrogenfosforečnanu draselného, KH2PO4,

44,19 hmotn. % technického dusičnanu draselného, KNO3, a

11,03 hmotn. % kalcinovaného síranu horečnatého, MgSO4.

Takto pripravená práškovo-kryštalická zmes sa dôkladne zhomogenizovala a do práškovej formy upravila mletím.

Uvedeným spôsobom sa získalo práškové zmesové hnojivo obsahujúce 17,69 hmotn. % celkového dusíka (ako N), 5,7 hmotn. % fosforu (ako P2O5), 22,81 hmotn. % draslíka (ako K2O), 3,63 hmotn. % horčíka (ako MgO) a 2,91 hmotn. % síry (ako S). Pomer základných živín v hnojive bol: 3,1 - 1 - 4,0.

Príklad 6

Prášková zmes pripravená spôsobom opísaným v príklade 5 bola obohatená o stopové biogénne prvky. Uskutočnilo sa to tak, že na 95 hmotnostných dielov práškovej hnojivej zmesi sa pridalo 5 hmotnostných dielov mikroelementovej zmesi špecifikovanej v príklade 4. Dôkladnou homogenizáciou zmesi sa získalo hnojivo podľa riešenia v práškovej forme, ktoré obsahovalo: 16,8 hmotn. % dusíka (ako N), 5,41 hmotn. % fosforu (ako P2O5), 21,67 hmotn. % draslíka (ako K2O), 3,45 hmotn. % horčíka (ako MgO), 2,76 hmotn. % síry (ako S), 0,0405 hmotn. % zinku (Zn), 0,0605 hmotn. % medi (ako Cu), 0,202 hmotn. % mangánu ( ako Mn), 0,101 hmotn. % bóru (ako B), 0,01 hmotn. % molybdénu (ako Mo) a 202 hmotn. % železa (ako Fe).

Časť pripraveného práškového hnojiva bola spracovaná tabletovaním. Pripravené tablety s priemerom 25 mm, výškou 12 - 14 mm, mali priemernú hmotnosť 10 g. Jedna tableta bola určená na prípravu cca 10 litrov hnojivej zálievky.

Príklad 7

Prášková zmes obsahujúca základné a stopové rastlinné živiny podľa príkladov 5 a 6 bola upravená do formy zhutnenej drviny, teda kompaktného telesa. Zhutňovanie zmesi sa realizovalo po jej miernom zvlhčení vodou medzi dvoma proti sebe sa otáčajúcimi valcami. Takto pripravený zhutnený plast sa po ochladení čiastočne polámal, pričom zo získanej zmesi boli sitovaním odseparované častice veľkosti 2 až 4 mm tvoriacej produkt - hrubý granulát zmesového hnojiva podľa riešenia.

Priemyselná využiteľnosť

Pre tuhé zmesové hnojivá podľa riešenia je charakteristické, že popri zložkách, ktoré sú zdrojom základných, sekundárnych a stopových rastlinných živín, obsahujú fosforečnan močoviny - CO(NH2)2.H3PO4. Rozpustením týchto hnojív sa získajú živné roztoky, ktoré majú požadovanú chemickú reakciu i bez prídavku ďalších prísad. Zmesové hnojivá podľa riešenia môžu byť v práškovej forme alebo ich možno ich pôsobením tlaku prepravovať do formy granulátov, tabliet alebo brikiet. Sú vhodné na prípravu hnojivej zálievky, ale možno ich výhodne využívať tiež v súvislosti s bezpôdnym - hydroponickým pestovaním. Príprava zmesových hnojív podľa riešenia je nenáročná.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Tuhé zmesové hnojivá, vyznačujúce sa tým, že CO(NH2)2.H3PO4.
2. Tuhé zmesové hnojivá podľa nároku 1, vyznačujúce sa dieloch obsahujú 4 až 65 hmotnostných dielov fosforečnanu močoviny.
3. Tuhé zmesové hnojivá podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c e s a obsahujú fosforečnan močoviny, tým, že v 100 hmotnostných tým, že ich aplikačné roztoky pripravené rozpustením vo vode majú kyslú chemickú reakciu, pričom pre ich chemickú reakciu platí:

2,5 < pH > 6,8.
4. Tuhé zmesové hnojivá podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že majú charakter prášku, granulátu, tabliet alebo brikiet.