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Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln aus elektronenabgebenden
oder -aufnehmenden Nährstoffgelen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln, welche besonders zur Düngung extrem
leichter oder extrem schwerer Böden, aber auch mittlerer Böden geeignet sind.
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Bekannt ist die Herstellung von NPK-Düngemitteln aus Stickstoffsalzen,
Kalisalzen und phosphorsauren Salzen, bei der keinerlei Änderung des Dispersitätsgrades
oder der Umladungspotentiale vorgenommen wird.
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Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln
auf Grundlage der bekannten Kieselsäuregele. Bei diesem bekannten Verfahren werden
wäßrige Alkalisilikate in Form von kolloidalen Solen mit in Wasser suspendierten
Alkalisalzen und nach Bedarf mit Salzlösungen oder Suspensionen weiterer Metallsalze
versetzt, worauf anschließend die Ausfällung dieses Solgemisches vorgenommen wird.
Es ist weiterhin bekannt, diesen Kieselgeldüngemitteln differierendeRedoxpotentiale
zu vermitteln, damit die verschiedenartigsten Potentialgefälle entstehen. Diese
Potentialgefälle wurden bislang für notwendig erachtet, damit bei der Nährstoffaufnahme
und dem Stoffwechsel der Pflanzen ein für diese Nährstoffaufnahme notwendiges Energiegefälle
entsteht.
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Die bisher bekannten Düngemittel führten jedoch bei extrem leichten
oder schweren Böden nicht zu den gewünschten Erfolgen. Es wurde nun festgestellt,
daß je nach der Bodenart und der Art der angebauten Pflanzen bestimmte Redoxpotentiale
des Bodens besonders günstige Erträge hervorbringen. Die Versuche des Erfinders
haben innerhalb der letzten Jahre eindeutig ergeben, daß leichte Böden für die Zuführung
von Kolloidteilchen mit niedrigem Redoxpotential dankbar sind, während schwere Böden
ein hohes Redoxpotential aufweisen müssen, um ertragreicher zu sein. Bei der Herstellung
der Nährstoffgele lassen sich erfindungsgemäß auf Grund der Mengenverhältnisse der
Zusatzstoffe gewisse Redoxpotentiale beim Endprodukt einstellen, so daß sich auf
diese Weise Spezialdüngemittel für große Gruppen extremer Böden herstellen lassen.
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Demnach wird ein Kieselsäuregel für leichte bzw. schwere Böden erfindungsgemäß
derart hergestellt, daß unter Mitverwendung von Pflanzennährstoffsalzen mit geringen
Umladungspotentialen dem Gel durch Zusatz von Oxydationsmitteln bzw. Reduktionsmitteln
ein Redoxpotential von über + 400 mV bzw. unter -f- 300 mV verliehen wird.
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So wurde beispielsweise im Laboratorium des Erfinders durch potentiometrische
Messung festgestellt, daß das Potential von 1 kg Torfsandgemisch bei Kultivierung
von Gerberajungpflanzen und Düngung mit einem NPK-Mineralsalzdüngemittel (12-12-18)
+ 478 mV betrug, bei Kultivierung mit einem Gel, das Elektronen abgeben kann, dagegen
nur 376 mV.
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Ferner hat sich aber gezeigt, daß Düngemittel mit einem relativ reduzierenden
Potential - z. B. unter -+-280 mV - noch wirksamer werden, wenn ein geringer Anteil
mit hohem Potential beigemischt wird. Ebenso zeigen die Wachstumsversuche, daß mittlere
Böden - ohne extreme Potentiale - höhere Erträge bringen, wenn Kolloidteile zugegeben
werden, die zu 60 bis 70 °/o Elektronendonatoren und zu 30 bis 40 °/a Elektronenakzeptoren
sind.
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Bedient man sich beispielsweise des Oxydationspotentials von siebenwertigem
Mangan, um durch eine Änderung der Menge eines Metallsalzes im Verhältnis zu den
übrigen Stoffen ein bestimmtes Redoxpotential zu erzielen, so läßt sich der Vorgang
folgendermaßen leiten: Zu einer mit 5 g Magnesiumcarbonat abgepufferten Menge von
100 kg Kaliwasserglas werden 10 g Kaliumnitrat hinzugegeben, um dem endgültig entstehenden
Gel einen Stickstoffgehalt zu verleihen. Diese Solsuspension wird mit 5 g Magnesiumsulfat
in der üblichen Weise ausgefällt und das abgetrennte Gel milde getrocknet. Verwendet
man nun bei diesem Herstellungsvorgang in der beschriebenen dreiteiligen Solsuspension
gleichzeitig eine wäßrige Lösung von 10 mg Permanganat, so hat das auf diese Weise
hergestellte Gel ein Redoxpotential von + 600 mV, d. h. im Sinne dieser Erfindung
ein hohes Redoxpotential. Da im physiologischen Bereich selten höhere Potentiale
als -+-600 mV erwünscht sind, braucht die Wirkung größerer Zugaben von Kaliumpermanganat
nicht mehr erörtert zu werden. Vollständigkeitshalber sei jedoch erwähnt, daß selbst
bei sehr stark steigenden
Zusätzen -z. B. 10 g statt 10 mg Kaliumpermanganat
-nur Potentiale entstehen, die etwa zwischen -f-600 und r 900 mV liegen. Im pflanzenphysiologischen
Bereich ist meist eine Senkung des Redoxpotentials unter die erwähnten -f- 600 mV
erwünscht. Sie läßt sich im Sinne dieser Erfindung durch eine. Verschiebung des
Verhältnisses zwischen der Menge des Kaliumpermanganats und der der übrigen Stoffe
herbeiführen. Bei Einsatz kleinerer Mengen von Kaliumpermanganat sinkt das Redoxpotential
des fertigen Gels nach folgender Tabelle:
| mg KMn04 1 10 I 7,5 I 6 I 4,5 I 3 I 1,5 |
| -[- mV . . ....... J 600 590I 540I 500I 400I 260 |
Will man sich bei der Herstellung eines anderen Gels mit einem verhältnismäßig hohen
Redoxpotential eines anderen Sauerstoffdonators bedienen, so kann man beispielsweise
5 bis 10 g Ammoniumpersulfat in 100 g Wasser verwenden. Bei dieser Art der Herstellung
werden also Menge und Konzentration der obengenannten Substanzen gegen die Menge
der bei der Gelherstellung beteiligten Metallsalze verschoben.
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Analog läßt sich z. B. eine Änderung von :Menge und Konzentration
der bei der Kolloidbildung beteiligten Säuren und der Metallsalze und übrigen Stoffe
verwenden, wenn man durch steigende Zusätze von beispielsweise Ameisensäure ein
bereits verhältnismäßig niedriges Redoxpotential von etwa -r 200 bis -f- 300 mV
weiter erniedrigen will, um mit dem Redoxpotential des fertigen Gels den Bereich
von etwa -f--100 bis -f-200 mV zu erreichen. Auf diese Weise werden Gele mit definierten
Redoxpotentialen hergestellt, deren Potential relativ hoch oder relativ niedrig
ist. Aus jeder der beiden Gelgruppen mit hohem oder niedrigem Redoxpotential gemeinsam
wird ein Düngemittel für mittlere Böden hergestellt, z. B. in einem Verhältnis von
4011/11 Gel mit hohem Redoxpotential und 6011,111 Gel mit niedrigem Redoxpotential.
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Auch läßt sich nach denselben Richtlinien bei dem Einbau von Metallsalzen
oder nährstoffhaltigen Salzen in ein natürliches Silikat, wie z. B. jungen Löß,
das zu erzielende Potential durch Berücksichtigung der obengenannten oxydierenden
oder reduzierenden Faktoren lenken. So weist z. B. ein Mischkolloid aus 100 Teilen
Löß und Wasserglas und 20 bis 25 Teilen verschiedener Salze ohne Verwendung von
Kaliumpermanganat ein Redoxpotential in dem Bereich von unter -r-280 mV auf, wobei
die Grundstoffe als reduzierende Faktoren wirken.
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Bei Mitverwendung eines oxydierenden Faktors, wie z. B. einer kleinen
Menge von KMn04, in dem gleichen Mischkolloid steigt das Potential dagegen auf über
-.f-480 mV.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird durch Zusatz von Substanzen, wie beispielsweise Ameisensäure, die
dem Kolloidkomplex eine Neigung zur Abgabe von Elektronen erteilt, ein Redoxpotential
des fertigen Gels von unter -f-280 mV geschaffen. Durch Zusatz von Substanzen, wie
z. B. Kaliumpermanganat oder Ammoniumsulfat, die dem Kolloidkomplex eine Neigung
zur Abgabe von Sauerstoff oder Aufnahme von Elektronen erteilen, wird ein Redoxpotential
des fertigen Gels von über -j-480 mV geschaffen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Bereitung des zu
fällenden Sols eine sowohl Calciumnitrat als auch Harnstoff enthaltende Mischlösung
mitverwendet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dient zur Mitverwendung
in der Fällungssuspension eine Mischung aus einzeln hergestellten und unmittelbar
vor dem Zusatz zur Fällung zusammengegebenen wäßrigen Lösungen von Calciumnitrat
und Ammoniumphosphat. In einer anderen Ausführungsform dient zur Mitverwendung in
der Fällungssuspension eine Mischung aus einzeln hergestellten und unmittelbar vor
dem Zusatz zur Fällung zusammengegebenen wäßrigen Lösungen von Harnstoff und Kaliumsulfat.
Ferner werden gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung den Gelen Pflanzennährsalze,
Wuchsstoffe, Hormone, Vitamine sowie Bodenverbesserungsmittel zugesetzt.
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Das beanspruchte Verfahren bringt unter anderem vor allen Dingen folgende
neue technische Wirkung bei der Düngung der Kulturpflanzen mit sich: Die Verabreichung
von höheren Gaben an Salzdüngemitteln, die unmittelbar vor der Bestellung oder nicht
allzu lange vor der Bestellung verabreicht werden, führte sehr leicht zu einer Schockwirkung
gegenüber den Keimlingen und den Jungpflanzen; vor allen Dingen sind solche Schockwirkungen
nach alter Erfahrung immer dann zu erwarten, wenn die Mineraldüngung einen hohen
Anteil an Stickstoffdüngemitteln enthält.
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Bei der reinen Geldüngung oder der Kombinierung von Mineraldüngung
mit Geldüngung fällt dagegen als neue Wirkung ins Gewicht, daß die Zusammensetzung
eines Düngemittels aus Teilen mit verschiedenem Potential die geschilderte Schockwirkung
verhindern hilft. Werden also z. B. auf mittleren guten Böden unmittelbar vor der
Bestellung Kolloiddüngemittel verabreicht, die mit definierten Redoxpotentialen
ausgestattet sind, so entsteht überhaupt kein Schock für den Keimling. Ebenso unterbleibt
ein solcher, wenn auf schweren Böden die Kontaktdüngung mit einem Kolloiddüngemittel
mit angemessen hohen Potentialen erfolgt, und auf leichten Böden, wenn die Kontaktdüngung
mit einem Kolloiddüngemittel mit niedrigen Potentialen erfolgt.
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Dieses Verfahren ermöglicht eine erhebliche Förderung der Pflanzenerträge
dadurch, daß schon die Jungpflanze stärker gedüngt werden kann und eine so schneller
ernährte und schneller aufgewachsene Pflanze im Verlaufe der weiteren Kulturperiode
zur Aufnahme größerer Nährstoffmengen befähigt ist.
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Zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung werden
die nachstehenden Beispiele aufgeführt, die die vorhandenen Möglichkeiten aufzeigen,
aber durch weitere Beispiele ergänzt werden können. Beispiel 1 (Kernnährstoffgel
mit Calcium und Magnesium ohne Spurenelemente) Zur Bildung des zu fällenden Sols
werden einzeln nebeneinander hergestellt: ein mit 30 °J11 Wasser verdünntes
2811/11iges Kaliwasserglas-Sol in Mengen von 100 g einerseits und 15 g Harnstoff,
10 g Kaliumnitrat, 7,5 g Kaliumsulfat.
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Die zuletzt genannten drei Bestandteile werden für sich in normaler
Konzentration in Wasser gelöst und erst unmittelbar vor dem Augenblick zusammengegeben,
wo sie mit dem Wasserglas vereinigt und ausgefällt werden sollen.
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Die Fällungslösung setzt sich wie folgt zusammen: 15 g Calciumnitrat,
10 g Ammoniumphosphat, 5 g Magnesiumcarbonat.
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Diese Stoffe werden ebenso einzeln gelöst oder aufgeschwämmt und erst
unmittelbar vor der beabsichtigten Ausfällung des Sols zusammengegeben. Das abgetrennte
Gel wird getrocknet und in streufähige Form gebracht. Beispiel 2 In ein mit 66 g
Wasser verdünntes Kaliwasserglas-Soi von 100 g werden suspendiert: 10 g Calciumcarbonat;
5 g Magnesiumcarbonat, 20 g Äthylendiamintetraessigsäure.
Während
die Aufschwämmungen von Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat bereits vorher in
das Sol gegeben werden können, wird die Aminoessigsäure mit der gleichen Menge Wasser
verdünnt, so lange bereitgestellt, bis die Ausfällung erfolgen soll, und unmittelbar
vor der Ausfällung in das Sol gegeben.
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18 g Phosphorsäure, 6 g Schwefelsäure, 3 g Ameisensäure werden mit
120 g Wasser verdünnt und zur Ausfällung des obigen Sols hinzugegeben. Das von der
Fällungslösung abgetrennte Gel wird getrocknet und in streufähige Form übergeführt
(Eh = -f-195 mV).
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Beispiel 3
| 100 g Kaliwasserglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . |
| 20 g Kaliumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . Sol |
| 10 g Calciumcarbonat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . |
| 5 g Magnesiumcarbonat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
| 14 g Phosphorsäure ...................... |
| 6 g Schwefelsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . Fäller |
| 3 g Ameisensäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
(Eh = -f--88 mV) Das abgetrennte Gel wird in gleicher Weise wie in den Beispielen
1 und 2 behandelt.
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Beispiel 4
| 200,0 Kaliwasserglas ....................... |
| 30,0 Harnstoff ........................... |
| 20,0 K N 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . |
| 15,0 K2S 04 .. ........................... Sol |
| 1,2 ZnC03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . |
| 2,2 Mn C 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . |
| 30,0 Ca (N03)2 .. .. . . .. . . .. . . . . . .. .... . . .
. . |
| 20,0 (NH4)2HP04 .. . ... . .. . ... .... .... ... |
| 15,0 Mg C03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . |
| 1,2 Zn-Formiat ... |
| 1,2 Zn-Acetat .... I Fäller |
| 0,3 CuSO4 . 5H20 in wenig Wasser lösen, |
| 0,03 B203 ....... zusammengeben |
| 0,006 Co C12 . 6 H2 0 |
| 0,006 Mo 03 ...... |
(Eh = + 380 mV) Das Gel hat trocken z. B. einen Gehalt an Kernnährstoffen von
11,501,N, 5,50/,p201 und 170/,K,0 und weist außerdem die wichtigsten Spurenelemente
auf.
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Beispiel 5
| 200,0 Kaliwasserglas ....................... |
| 30,0 Ca(N03)2. 4H20 .. . . . . . ... ... . . .. . .. . |
| 20,0 (NH4)2HP04 ........................ |
| 15,0 Mg C03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . Sol |
| 30,0 Harnstoff ........................... |
| 25,0 K N 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . |
| 15,0 K2S 04 ............................. |
| 1,2 ZnC03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . |
| 1,2 Zn-Formiat .......................... |
| 1,2 Zn-Acetat ........................... |
| 2,2 Mn C 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . |
| 0,3 Cu S 04.5H2 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . Fäller |
| 0,03 B203............................... |
| 0,006 Co C12 . 6H20 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . |
| 0,006 Mo 03 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . |
| 25,0 Rhenaniaphosphat ................... |
Das Gel hat trocken z. B. einen Gehalt an Kernnährstoffen von 10 °/o N, 7 °/o P2
05 und 15,5 °/o K2 0 und weist außerdem die wichtigsten Spurenelemente auf.
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Beispiel 6
| 65,0 Kaliwasserglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . |
| 35,0 Natronwasserglas ...................... Sol |
| 20,0 CaCO3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . |
| 10,0 Mg C 03 ..._ . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . |
| 18,0 H3 P 04 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . |
| 6,0 H2 S 04 ............................... Fäller |
| 3,0 Ameisensäure ......................... |
(Eh = -f- 65 mV) Die weitere Behandlung des abgetrennten Gels erfolgt wie in den
vorhergehenden Beispielen.
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Beispiel 7
| 100 g Kaliwasserglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . |
| 10 g Magnesiumcarbonat ................... Sol |
| 12 g Kaliumpermanganat . . . . . . . . . . . . . . . . . |
| 24 g Calciumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . : Fäller |
| 12 g Calciumsulfat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . |
(Eh = -f- 590 mV) Das von der Fällungslösung abgetrennte Gel wird getrocknet und
in streufähige Form übergeführt. Beispiel 8
| 100 g Kaliwasserglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . : Sol |
| 25 g Kaliumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . |
| 5 g Zinkformiat........................... Fäller |
Das abgetrennte Gel wird getrocknet und streufähig gemacht.
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Beispiel 9
| 100 g Kaliwasserglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . |
| 1 g Aceton .............................. Sol |
| 25 g Kaliumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . |
| 10 g Magnesiumcarbonat . . . . . . . . . . . . . . . . . .
; Fäller |
| 5 g Calciumformiat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . |
Die Abtrennung, Trocknung und Überführung des Gels in den streufähigen Zustand erfolgt
wie in den vorhergehenden Beispielen.
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Beispiel 10
| 100 g Kaliwasserglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. |
| 10 g Magnesiumcarbonat . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Sol |
| 25 g Kaliumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . |
| 18 g Phosphorsäure ....................... |
| 6 g Schwefelsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . |
| Fäller |
| 1 g Essigsäure ........................... |
| 3 g Ameisensäure ........................ |
(Eh = -f-212 mV) Das abgetrennte und getrocknete Gel wird nach Zerkleinerung od.
dgl. auf den landwirtschaftlichen Kulturboden ausgestreut.