ITTO20010363A1

ITTO20010363A1 - Fertilizzante azotato a base di urea rivestita di zeolite.

Info

Publication number: ITTO20010363A1
Application number: IT2001TO000363A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Battista Marchello
Original assignee: Odore Carlo
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2002-10-13
Also published as: DE60208181T2; ES2255611T3; EP1379558A1; DE60208181D1; WO2002083740A1; ITTO20010363A0; EP1379558B1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "Fertilizzante azotato a base di urea rivestita di zeolite"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un fertilizzante azotato a base di urea.

L'urea (diammide dell'acido carbonico) è il fertilizzante azotato più impiegato in agricoltura poiché è in grado di apportare la maggior quantità di azoto al minor costo.

Essa, infatti, una volta sparsa sul terreno subisce un processo idrolitico che porta alla formazione di anidride carbonica e ammoniaca; quest'ultima poi interagisce con altre molecole di acqua presenti nel terreno dando origine allo ione ammonio che, in parte, viene direttamente utilizzato da alcune piante come nutriente azotato, mentre in parte viene ossidato a nitrito e poi nitrato dai batteri nitrificanti presenti nel terreno (rispettivamente, Nitrosomonas e Nitrobacter) .

Il nitrato è la forma di azoto più facilmente utilizzabile dalla maggior parte delle piante.

Tuttavia, allo stesso tempo, esso viene perso facilmente dal terreno sia per effetto dei batteri denitrificanti che lo riducono ad azoto gassoso, sia per effetto della sua estrema mobilità che lo porta, per lisciviazione, al di sotto della zona esplorata dalle radici.

L'azoto in forma ammoniacale può invece essere trattenuto dalla frazione colloidale del terreno che lo sottrae ai fenomeni di lisciviazione e denitrificazione .

Tuttavia, è noto che gli attuali terreni agrari, a causa delle ormai decennali fertilizzazioni chimiche unitamente agli scarsi apporti di sostanza organica (quali deiezioni e letami), si sono sempre più impoveriti della frazione colloidale e quindi della capacità di trattenere i vari nutrimenti apportati, in particolare quello azotato.

Fertilizzando il terreno secondo le normali consuetudini vi è quindi il rischio di sprecare oltre il 60% di fertilizzante, il che comporta perdite economiche e gravi conseguenze ambientali, tra le quali ad esempio un'alta presenza di nitrati nelle acque di falda che le rende inutilizzabili per l'uomo.

In alternativa, per ridurre la perdita di nutrienti azotati dal terreno, può essere adottata la strategia di aggiungere il fertilizzante in piccole quantità e in diverse volte; tuttavia tale soluzione è svantaggiosa sotto l'aspetto economico .

Nel settore dei fertilizzanti azotati è quindi molto sentita l'esigenza di poter avere una presenza di nutrienti azotati nel terreno prolungata nel tempo senza tuttavia incorrere in eccessivi costi.

Allo stato dell'arte è nota l'esistenza di urea protetta da particolari rivestimenti a base di resine, il cui scopo è quello di ridurre il potere ustionante per contatto dell'urea e di ritardarne l'idrolisi ad ammoniaca. Tali resine consentono quindi di avere una prolungata presenza di urea nel terreno, ma non consentono di risolvere il problema della perdita dei nitrati che si formano per ossidazione dello ione ammonio, perdita dovuta ai fenomeni di lisciviazione e riduzione sopra menzionati .

Tale problema è stato ora risolto dalla presente invenzione che fornisce un fertilizzante azotato a base di urea caratterizzato dal fatto di comprendere particelle di urea e polvere di zeolite, in cui la polvere di zeolite forma uno strato di rivestimento protettivo attorno alle particelle di urea.

Le zeoliti sono materiali noti. Si tratta di alluminosilicati idrati di metalli alcalini ed alcalino terrosi appartenenti alla famiglia dei tectosilicati . Tali materiali presentano una struttura caratteristica a larghe cavità intercomunicanti fra loro e con l'esterno mediante canali, all'interno dei quali trovano posto sia cationi sia molecole d'acqua. All'interno dei canali i cationi e le molecole di acqua godono di una notevole libertà di movimento, il che <'>conferisce alle zeoliti caratteristiche del tutto peculiari, tra le quali la capacità di andare incontro a disidratazione reversibile e la capacità di assorbire e rilasciare cationi - incluso lo ione ammonio - attraverso il meccanismo dello scambio cationico.

I presenti inventori hanno trovato che impiegando un fertilizzante azotato in cui le particelle di urea sono rivestite da uno strato di zeolite è possibile non soltanto ritardare l'idrolisi dell'urea ad ammoniaca, ma anche grazie alle capacità di scambio cationico della zeolite - graduare nel tempo la formazione di azoto nitrico per ossidazione dello ione ammonio.

Una volta apertosi il rivestimento di zeolite ed iniziato il processo dì idrolisi dell'urea, infatti, una parte dell'ammonio che si forma viene trattenuta nella struttura della zeolite per scambio cationico con i cationi in essa contenuti, e pertanto non è resa immediatamente disponibile all'azione nitrificante dei batteri del terreno. L'ammonio trattenuto all'interno della zeolite verrà poi lentamente rilasciato dalla zeolite per scambio cationico, e quindi verrà gradualmente ossidato a nitriti e nitrati ad opera dei batteri nitrificanti del terreno.

Una formazione di nitrati graduata nel tempo consente da un lato un apporto più graduato e costante alle piante di azoto in una forma facilmente utilizzabile, e dall'altro una drastica riduzione della perdita di nutriente azotato dovuta ai meccanismi di riduzione e lisciviazione sopra menzionati, poiché comporta una riduzione della quantità di nitrati residui nel terreno non immediatamente utilizzati dalle piante stesse.

Tutto ciò consente di ottenere una produzione colturale di pari quantità con qualità superiori e con un ridotto impatto ambientale.

Inoltre, come sarà illustrato in maggiore dettaglio nell'esempio 4, il fertilizzante della presente invenzione consente comunque di fornire alla coltura un quantitativo di nutriente azotato sufficiente a soddisfare il suo fabbisogno immediato .

Le zeoliti impiegate nel fertilizzante della presente invenzione sono preferibilmente zeoliti naturali. Tra le zeoliti naturali sono maggiormente preferite quelle che hanno una minor concentrazione di ione sodio e una maggior concentrazione di ione potassio; lo ione sodio esplica infatti un'azione tossica nei confronti delle piante inibendone la crescita, mentre lo ione potassio è estremamente utile per lo sviluppo vegetativo e fruttifero della coltura.

Pertanto, le zeoliti naturali impiegate nel fertilizzante della presente invenzione sono preferibilmente scelte dal gruppo che consiste di Analcime, Chabasite, Laumontite, Phillipsite, Faujasite, Clinoptilolite, Mordenite e loro miscele .

Più preferibilmente, tali zeoliti naturali hanno una concentrazione di sodio conpresa tra 1,5 e 2,5% in peso, ancor più preferibilmente tra 0,5 e 0,8% in peso, ed una concentrazione di potassio conpresa tra 3,5 e 8,5% in peso, ancor più preferibilmente tra 5,5% e 7% in peso.

Il fertilizzante dell'invenzione è ottenibile mediante granulazione di una miscela di polvere di zeolite e particelle di urea, in presenza di un adesivante .

Nella presente descrizione, con il termine zeolite si intende indicare sia la zeolite in forma pura che la zeolite nella forma presente in natura, ossia sotto forma di zeolitite.

Le zeolititi sono di rocce di origine vulcanica aventi un contenuto di zeolite mediamente variabile tra il 20 e il 90%; all'interno di esse le zeoliti sono omogeneamente distribuite sotto forma di piccoli cristalli frammisti ad altri materiali naturali quali ad esempio argille, feldspati, ecc.

Il materiale zeolitico impiegato come materiale di partenza per la realizzazione del fertilizzante della presente invenzione è preferibilmente zeolitite .

Questi materiali sono disponibili in natura e facilmente reperibili in molti paesi europei ed extra-europei, che attualmente li impiegano in altri settori agricoli ed industriali.

Vantaggiosamente, la zeolitite impiegata come materiale di partenza ha una concentrazione in zeolite compresa tra il 30 e il 90%, più preferibilmente tra il 50 e l'80%. Ciò consente infatti di ottenere migliori risultati in termini di capacità di scambio cationico del prodotto ottenuto.

Sono inoltre particolarmente preferite le zeolititi a base di Phillipsite e/o Clinoptilolite, data la spiccata selettività per lo ione ammonio di queste zeoliti naturali.

Nel fertilizzante dell'invenzione, il rapporto in peso tra zeolitite ed urea è preferibilmente compreso tra 6:1 e 0,5:1, più preferibilmente tra 2,2:1 e 1,2:1.

A seguito di prove sperimentali, è stato infatti stabilito che tale rapporto è particolarmente vantaggioso allo scopo di ottenere un prodotto finale avente la capacità di fornire alla coltura una quantità di azoto nitrico sufficiente a soddisfare il suo fabbisogno immediato .

Come adesivante per la granulazione possono essere impiegate diverse sostanze, tra le quali ad esempio la carbossimetilcellulosa ad alto peso molecolare ed altri polimeri, il melasso, il lignosolfito, ecc. E' preferita una soluzione acquosa di melasso e lignosolfito,· più preferibilmente, in tale soluzione il rapporto tra melasso e lignosolfito è compreso tra 5:1 e 1:1, ancor più preferibilmente è 2:1.

Inoltre, ai materiali di partenza sopra indicati possono essere aggiunti dei leganti, la cui funzione è quella di migliorare la plasticità della zeolitite nel corso della granulazione.

A questo scopo è preferito l'impiego di argilla naturale, preferibilmente bentonite calcica o potassica, in una proporzione preferibilmente compresa tra il 5% e il 40% in peso, più preferibilmente tra il 10% e il 30% in peso, rispetto al peso della zeolitite.

Inoltre, il rapporto in peso tra il legante e 1'adesivante è preferibilmente compreso tra 20:1 e 10:1; più preferibilmente è 12:1.

Gli esempi che seguono vengono forniti a scopo di illustrazione e non sono intesi a limitare in alcun modo la portata della presente invenzione.

Esempi

La zeolitite e la bentonite utilizzate negli esempi 1-3 per la realizzazione di fertilizzanti secondo l'invenzione sono allo stato di polveri aventi una granulazione inferiore a 75μ. In tutti gli esempi è stato usato un granulatore tipo Eirich R02 avente capacità 3/51.

Esempio 1

Materie prime:

- urea zootecnica (46% di azoto,· prodotta da OMV Agrolinz Melamin GmbH, Linz, Austria) avente la curva granulometrica riportata nella Tabella la; zeolitite a base di Analcime, Phillipsite e Chabasite (FILLISAN, ATZ, Comizi ano, Napoli, Italia), avente una concentrazione totale di zeolite pari al 65%, un contenuto di sodio dello 0,8% ed un contenuto di potassio del 6,5%;

- legante: bentonite calcica,·

- adesivante: soluzione acquosa formata per il 20% da melasso al 65%, per il 5% da lignosolfito e per il 75% da acqua.

Si carica il piatto del granulatore con 800 g di urea zootecnica e si aggiungono in 2 minuti 70 cc della soluzione adesivante sopra indicata.

Dopo 1 minuto di lavoro si aggiungono, progressivamente in 3 minuti, 1200 g di una miscela formata per l'80% dalla zeolitite sopra indicata e per il 20% da bentonite calcica.

Poi, in un tempo di 2 minuti, si aggiungono 50 g della soluzione adesivante e altri 800 g di miscela all'80% di zeolitite e 20% di bentonite calcica. Si lascia il tutto a <">lavorare per 4 minuti .

Tempo totale di lavoro: 12 minuti

Velocità del piatto: 42 RPM.

Velocità dell'agitatore: 900 RPM.

Dopo essiccazione con aria calda si è ottenuto un prodotto rivestito avente la curva granulometrica riportata nella Tabella lb sottostante .

Esempio 2

Materie prime:

- urea prilled (46% di azoto espresso come azoto ureico; prodotta da PETROKEMIJA TVORNICA GNOJINA, 44320 Croazia, importata in Italia da SNACI S.p.A., Rastignano di Pianoro, Bologna) avente la curva granulometrica riportata nella Tabella 2a,· zeolitite a base di Analcime, Phillipsite e Chabasite utilizzata nell'esempio 1;

- legante: bentonite calcica;

Tabella 2a

Diametro (mm) %

>2,0 0

Si carica il piatto del granulatore con 800 g di urea prilled e, in 1 minuto, si aggiungono 110 cc della soluzione adesivante.

Si lavora per 2 minuti, quindi si aggiungono, in un tempo di 4 minuti, 1200 g di polvere costituita dall'80% della zeolitite sopra indicata e dal 20% di bentonite calcica.

Si lascia il tutto a lavorare per altri 2 minuti, quindi si scarica e si porta all'essiccazione con aria calda.

Tempo totale di lavoro: 9 minuti.

Velocità del piatto: 42 RPM

Velocità dell'agitatore: 900 RPM.

Sul prodotto rivestito così ottenuto è stata eseguita la curva granulometrica che ha dato i risultati riportati nella Tabella 2bfsottostante.

D

Esempio 3

Materie prime:

- urea prilled utilizzata nell'esempio 2 avente la curva granulometrica riportata nella Tabella 2a;

- zeolitite a base di Clinoptilolite (CH ZEOLITE, TMP, South Adrian, Oregon, Stati Uniti d'America), con concentrazione totale di zeolite dell' 80%, contenuto di sodio dell'1%, contenuto di potassio del 4,2%;

- legante: bentonite calcica,·

adesivante: soluzione al 23% di resina polivinilica in acqua (Anisol).

Si carica il piatto del granulatore con 800 g di urea prilled e si aggiungono 70 cc della soluzione adesivante in 2 minuti, quindi si aggiungono in un tempo di 5 minuti 1400 g di polvere costituita per l'80% da zeolitite a base di Clinoptilolite e per il 20%~ da bentonite calcica.

Si lascia il tutto a lavorare per 3 minuti, quindi si scarica.

Tempo totale di lavoro: 10 minuti.

Velocità del piatto: 42 RPM

Velocità agitatore: 1200 RPM.

Il prodotto ottenuto è stato essiccato con aria calda e quindi è stata determinata la curva granulometrica (Tabella 3).

Esempio 4

Prove di fertilizzazione eseguite in laboratorio con i prodotti ottenuti negli esempi 1-3 hanno dimostrato che l'azoto fornito dall'urea rivestita di zeolite permane molto più a lungo rispetto a quello fornito dall'urea tal quale.

Le prove sono state effettuate concimando un'area di 2 mq. di terreno agrario di medio impasto profondo 30 cm con una coltivazione erbacea in atto (oietto) e disposta su un tavolo.

L'area è stata suddivisa in 4 settori uguali da 0,5 mq. cadauno. Ciascun settore è stato concimato con le stesse unità di azoto (200N/ha), ma derivanti rispettivamente da urea tal quale e da urea ottenuta secondo gli esempi 1 a 3.

Ognuno dei settori era inoltre congegnato in modo da poter recuperare separatamente i vari lisciviati .

La prova è durata 90 giorni. In questo lasso di tempo, ogni 8 giorni ciascuno dei 4 settori veniva irrorato con 2 litri di acqua di pozzo preanalizzata ed il lisciviato ottenuto veniva raccolto ed analizzato per la determinazione dell'azoto nitrico.

I risultati ottenuti sono riportati nel grafico di figura 1, in cui è riportata la percentuale di azoto nitrico sull'azoto totale disponibile in funzione dei giorni intercorsi dalla concimazione.

Questi risultati mostrano chiaramente che nel caso dell'urea rivestita l'azoto nitrico si forma molto più gradualmente di quanto non accada con l'urea tal quale, anche se una percentuale non trascurabile di azoto nitrico è presente nel lisciviato fin dai primi ~ giorni dalla concimazione .

Esempio 5

Per valutare l'efficacia della granulazione, oltre alla determinazione della curva granulometrica, che indica l'aumento del diametro del prodotto ottenuto in seguito alla formazione dello strato di rivestimento protettivo attorno alle particelle di urea, si determina su un campione medio di circa lOg una conta dei granuli non rivestiti, che deve essere inferiore al 5%.

La Tabella 4 sottostante riporta i risultati rispettivamente ottenuti con i prodotti degli esempi l, 2 e 3.

Inoltre è stato determinato analiticamente il contenuto di azoto totale, che deve rispecchiare i rapporti esistenti tra l'urea e i materiali di rivestimento impiegati nella granulazione.

La Tabella 5 sottostante riporta i risultati rispettivamente ottenuti con i prodotti degli esempi 1, 2 e 3.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Fertilizzante azotato a base di urea, caratterizzato dal fatto di comprendere particelle di urea e polvere di zeolite, in cui la polvere di zeolite forma uno strato di rivestimento protettivo attorno alle particelle di urea.
2. Fertilizzante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta zeolite è zeolite naturale.
3. Fertilizzante secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta zeolite naturale è scelta dal gruppo che consiste di Analcime, Chabasite, Clinoptilolite, Faujasite, Laumontite, Mordenite, Phillipsite e loro miscele.
4. Fertilizzante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detta zeolite ha un contenuto di sodio nell'intervallo di 1,5 a 2,5% ~in peso ed un contenuto di potassio nell'intervallo di 3,5 a 8,5% in peso.
5. Fertilizzante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni l a 4, caratterizzato dal fatto che detta zeolite è sotto forma di zeolitite avente un contenuto di zeolite nell'intervallo di 30 a 90% in peso.
6. Fertilizzante secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il rapporto in peso tra zeolitite ed urea è nell'intervallo di 6:1 a0,5:1.
7. Fertilizzante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto di essere ottenibile mediante granulazione di una miscela comprendente polvere di zeolite e particelle di urea, in presenza di un adesivante.
8 . Fertilizzante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 7, caratterizzato dal fatto che l'adesivante è una soluzione acquosa di melasso e lignosolfito .
9. Fertilizzante secondo la rivendicazione 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende inoltre argilla naturale come legante .
10.Fertilizzante secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta argilla naturale è bentonite calcica o potassica.