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专利名称:含硅的农业混合物及形成该农业混合物的方法
技术领域:
本申请涉及农业混合物及形成农业混合物的方法。更加具体的,本申请涉及含硅的农业混合物。
背景技术:
公知一些具体的矿物质用于农业中促进生长。例如,肥料或其它的添加剂可以包括一些硅的化合物,如硅酸钙、硅酸镁、硅酸钾和硅酸钠。肥料和其它的添加剂可以将这些矿物质、化合物或矿物质和化合物的组合输送到植物或土壤。矿物质或化合物、矿物质或化合物的晶体结构、矿物质或化合物的组合的输送方法影响肥料和其它添加剂的效果,例如,影响溶解度。可溶性化合物能穿过土壤、植物,和/或植物部分(如细胞壁),效果比不溶性化合物要好。肥料或其它添加剂中的矿物质或化合物可以几种方式生产。例如,肥料或其它添加剂中的矿物质或化合物可以是天然的(如开采的)或合成的(例如,工业中的副产品)。通过降低废物而对副产品的利用是环境友好的,同时可以通过废物创造经济价值。其中的一个副产品是炉渣。炉渣通常认为是废物。不过,大部分炉渣可以用于路面、屋顶或胶结物质。炉渣的来源影响炉渣的组分,从而影响炉渣的最终用途。例如,高炉炉渣公知用于路面和胶结物质;不过,由于其组分的原因,以前认为其不适合农业产品。不锈钢渣
(%是不锈钢渣的特征)由于其组分,已经用于路面、胶结物质和农业产品。不过,不锈钢渣的用途有限。此外,或可选择的,由炉渣源生产农业混合物,特别是颗粒状的农业混合物,涉及的困难包括混合时的分散、颗粒强度,以及它们的组合。应用该些农业混合物也是困难的。不同来源的硅,如不同组分的炉渣,具有不同的结构。此外,硅的结构根据处理参数也有不同,例如,炉渣的冷却速度,和/或根据物理参数也有不同,例如,化合物的颗粒大小。这些不同的结构影响含硅化合物的溶解度。溶解度影响硅被植物处理的能力,和/或分离重金属的能力。因此,不能确定硅是否包含在可溶性化合物中的硅的信息会误导或不能正确确定包括硅的影响。此外,缺少这些信息会妨碍正确确定可溶性化合物中优选的硅的最小范围。现实需要农业混合物和由炉渣形成农业混合物的方法,其中炉渣选自除不锈钢渣以外的炉渣,和/或包括可溶性化合物。
发明内容
在示例性实施例中,农业混合物包括炉渣副产品,该炉渣副产品包括含硅的可溶性化合物和粘接剂系统。农业混合物中的炉渣副产品来自除不锈钢渣之外的炉渣工艺。在另一实施例中,农业混合物包括可溶性混合物,不溶性化合物,以及粘接剂系统。农业混合物中包括大于10原子%的硅的可溶性化合物。农业混合物中包括总硅约少于
30原子%的娃,或约大于39原子%的娃。在另一实施例中,形成农业混合物的方法包括生产炉渣、从炉渣中生产炉渣副产品,炉渣副产品中含有含硅的可溶性化合物,混合炉渣副产品和液体粘接剂系统,形成农业混合物。炉渣不是不锈钢炉渣。本发明的其它特征和优点将通过下述优选实施例和附图进行详细说明。
图I显示的是根据本发明的示例性工业方法的流程图。
除非特别说明,使用相同的数字代码代表相同的部分。
具体实施例方式以下公开了一种农业混合物及形成农业混合物的方法。该农业混合物可以或部分为、或为前体,或可以含有肥料、矿物质土壤改善剂(例如,硅酸钙和硅酸镁)、土壤调节剂(用于水和压力管理、植物活性的增强剂、土壤中水和空气流动的改善、营养保持能力,或它们的组合),浸灰剂(如硅酸钙和硅酸镁),改善土壤PH的调节剂、降低金属毒性的添加剂,或它们任何合适的组合。本发明公开的实施例包括环境友好的利用一个或多个工业过程中的废物或蒸汽副产品,其有能力将硅酸钙和/或硅酸镁保持在农业物质中更长的时间,能增加土壤的PH值,能降低金属毒性(例如,Al、Mn或重金属),改善离子交换能力,提高农作物的耐受性(例如通过增加细胞壁强度抵抗干旱、严寒、疾病和/或害虫的能力和/或避免疾病/病原体的攻击,改善植物的生产能力
(例如,通过增加的叶绿素和/或糖类来增加光合作用的比率和数量),减少倒伏(例如,用根部、嫩枝和/或叶子中增加的硅来增加结构完整性),降低或消除利用率(例如,通过侧向位移和垂直位移),改善处理效率(例如,25%),改善流动性(例如,15%),改善可储存性(例如,30%),提供增加的可溶性硅(例如,约大于10磅/吨),以及改善上述的组合。如图I所示,根据所示的工艺100,在一实施例中,从工业过程或高炉中产生的炉渣104是炉渣生产工艺106中产生的,其用于形成农业混合物102,例如,粉末、颗粒和/或成团的固体。炉渣生产工艺106是一个单一的工艺,或者是通过物料运输联系的工艺的组合。在炉渣生产工艺106形成炉渣104后,该炉渣104通过合适的分离工艺108进行处理,形成一个或多个炉渣副产品110,包括农业混合物102。在一实施例中,一个或多个炉渣副产品110是由多于I个的来源组成的物流,和/或一个或多个炉渣副产品110的组合物通过增加或降低一个或多个来源的浓度进行调整。在一实施例中,一个或多个炉渣副产品110来自不同地理或地质区域的炉渣104,和/或来自不同时期生成的来源。在实施例中,炉渣生产工艺106有多个炉渣副产品110,其中的一个炉渣副产品110是用于农业混合物102的含有硅的副产品111;另一个炉渣副产品110为用于不同目的的分离的炉渣副产品112,如用于铺路的碎石、屋顶、胶结材料、回填土、酸性矿排水
(AMD)补救、污泥稳定化,以及它们的组合。由含有硅的副产品111形成的农业混合物102包括一个或多个化合物中的硅。农业混合物102中的硅是在可溶化合物中的,或者是在可溶化合物和不溶化合物的组合中的。在一些实施例中,农业混合物102中总的硅约少于30原子%,或约大于39原子%。在一些实施例中,约少于25原子%,约少于15原子%,约在5原子%至25原子%之间,约在15原子%至25原子%之间,约在20原子%至25原子%之间,约在I原子%至5原子%之间,或任何合适的组合或它们的变形。可选择的,在另一些实施例中,农业混合物102中总的硅约在40原子%至53原子%之间,约在45原子%至50原子%之间,约在50原子%至53原子%之间,约大于45原子%,约大于50原子%,或任何合适的组合或它们的变形。此外或可选择的,在一些实施例中,农业混合物102中可溶性化合物的硅或高于预设的量。例如,在一实施例中,农业混合物中可溶性化合物的硅约在10原子%至20原子%之间,约在10原子%至15原子%之间,约在15原子%至20原子%之间,约在12原子%至15原子%之间,约在10原子%至12原子%之间,约大于10原子%,约大于12原子%,约大于15原子%,约大于20原子%,或任何合适的组合或它们的变形。农业混合物102中可溶性化合物是任何合适的含有硅且能溶于溶液中的组分。例如,在一些实施例中,可溶性化合物包括单硅酸、多硅酸、有机硅、硅酸钙、链硅酸钙,或其它能溶于溶液的合适的硅。在一实施例中,可溶性化合物是任何合适的、溶解度大于或至少等于硅酸钙的可溶形式。在一实施例中,可溶性化合物可以是任何能穿透植物细胞壁的合适的化合物,或者由于可溶性化合物溶解能力到达植物的化合物。与之对比,在一些实施例中,不溶性化合物是硅酸
(silicacid,石英溶液)、不定型二氧化硅、硅酸镁、粗的或结晶的硅酸盐,或其它不能溶于溶液的合适的硅的形式。在一实施例中,不溶性化合物是任何合适的、溶解度小于或最多等于硅酸镁的可溶形式。在一实施例中,不溶性化合物可以是不能穿透植物细胞壁的合适的化合物,或者由于不溶性化合物的不溶性不能到达植物的化合物。农业混合物102的应用将土壤形成被处理的土壤。在该实施例中,农业混合物102增加了被处理土壤中植物的生长率。农业混合物102以任何合适的技术用于土壤,形成被处理的土壤,并被植物吸收(例如,在一实施例中,植物中硅的浓度基本等于被处理土壤中可溶性化合物中硅的浓度)。在一实施例中,农业混合物102通过撒布机应用。在一实施例中,农业混合物102联合应用,例如,在掩埋畦沟之前,将农业混合物102和种子一起放到土壤的畦沟中。在该实施例中,植物以出乎意料的速度生长,快于没有联合使用农业混合物102的植物的生长。在一实施例中,从农业混合物102的应用到土壤,硅的量和/
或可溶性化合物的量在被处理土壤中是确定的。此处使用的术语“土壤”指的是任何能够保持植物生长的介质,或者能够调整成保持植物生长的介质。例如,土壤包括但不限于泥土、岩屑、粘土、岩石、碎石、水泥、泥、腐叶土、沙、较少混合的土壤,其它任何合适的介质,或它们的组合。决定因素是总的硅,可溶性化合物中的硅,和/或不溶化合物的硅。在一实施例中,测定可溶性化合物中的硅,用提取剂对可溶性化合物中的硅进行定量。在一实施例中,提取硅和测定可溶性化合物中的硅的量的提取剂为或包括Na2CO3+NH4NO30在一实施例中,提取是这样进行的干燥农业混合物102样品,然后称取预设量的农业混合物102,,然后,在以预设的速率(如60rpm/小时)搅拌/混合之前,将提取剂以预设的量加入到样品中,如50ml的Na2CO3为10g/L和/或50ml的NH4NO3为16g/L,形成提取溶液。在该实施例中,提取进行约5天,然后进行比色分析,例如,将硅和钥酸铵偶联,以及将磷和抗坏血酸偶联。在一实施例中,可溶性化合物中硅的量的测定所花的时间少于5天。在进一步的实施例中,时间少于I天,约少于12小时,约少于10小时,约少于8小时,约少于6小时,约少于5小时,约少于4小时,约少于I小时,约为I天,约为12小时,约为10小时,约为8小时,约为6小时,约为5小时,约为4小时,或任何它们合适的组合或变形。在一实施例中,浴,如预设水浴温度,如约为
70°C100°C,约为80°C100°C,约为90°C100°C,约为70°C90°C,约为80°C90°C,约为70°C,约为75°C,约为80°C,约为85°C,约为90°C,约为95°C,约为100°C,或任何它们合适的组合或变形。在一实施例中,通过蒸发,预设的温度选择用于最高的提取,以及提取剂最少的损失。在一实施例中,包括农业混合物102和提取剂的提取溶液置于浴中一定的时间,如至少30分钟,至少I小时,至少2小时,至少3小时,至少4小时,至少6小时,至少8小时,约为30分钟,约为I小时,约为2小时,约为3小时,约为4小时,约为6小时,约为8小时,或任何它们合适的组合或变形。在一实施例中,预设的持续时间要和提取和/或避免减少溶解度相匹配。在一实施例中,预设的蒸馏水的量加入到提取溶液中,以降低或消除硅的沉淀。例如,在一实施例中,约18ml的蒸馏水加入到约IOOml的提取溶液中。在一实施例中,提取溶液从浴中移开,并静置一定的时间,如至少I小时,至少2小时,至少3小时,至少5小时,至少12小时,至少15小时,至少16小时,约为I小时,约为2小时,约为3小时,约为5小时,约为12小时,约为15小时,约为16小时。在一实施例中,预设的静置时间是使得样品完全冷却下来的最短时间。在一实施例中,测定结果表明将农业混合物102用于土壤增加了土壤中来自可溶性化合物的硅,增加了土壤中一种或多种植物里来自可溶性化合物的硅,或它们的组合。在一实施例中,来自被处理土壤中可溶性化合物的硅的量约为硅的总量的
4%-19%,和/或来自可溶性化合物的硅的浓度至少是预设的量,例如,约大于15份/百万,约大于20份/百万,约大于30份/百万,约大于40份/百万,约大于50份/百万,约大于60份/百万,约大于70份/百万,约大于80份/百万,约大于90份/百万,约大于100份/百万,约增加15份/百万,约增加20份/百万,约增加30份/百万,约增加40份/百万,约增加50份/百万,约增加60份/百万,约增加70份/百万,约增加80份/百万,约增加90份/百万,约增加100份/百万,或任何它们合适的组合或变形。在一实施例中,可溶性化合物中硅的增加的量和植物生长的种类相对应,例如,大米或甘蔗的增加约大于20份/百万,小麦的增加约大于90份/百万。在一实施例中,农业混合物102向土壤、植物或植物的一部分(如通过细胞壁或进入细胞壁)提供的硅管理部门是可以测定的。在一实施例中,农业混合物102提供的硅可以通过美国植物食品控制委员会和/或化学分析委员会承认的分析技术进行测定。在一实施例中,将农业混合物102用于分离土壤中的一种或多种重金属,如无毒的金属(如,铁、钴、镍、铜、锰、钥和锌),有毒金属(例如,钒、钨、***、铬和镉),以及任何具有具体质量的其它金属,或它们的组合或变形。重金属通过形成含有农业混合物102和重金属的、基本为惰性的颗粒进行分离。例如,农业混合物