(57)【要約】【課題】肥料自身がもっているアルカリ成分により、肥料の溶出が阻害されてしまうという問題を解決するため、肥料成分の溶出を促進する溶出促進材、その製造方法、および、その施肥方法を提供する。【解決手段】アルカリ性肥料の溶出促進材であって、表面に開孔を有する多孔質体と、前記多孔質体に担持されたクエン酸と、を備える。また、アルカリ性肥料の溶出促進材の製造方法は、発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上から形成された表面に開孔を有する多孔質体を準備する工程と、前記多孔質体にクエン酸水溶液を浸み込ませる工程と、前記クエン酸水溶液を浸み込ませた多孔質体を乾燥させる工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ性肥料の溶出促進材であって、
表面に開孔を有する多孔質体と、
前記多孔質体に担持されたクエン酸と、を備えることを特徴とするアルカリ性肥料の溶出促進材。
【請求項２】
前記多孔質体は、吸水率が、５質量パーセント以上であることを特徴とする請求項１記載のアルカリ性肥料の溶出促進材。
【請求項３】
前記多孔質体が、発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上から形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアルカリ性肥料の溶出促進材。
【請求項４】
発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上から形成された表面に開孔を有する多孔質体を準備する工程と、
前記多孔質体にクエン酸水溶液を浸み込ませる工程と、
前記クエン酸水溶液を浸み込ませた多孔質体を乾燥させる工程と、を含むことを特徴とするアルカリ性肥料の溶出促進材の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の肥料の溶出促進材と、汚泥焼却灰を成分調整して焼成することで作製される肥料、けい灰石肥料、鉱さいけい酸質肥料、および、軽量気泡コンクリート粉末肥料のうち、少なくとも一種以上の肥料とを併用することを特徴とする施肥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ性の肥料の溶出促進材、その製造方法、および、施肥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、これまでに下水汚泥焼却灰、し尿汚泥焼却灰に、アルカリ土類金属元素および／またはアルカリ金属元素を添加し、高温で焼成すると、汚泥焼却灰に含まれていたリン酸およびけい酸の溶出性が向上した肥料に作り変えることができることを提案してきた（特許文献１〜４）。しかしながら、この焼成改質により得られた肥料を用いて、実際に栽培試験を行ったところ、栽培期間の初期の溶出が停滞し、作物に有効に吸収され難いという問題があった。これは、肥料に含まれるアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の成分が水と接すると、イオン化して溶出し、肥料の周囲がアルカリ性となり、以降の肥料の溶出が阻害されるためである。
【０００３】
溶出促進材は、焼成法や溶融法などの加熱処理によって作製される肥料の溶出を補助するための材料であって、特に水と接することでＣａ２＋イオンの放出によって、高アルカリ性となり、肥料の溶出が阻害されるようなアルカリ性肥料に対して有効に用いることができる。
【０００４】
類似の技術として、過去にも様々な技術が提案されている。例えば、塩基置換容量が２０ｍｅ／１００ｇ以上の土壌に酸性物質を含浸させてｐＨ３．０〜４．５に調整してなる粒状土であることを特徴とする土壌ｐＨ調整用粒状酸性土を得る技術が開示されている（特許文献５）。
【０００５】
また、焼酎蒸留粕と生コンクリートスラッジとを混合して、該混合物をほぼ中性となし、該混合物中の上記蒸留粕を植物の肥料成分とすることを特徴とする土壌改良材を得る技術が開示されている（特許文献６）。また、風化造礁サンゴ粒と土壌有用微生物と有機物質とを含有していることを特徴とする機能性土壌改良材が開示されている（特許文献７）。
【０００６】
さらに、酸またはアルカリ処理をしていない腐植酸を含む資材の粉末と、植物の生育に必要な栄養元素を含む、有機農業で使用できる肥料または土壌改良材の粉末と、天然物から製造されたバインダーとを含み、前記バインダーが前記腐植酸を含む資材の粉末と前有機農業で使用できる肥料または土壌改良材の粉末とを結合し、略粒状となっていることを特徴とする有機農業用資材が提案されている（特許文献８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−０３２２６９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１４１９０号公報
【特許文献３】特開２０１４−１２２１３２号公報
【特許文献４】特開２０１５−１５１２９２号公報
【特許文献５】特開昭５８−１６２６９０号公報
【特許文献６】特開２００３−３４２５７０号公報
【特許文献７】特開２００３−３４２５７１号公報
【特許文献８】特開２００４−２６９２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献５に記載される技術は、作物の耕作に用いる土壌全体を改質するため、作物の根が伸長しない土壌に対しても酸性物質を含有させなければならず、余分な量の酸性物質が必要になるという無駄が生じる。また、特許文献６の技術は、有機質肥料成分を含有する酸性の焼酎蒸留粕を生コンクリートスラッジのアルカリで中和する点が、本発明と類似するが、肥料の主成分である無機質のリン酸およびケイ酸の溶出を促すことを主眼とした本発明の目的とは異なるものである。
【０００９】
また、特許文献７の構成では、５ｍｍ全通のサンゴ骨材の場合であっても、その吸水率は３．４％程度しかなく、酸供与材を担持させる多孔質体としては不十分である。さらに、特許文献８に記載のように、バインダーを用いて造粒する工程が必要となるため手間がかかる。
【００１０】
また、いずれの技術も、土壌自体の改良を目的としており、特定の肥料を効率よく使用するための補助材としての観点を持つ技術ではない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、肥料自身がもっているアルカリ成分により、肥料の溶出が阻害されてしまうという問題を解決するため、肥料成分の溶出を促進する溶出促進材、その製造方法、および、その施肥方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記の目的を達成するため、本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材は、アルカリ性肥料の溶出促進材であって、表面に開孔を有する多孔質体と、前記多孔質体に担持されたクエン酸と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
これにより、肥料が水と接することでアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属イオンを肥料の周囲に放出し、該アルカリ水が肥料を包むことによる溶出阻害を防ぐことができる。
【００１４】
（２）また、本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材において、前記多孔質体は、吸水率が、５質量パーセント以上であることを特徴としている。これにより、十分な量のクエン酸を担持させることができる。
【００１５】
（３）また、本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材は、前記多孔質体が、発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上から形成されていることを特徴としている。このような材料で多孔質体が形成されていると、多孔質体は三次元にランダムに連通し外気と接する細孔を多数有している構成となり、担持されているクエン酸を緩やかに土壌に供給することができる。
【００１６】
（４）また、本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材の製造方法は、発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上から形成された表面に開孔を有する多孔質体を準備する工程と、前記多孔質体にクエン酸水溶液を浸み込ませる工程と、前記クエン酸水溶液を浸み込ませた多孔質体を乾燥させる工程と、を含むことを特徴としている。これにより、容易にアルカリ性肥料の溶出促進材を製造できる。
【００１７】
（５）また、本発明の施肥方法は、上記（３）記載の肥料の溶出促進材と、汚泥焼却灰を成分調整して焼成することで作製される肥料、けい灰石肥料、鉱さいけい酸質肥料、および、軽量気泡コンクリート粉末肥料のうち、少なくとも一種以上の肥料とを併用することを特徴としている。これにより、これらの肥料が水と接することでアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属イオンを肥料の周囲に放出し、該アルカリ水が肥料を包むことによる、溶出阻害を防ぐことができ、これらの肥料のケイ酸の溶出を促すことができる。また、汚泥焼却灰を成分調整して焼成することで作製される肥料の場合、この肥料を構成する鉱物のうちのシリコカーノタイトは、ケイ酸と同時にリン酸を含むため、リン酸の溶出を促すことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、肥料が水と接することでアルカリ金属および／またはアルカリ金属土類イオンを肥料の周囲に放出し、該アルカリ水が肥料を包むことによる、以降の溶出阻害を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態の溶出促進材に使用される多孔質体の模式的な断面図である。
【図２】本実施形態の溶出促進材の模式的な断面図である。
【図３】実施例に用いた下水汚泥焼却灰の化学組成を示す表である。
【図４】焼成により得られた肥料の化学組成を示す表である。
【図５】焼成により得られた肥料の特性を示す表である。
【図６】実施例および比較例の肥料の溶出濃度を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
［アルカリ性肥料の溶出促進材の構成］
本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材は、表面に開孔を有する多孔質体と、前記多孔質体に担持されたクエン酸とを備える。多孔質体は、表面から内部まで連通した多数の細孔を有している。そして、アルカリ性肥料の溶出促進材は、その細孔にクエン酸が担持されている。なお、アルカリ性肥料とは、肥料が水と接することで、肥料自身がもっているアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属イオンを肥料の周囲に放出する肥料をいう。
【００２２】
クエン酸が担持された溶出促進材と肥料とが作物栽培土壌に施肥され、土壌に浸透した降雨と接するとき、溶出促進材の表面開孔部からクエン酸水溶液が染み出て、土壌の間隙に拡散する。溶出促進材の連通細孔は、降水の浸透と、クエン酸水溶液が外部へ拡散するための流路として機能する。したがって、反応効率の点から、溶出促進材の連通細孔は、溶出促進材中に三次元にランダムに分布する構成が好ましく、連通細孔は溶出促進材の表面が開孔していることが好ましい。
【００２３】
図１（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、本実施形態のアルカリ性肥料の溶出促進材に使用される多孔質体の模式的な断面図である。多孔質体１２は、図１（ａ）のように中空の粒子の殻の一部に開孔があるものや、（ｂ）のように中空の粒子の殻に水および水に溶解したクエン酸などの物質が通ることのできるサイズの細孔が入ったもの、（ｃ）のようにソリッドな粒子の表面から内部に至るひび割れや貫通孔が入ったものなど様々なものが考えられる。また、（ｄ）や（ｅ）のように上記（ａ）から（ｃ）の粒子やソリッドな微粒子が複数結合して微粒子同士に間隙があるものであってもよい。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、本実施形態のアルカリ性肥料の溶出促進材の模式的な断面図である。溶出促進材１０は、図２に示すように、例えば、図１（ａ）〜（ｅ）に示した多孔質体１２の細孔および表面にクエン酸１４を担持している。なお、図２ではクエン酸１４は、多孔質体１２の細孔、連通孔のある中空の殻の内部、粒子同士の間隙のすべてに担持されているが、これらのうちの一部のみに担持されていてもよい。また、多孔質体１２の表面には担持されていなくてもよい。なお、図１（ａ）〜（ｅ）および図２（ａ）〜（ｅ）は、例示であり、このほかにも様々な形状の粒子が本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材に使用される多孔質体およびアルカリ性肥料の溶出促進材として使用できる。
【００２５】
溶出促進材１０は、平均粒子径が０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、１〜７ｍｍであることがより好ましく、２〜５ｍｍであることがさらに好ましい。溶出促進材の平均粒子径が０．５ｍｍ未満の場合、粉砕分級コストが大きくなり経済的でないとともに、クエン酸を担持させるときのクエン酸水溶液を細孔へ浸透させることが困難になる。また、溶出促進材の平均粒子径が１０ｍｍを超えると、土壌への施用後に溶出促進材の内部の奥深くに担持されたクエン酸の全てが消費しつくされるまで時間がかかりすぎて無駄が生じる場合がある。
【００２６】
なお、例えば、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように個々の粒子が多孔質体として機能する場合、個々の粒子の粒子径の平均値を溶出促進材１０の平均粒子径とする。また、図１（ｄ）、（ｅ）のように主に微粒子同士の間隙があることで多孔質体として機能する場合、全体として１つの粒子とみなして、その粒子の粒子径の平均値を溶出促進材１０の平均粒子径とする。平均粒子径は、ＪＩＳ  Ｚ  ８８０１に規定される複数個のふるいを用いてふるい分け、それぞれのふるい上に残った多孔質体粒子の質量を計測し質量累積曲線を作図して、累積質量が５０％となる粒径範囲の上下のふるいの目開きの中間値で定義することによって測定することができる。
【００２７】
多孔質体は、その吸水率が５質量パーセント以上であることが好ましい。これにより、十分な量のクエン酸を担持させることができる。なお、吸水率は、多孔質体の乾燥重量およびこれを常温の水中に２４時間浸漬した後の質量とから算出される、いわゆる２４時間水中吸水試験法により測定することができる。
【００２８】
多孔質体１２は、水銀圧入法による細孔分布測定における細孔径が０．３μｍ以上５００μｍ以下の大きさであることが好ましい。細孔径が０．３μｍ未満の細孔には、クエン酸水溶液が入りづらくまた出づらくなるため、クエン酸を担持させ土壌に供給することへの寄与が小さい。また、細孔径が５００μｍを超える細孔に担持されたクエン酸は、担持後の乾燥操作の際に脱落、分離してしまう懸念がある。
【００２９】
多孔質体は、発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上から形成されていることが好ましい。このような材料で多孔質体が形成されていると、多孔質体は三次元にランダムに連通し外気と接する細孔を多数有している構成となり、担持されているクエン酸を緩やかに土壌に供給することができる。但し、軽量気泡コンクリートの破砕物および、高温で炭化された木竹質炭化物は、水と接したときに自身がアルカリ性を呈するので、その分を考慮して過剰にクエン酸を担持させる必要がある。
【００３０】
発泡パーライトは、真珠岩や黒曜石を目的の粒度に破砕したものを、１０００℃程度の温度で焼成することで、発泡軽量化させたものが好ましく、特に真珠岩から作製されたものが、表面に連通した気孔を形成するため好ましい。真珠岩を発泡させることで得られる発泡パーライトの細孔径は１０〜２５μｍで、吸水率は５７〜９３質量％である。
【００３１】
火山シラスは、九州南部一帯に厚い地層として分布する細粒の軽石や火山灰である。主成分はケイ酸や酸化アルミニウムなどからなる火山ガラスであり、これを１０００℃で急速加熱すると粒子内部の水分が水蒸気化して発泡、膨張する。発泡させた火山シラスの細孔径は０．５〜３０μｍで、吸水率は１５〜３２質量％である。
【００３２】
軽量気泡コンクリートは、珪石、セメント、生石灰およびアルミニウムから成る混合原料を、１８０℃、１０気圧、８時間等の条件によるオートクレーブ養生により製造されるが、その製造工程において製品の大きさに切断したときなどに端材が発生する。その端材を砕いたものが軽量気泡コンクリートの破砕物であるが、細孔径は０．０１〜５００μｍで、吸水率は３０〜３５質量％である。
【００３３】
焼成人工軽量骨材は、天然に産出する膨張頁岩を１１００℃程度で焼成するもの、粘土や頁岩の粉末を造粒して８００℃程度の加熱で素焼き状としたもの、あるいは各種のアルミノケイ酸塩原料、例えば石炭灰に発泡材を加えて、造粒・焼成するものなどがある。発泡構造は、原料組成や焼成温度などで異なるが、一般的な焼成人工軽量骨材の細孔径は０．１〜１００μｍで、吸水率は５〜１５質量％である。
【００３４】
木竹質炭化物は、樹木や竹を低酸素条件で蒸し焼きすることで作製される。ひのき、くぬぎ、竹から作製された木竹質炭化物の細孔径は０．００５〜５μｍで、吸水率は８〜１７質量％である。
【００３５】
上記の材料は、いずれも高い吸水率または保水率を有するため、クエン酸の担持体としての多孔質体１２として好適に用いることができる。
【００３６】
クエン酸１４は、無水クエン酸、クエン酸一水和物、クエン酸ナトリウムなどを使用できる。また、クエン酸の代わりにフミン酸やフルボ酸などの植物由来の有機酸を使用してもよい。
【００３７】
［溶出促進材の製造方法］
次に、上記のように構成される溶出促進材の製造方法の一例を説明する。まず、発泡パーライト、発泡火山シラス、軽量気泡コンクリートの破砕物、珪藻土、焼成人工軽量骨材、木竹質炭化物のうち、少なくとも一種以上を含む多孔質体を、あらかじめ十分に乾燥し、細孔内に保持されていた水分を取り除いておく。平均粒子径が目的とする値より大きい場合は、乾燥の前または後に粉砕し分級する。
【００３８】
また、多孔質体とは別に、クエン酸一水和物を水に溶解させて、クエン酸水溶液を作製する。クエン酸水溶液の濃度は、１０質量％以上３５質量％以下であることが好ましい。濃度が１０質量％より小さいと、担持させた後の多孔質体の乾燥に要するエネルギーが多大となる。また、３５質量％より大きいと、クエン酸水溶液の粘性が高くなりすぎて多孔質体の細孔に浸み込まなくなる場合がある。
【００３９】
次に、多孔質体の吸水率に応じた量のクエン酸水溶液に多孔質体を浸漬する。真空引きすることにより、多孔質体の細孔の深部までクエン酸水溶液を含浸させることが好ましい。また、加圧して含侵させてもよい。
【００４０】
次に、クエン酸水溶液を含浸させた多孔質体を乾燥し、水分を除去して、細孔内および表面にクエン酸一水和物を結晶析出させる。
【００４１】
このような方法で、溶出促進材を容易に、安価に、大量に製造することができる。クエン酸を担持させた溶出促進材は、汚泥焼却灰を成分調整して焼成することで作製される肥料、けい灰石肥料、鉱さいけい酸質肥料、軽量気泡コンクリート粉末肥料と併用すると、これらの肥料の機能が最大限に発揮される。
【００４２】
［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
（溶出促進材の作製）
まず、実施例の溶出促進材の作製方法について説明する。関東化学社製試薬特級クエン酸一水和物４００ｇを水１リットルに添加し、１時間撹拌することで、クエン酸水溶液を作製した。上記クエン酸水溶液に、真珠岩の加熱、発泡により作製された太平洋パーライト（株）社製品名がＰ−２（粒度２．５ｍｍ以下、吸水率６８質量％、標準容重０．１５ｋｇ／Ｌ）の発泡パーライト１．５ｋｇを加え、真空ポンプにより脱気して、発泡パーライトの細孔にクエン酸水溶液を含浸させた。続いて、恒温乾燥器により水分を蒸発除去して、溶出促進材を得た。
【００４４】
（肥料の作製）
次に、実施例の溶出促進材の溶出実験に使用した肥料について説明する。実施例で用いた下水汚泥焼却灰化学組成は図３に示すようなものであった。成分を調整するため、上記の下水汚泥焼却灰、高炉水砕スラグ粉末、および炭酸カルシウム粉末を用いて混合して混合原料を調製した。次に、該混合原料を用いて、一軸加圧成形機により成形し、直径４０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状の原料を作製した。さらに、該円柱状の原料を、電気炉内に載置した後、昇温速度２０℃／分で１３００℃まで昇温し、該温度の下で１０分間焼成して焼成物を得た。さらに、該焼成物を、鉄製乳鉢を用いて目開き６００μｍのふるいを全通するまで粉砕して、図４に示す化学組成を有する粉末状のりん酸けい酸質肥料を作製した。この肥料を構成する鉱物は、リン酸カルシウムシリケートのシリコカーノタイトおよびカルシウムアルミノシリケートのゲーレナイトであった。
【００４５】
焼成により得られた肥料の特性を図５に示す。下水汚泥焼却灰を原料の一部に用いて作製した肥料のく溶性りん酸および可溶性けい酸はそれぞれ１１．３２％および２０．８３％であり、りん酸く溶率は９５％、けい酸可溶率は１００％であった。肥料の特性は、肥料等試験法にしたがい、く溶性リん酸の測定はバナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法、可溶性けい酸はフッ化カリウム法で行った。
【００４６】
（溶出試験）
実施例の溶出促進材の肥料成分の溶出試験は以下のように行った。内容積が２リットルの三角フラスコに、水１リットル、汚泥灰焼成肥料６．６７ｇおよび溶出促進材１２ｇを入れ、ゴム栓をして、実験室内３０日間浸漬した。３０日経過後の水のＰ２Ｏ５およびＳｉＯ２濃度を測定したところ、それぞれ２４３ｍｇ／Ｌおよび３６８ｍｇ／Ｌであった。
【００４７】
比較のために溶出促進材を用いない場合の溶出試験も、上記の実施例と同様の方法で実施した。内容積が２リットルの三角フラスコに、水１リットル、汚泥灰焼成肥料６．６７ｇを入れ、ゴム栓をして、実験室内３０日間浸漬した。３０日経過後の水のＰ２Ｏ５およびＳｉＯ２濃度を測定したところ、それぞれ１３ｍｇ／Ｌおよび２０ｍｇ／Ｌであった。図６は、実施例および比較例の溶出試験の結果を示す表である。図６に示されるように、溶出促進材は、アルカリ性肥料の成分の溶出を促進することがわかった。
【００４８】
以上の考察により、本発明のアルカリ性肥料の溶出促進材は、従来肥料自身がもっているアルカリ成分による溶出阻害の問題が解決できることがわかった。また、本発明の製造方法により、容易にアルカリ性肥料の溶出促進材を製造できることがわかった。
【００４９】
本発明の実施形態および実施例を説明したが、具体的な構成はこの実施形態および実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜の変更・改良を行ってもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１０  アルカリ性肥料の溶出促進材
１２  多孔質体
１４  クエン酸
【図１】
2020180016.tif 000003
【図２】
2020180016.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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