(57)【要約】【目的】  本発明は、人工ミネラル供給材および人工ミネラル供給方法に関するもので、生物に有益なＦｅ２＋を効率よく溶出させて、動植物の生育の促進を図る人工ミネラル供給材に関するものである。【構成】  本発明は、鉄や鉄を含有するミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物のｐＨを８．０以下に調整し、２価鉄イオンの溶出を促進させることを特徴とする構成である。  また、人工ミネラル供給材中に、鉄よりも標準電極電位が高い物質が含まれることを特徴とする構成である。  さらにまた、人工ミネラル供給材中に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、０．４Ｖ以上２４Ｖ以下の電圧を付与することを特徴とする構成である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄および鉄を含有するミネラル含有物質の少なくとも一方とイオン交換物質の混合物のｐＨを８．０以下に調整し、２価鉄イオンの溶出を促進させることを特徴とする人工ミネラル供給材。
【請求項２】
請求項１に記載の人工ミネラル供給材中に、鉄よりも標準電極電位が高い物質が含まれることを特徴とする人工ミネラル供給方法。
【請求項３】
請求項１に記載の人工ミネラル供給材中に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、０．４Ｖ以上２４Ｖ以下の電圧を付与することを特徴とする人工ミネラル供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生物に有益な２価鉄イオン（以下「Ｆｅ２＋」と称する。）を溶出するミネラル供給材および人工ミネラル供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動植物にとって鉄は必須微量金属元素のひとつであり、光合成系や呼吸系における電子伝達、クロロフィルの生合成、硝酸及び亜硝酸の還元などに深く関与している。従来から、Ｆｅ２＋が酸化されにくい状態で安定的に植物へ供給する方法として、腐植酸等による錯体化に関する技術が公開されている（特許文献１から４）。しかし、その配合に関しての記述があるものの、Ｆｅ２＋の溶出方法に関して明確な技術は開示されていない。
【０００３】
一方、Ｆｅ２＋の溶出促進方法として、鉄との電位差を利用した黒鉛を配合する技術が開示されている（特許文献５から７）。しかし、配合に関する記述のみであり、その詳細な方法については言及されていない。
【０００４】
また、ｐＨ調整によるＦｅ２＋の溶出コントロールについて技術が開示されている（特許文献８）。しかし、その具体的な制御方法については言及されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０４３６２号公報
【特許文献２】特許第４４８９０４３号公報
【特許文献３】特許第３８２９１４０号公報
【特許文献４】特許第４７２９１２０号公報
【特許文献５】特開２０１１−１３９６７５号公報
【特許文献６】特開２０１１−０５０９３４号公報
【特許文献７】特開２０１１−０２４４４３号公報
【特許文献８】特開２０１０−１１０２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は生物に有益なＦｅ２＋を効率よく溶出するミネラル供給材に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った結果、鉄および鉄を含有するミネラル含有物質の少なくとも一方とイオン交換物質の混合物のｐＨを８．０以下に調整することで、Ｆｅ２＋の溶出が促進することを見出した。
【０００８】
本発明の第１は、鉄および鉄を含有するミネラル含有物質の少なくとも一方とイオン交換物質の混合物のｐＨが８．０以下となるように調整する人工ミネラル供給材であることを特徴とし、Ｆｅ２＋の溶出が促進され、溶出したＦｅ２＋は、イオン交換物質によって溶存態として保持され、動植物へ供給される。
【０００９】
本発明の第２は、第１の発明にかかる人工ミネラル供給材において、鉄よりも標準電極電位が高い物質を添加する人工ミネラル供給方法を特徴とする。
【００１０】
本発明の第３は、第１の発明にかかる人工ミネラル供給材において、人工ミネラル供給材の中に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、０．４Ｖ以上２４Ｖ以下の電圧を付与することで、Ｆｅ２＋の溶出が促進され、溶出したＦｅ２＋は、イオン交換物質によって溶存態として保持され、動植物へ供給される人工ミネラル供給方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上記の構成であるから、Ｆｅ２＋の溶出を促進して、溶出したＦｅ２＋を溶存態として保持できることから、動植物へ効率よく供給することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の第１は、人工ミネラル供給材において、鉄や鉄を含有するミネラル含有物質とイオン交換物質の混合物のｐＨを８．０以下に調整し、Ｆｅ２＋の溶出を促進させることを特徴とする。さらに、イオン交換物質が存在することで溶出・抽出したＦｅ２＋を溶存態として保持でき、動植物へＦｅ２＋を効率良く供給させることが可能である。
【００１３】
本発明の第２は、第１の発明にかかる人工ミネラル供給材において、鉄よりも標準電極電位が高い物質を添加し、Ｆｅ２＋の溶出を促進させる人工ミネラル供給方法であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３は、第１の発明にかかる人工ミネラル供給材において、人工ミネラル供給材の中に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、０．４Ｖ以上２４Ｖ以下の電圧を付与することで、Ｆｅ２＋の溶出が促進され、溶出したＦｅ２＋は、イオン交換物質によって溶存態として保持され、動植物へ供給される人工ミネラル供給方法であることを特徴とする。
【００１５】
本発明における鉄とは、全鉄（以下、「Ｔ．Ｆｅ」とも称する。）は、９０質量％以上であり、金属としての鉄が主体となるが、若干の酸化鉄等の鉄の化合物や不純物が含まれていても問題はない。
【００１６】
ここでいう鉄を含有するミネラル含有物質とは、Ｔ．Ｆｅで３〜７０質量％を含有し、さらに動植物にとって有用なミネラルを含んでいる物質のことをいい、例えば、鉄鋼スラグ、鉄鋼ダスト、鉄鉱石等が挙げられるがこれらに限定されない。Ｔ．Ｆｅが３質量％より少では、溶出するＦｅ２＋が少なくなり、７０質量％超では、鉄以外のミネラル分が少なくなる。
【００１７】
鉄鋼スラグとは、高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ等の高炉から出滓された高炉スラグ、溶銑予備処理スラグ（脱Ｓスラグ、脱Ｓｉスラグ、脱Ｐスラグ）、転炉スラグ、電気炉スラグ、ステンレススラグ等の溶鋼を溶製するために利用するあらゆる精錬容器で形成されたスラグを意味する。
【００１８】
また、鉄鋼ダストとは、高炉ダスト等の高炉から発生するダスト、製鋼ダスト等の溶鋼を溶製する時に発生するダスト等をいう。
【００１９】
イオン交換物質とは、人工腐植土、バーク堆肥、腐葉土、赤土、ピートモス、ゼオライト、パーライト、バーミキュライト等の陽イオン交換容量が高い物質、もしくは陰イオン交換容量が高い物質を１種、または２種以上配合されているものであり、これらをミネラル含有物質に配合させることで、ミネラル含有物質から溶出されるミネラル分を溶存態として保持させる働きを持つ。このイオン交換物質は、さらにキレート作用を促進させる材料として、木酢液、竹酢液等の有機酸、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸等の無機酸、酢酸、クエン酸等のカルボン酸基を有する化合物、リン酸、ホスホン酸等の有機リン化合物、スルホン酸基を有する化合物等の酸性を示す液体、もしくは酸性を示す固体をイオン交換物質に添加させると、さらにミネラル分を溶存態として保持する働きが上昇する。更にキレート化を促進させる方法として、ミネラル含有物質とキレート作用促進材を配合後、養生期間を設けてもよい。
【００２０】
イオン交換物質として使用する人工腐植土とは、バーク堆肥、ピートモス、腐葉土、もしくは未分解の草木、樹木のチップ、または、工場、事業所等から排出される排水，下水道終末処理場における下水、し尿、家畜排泄物のばっ気処理、発酵処理によって得られる汚泥及びその処理物の少なくとも１種以上が含まれる有機質資材を酸性液体で養生し生成された腐植土を１種または２種混合して使用することが好ましい。人工腐植土を製造するために必要な酸性液体は、酸性を有する液体であれば良く、例えば木酢液、竹酢液等の有機酸、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、酢酸、クエン酸等のカルボン酸基を有する化合物、リン酸、ホスホン酸等の有機リン化合物、スルホン酸基を有する化合物が挙げられ、これらに有機質資材を浸すことで短時間で腐植物含有量を高めることが可能である。
【００２１】
鉄および鉄を含有するミネラル含有物質の少なくとも一方（以下、鉄鋼スラグで例示する）は、単独ではｐＨが８．０よりも高く、Ｆｅ２＋はほとんど溶出されない。
鉄鋼スラグを酸性物質と混合して、ｐＨを８．０以下に調整するとＦｅ２＋が溶出する。ｐＨが８．０よりも高いと、溶出するＦｅ２＋が少なく、さらに溶出されたＦｅ２＋が水酸化鉄もしくは酸化鉄になって沈殿してしまう。その結果、水溶液中にＦｅ２＋が溶存態として作製されないのでｐＨを８．０以下に調整する必要がある。
【００２２】
鉄鋼スラグと混合して、ｐＨを調整する物質がイオン交換物質であれば、溶出したＦｅ２＋が水酸化鉄、もしくは酸化鉄になって沈殿することがなく、溶存態として保持される。Ｆｅ２＋が溶存態として保持されることで、動植物の光合成系や呼吸系における電子伝達、クロロフィルの生合成、硝酸及び亜硝酸の還元機能を高めることが出来る。
【００２３】
鉄鋼スラグとイオン交換物質の混合物が、ｐＨ８．０以下となることが好ましい。単独のイオン交換物質の種類によっては、上記混合物のｐＨが８．０を越える場合があるので、その場合には、より酸性の高いイオン交換物質を添加してｐＨ８．０以下に調整してもよい。
【００２４】
さらに、鉄の標準電極電位（−０．４４Ｖ）よりも標準電極電位が高い物質は、黒鉛や銅等が挙げられる。
【００２５】
Ｆｅ２＋が溶出することは、人工ミネラル供給材の中で、鉄とそれ以外の間で電位差があると考えられる。そこで、鉄の標準電極電位よりも高い物質を添加することで、さらに大きな電位差が生じ、Ｆｅ２＋の溶出量が増加する。
【００２６】
アノード極とは金属原子が電子を放出する酸化反応がおこる極のことで、カソード極とは電子が流れ込む還元反応がおこる極のことである。例えばアノード極に鉄、カソード極に黒鉛や銅を用い、直流電源装置として乾電池を用い、プラス極にアノード極、マイナス極にカソード極を接続する。
【００２７】
上記のように構成することで、人工ミネラル供給材の中の、鉄とそれ以外の間で電位差をさらに大きくすることができ、Ｆｅ２＋の溶出量が増加する。
【実施例】
【００２８】
本発明の効果を確認するために、鉄や鉄を含有するミネラル含有物質と鉄よりも標準電極電位が高い物質とイオン交換物質の混合物のｐＨを８．０以下に調整した試料を作成し、Ｆｅ２＋の溶出試験を行った。以下に実施例を示すが、これに限らない。
【００２９】
試料作製にあたり、鉄や鉄を含有する物質として、脱Ｐスラグ、炭酸化処理を行った脱Ｐスラグ（以下、「炭酸化スラグ」と称する。）、鉄粉および鉄釘を用い、イオン交換性物質として人工腐植土を用いた。また鉄よりも標準電極電位が高い物質として黒鉛粉および銅釘を用いた。その添加量は、人工ミネラル供給材に対する外掛け質量比率で表示した。脱Ｐスラグ、炭酸化スラグ、鉄粉の物性を（表１）、（表２）に示す。また、黒鉛粉の物性を（表３）に示す。
【００３０】
直流電圧装置を用いた加電圧試験については、３種類の人工ミネラル供給材を作成し、作成した人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極には黒鉛、および銅を挿入した。アノード極に用いた鉄は市販の鉄釘（長さ５０ｍｍ×同部径２．７５ｍｍ×頭部径６．６ｍｍ）を使用した。またカソード極に用いた黒鉛は市販の電気分解用陽極黒鉛電極（長さ５０ｍｍ×径５ｍｍ）を使用した。また、カソード極に用いた銅は市販の銅釘（長さ５０ｍｍ×同部径２．７５ｍｍ×頭部径６．６ｍｍ）を使用した。挿入した両電極の間隔は３０ｍｍとした。直流電圧装置として乾電池を用い、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、１．５Ｖもしくは３．０Ｖの電圧をかけて２４時間通電し、Ｆｅ２＋の溶出試験を行った。
【００３１】
作成した試料のｐＨを測定した。測定はｐＨメーター（（株）堀場製作所製Ｄ−５４Ｓ）を用いて行った。その試料４０ｇを海水４００ｇに浸漬し、攪拌機を用いて、その海水を６０ｒｐｍで４８時間撹拌した。撹拌後、海水を採取しＦｅ２＋の分析を行った。Ｆｅ２＋は分光光度法を用いて分析を行った。それらの結果を（表４）に示す。
【００３２】
表４の比較例１は、鉄を含有するミネラル含有物質として脱Ｐスラグを７０質量％、イオン交換物質として人工腐植土を３０質量％配合した試料で、そのｐＨは１２．０であり、Ｆｅ２＋は０．１ｍｇ／Ｌ未満であった。配合した試料のｐＨが８．０より大きいとＦｅ２＋が溶出しない。
比較例２は比較例１の試料に鉄粉を５質量％配合した試料で、そのｐＨは１２．２であり、Ｆｅ２＋は０．１ｍｇ／Ｌ未満であった。配合した試料のｐＨが８．０よりも大きいとＦｅ２＋が溶出しない。
【００３３】
比較例３は比較例２の試料に、鉄よりも標準電極電位が高い黒鉛粉を外掛けで５質量％添加した試料で、そのｐＨは１２．１であり、Ｆｅ２＋は０．１ｍｇ／Ｌ未満であった。配合した試料のｐＨが８．０よりも大きいとＦｅ２＋が溶出しない。
以上、比較例１ないし３から明らかな様に、鉄や鉄を含有するミネラル含有物質と鉄よりも標準電極電位が高い物質として黒鉛粉を配合しても、その混合物のｐＨが８．０よりも大きいと、Ｆｅ２＋は溶出しないことが判明した。
【００３４】
鉄を含有するミネラル含有物質として鉄鋼スラグを使用する場合、スラグ中に含まれるｆ-ＣａＯやケイ酸カルシウムが原因でｐＨが高くなり、Ｆｅ２＋の溶出が困難となる。このアルカリ性を抑制するには炭酸化処理が有効である。炭酸化処理とは、水共存下でスラグ中のｆ-ＣａＯやケイ酸カルシウムから溶出するカルシウムを二酸化炭素含有ガスと接触させ、炭酸カルシウムにすることである。
【００３５】
実施例１は、鉄を含有するミネラル含有物質として炭酸化スラグ７０質量％とイオン交換物質として人工腐植土３０質量％を配合した試料で、そのｐＨは７．６であり、Ｆｅ２＋は０．２ｍｇ／Ｌ溶出した。配合した試料のｐＨが８．０以下であるとＦｅ２＋が溶出する。
【００３６】
実施例２は、実施例１に鉄粉を５質量％配合した試料で、そのｐＨは６．８であり、Ｆｅ２＋は０．３ｍｇ／Ｌ溶出した。配合した試料のｐＨが８．０以下であるとＦｅ２＋が溶出する。
【００３７】
表４の実施例３は、実施例２に鉄よりも標準電極電位が高い黒鉛粉を外掛けで５質量％添加した試料で、そのｐＨは６．８であり、Ｆｅ２＋の溶出量は実施例２と比較すると、０．３から１．２ｍｇ／Ｌに増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下で、鉄よりも標準電極電位が高い黒鉛粉を配合すると溶出するＦｅ２＋が増加する。
【００３８】
実施例４は、鉄や鉄を含有するミネラル含有物質として、鉄粉５質量％、炭酸化スラグ２８質量％とイオン交換物質として人工腐植土６７質量％を配合した試料で、そのｐＨは５．０であり、Ｆｅ２＋は１５０．０ｍｇ／Ｌ溶出した。配合した試料のｐＨが８．０以下であるとＦｅ２＋が溶出する。
【００３９】
実施例５は、実施例４に鉄よりも標準電極電位が高い黒鉛粉を外掛けで５質量％添加した試料で、そのｐＨは５．２であり、Ｆｅ２＋の溶出量は実施例４と比較すると、１５０．０から２２０．０ｍｇ／Ｌに増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下で、鉄よりも標準電極電位が高い黒鉛粉を配合すると溶出するＦｅ２＋が増加する。
【００４０】
実施例６は、鉄や鉄を含有するミネラル含有物質として、鉄釘５質量％、炭酸化スラグ２８質量％とイオン交換物質として人工腐植土６７質量％を配合した試料で、そのｐＨは６．７であり、Ｆｅ２＋は１．０ｍｇ／Ｌ溶出した。配合した試料のｐＨが８．０以下であるとＦｅ２＋が溶出する。
【００４１】
実施例７は、実施例６に鉄よりも標準電極電位が高い銅釘を外掛けで５質量％添加した試料で、そのｐＨは６．９であり、Ｆｅ２＋の溶出量は実施例６と比較し、１．０から１．２ｍｇ／Ｌに増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下で、鉄よりも標準電極電位が高い銅釘を配合することで溶出するＦｅ２＋が増加する。
【００４２】
実施例８は、鉄を含有するミネラル含有物質として炭酸化スラグ７０質量％とイオン交換物質として人工腐植土３０質量％を配合し、そのｐＨを７．５に調整した人工ミネラル供給材に、アノード極として鉄と、カソード極として黒鉛を挿入した試料で、直流電圧装置として乾電池を用いて、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、１．５Ｖの電圧をかけて２４時間通電すると、Ｆｅ２＋は１７０ｍｇ／Ｌ溶出し、実施例1の０．２ｍｇ／Ｌよりも増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下である人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、電圧を付与することでＦｅ２＋の溶出が増加する。
【００４３】
実施例９は、鉄を含有するミネラル含有物質として炭酸化スラグ３０質量％とイオン交換物質として人工腐植土７０質量％を配合し、そのｐＨを５．８に調整した人工ミネラル供給材に、アノード極として鉄と、カソード極として黒鉛を挿入した試料で、直流電圧装置として乾電池を用いて、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、１．５Ｖの電圧をかけて２４時間通電すると、Ｆｅ２＋は２４０ｍｇ／Ｌ溶出し、実施例８の１７０ｍｇ／Ｌよりも増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下である人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、電圧を付与することでＦｅ２＋の溶出が増加する。
【００４４】
実施例１０は、鉄を含有するミネラル含有物質として炭酸化スラグ１質量％とイオン交換物質として人工腐植土９９質量％を配合し、そのｐＨを４．８に調整した人工ミネラル供給材に、アノード極として鉄と、カソード極として黒鉛を挿入した試料で、直流電圧装置として乾電池を用いて、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、１．５Ｖの電圧をかけて２４時間通電すると、Ｆｅ２＋は２５０ｍｇ／Ｌ溶出した。  配合した試料のｐＨが８．０以下である人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、電圧を付与することでＦｅ２＋が溶出する。
【００４５】
実施例１１は、鉄を含有するミネラル含有物質として炭酸化スラグ１質量％とイオン交換物質として人工腐植土９９質量％を配合し、そのｐＨを４．８に調整した人工ミネラル供給材に、アノード極として鉄と、カソード極として黒鉛を挿入した試料で、直流電圧装置として乾電池を用いて、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、３．０Ｖの電圧をかけて２４時間通電すると、Ｆｅ２＋は６７０ｍｇ／Ｌ溶出し、実施例１０の２５０ｍｇ／Ｌよりも増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下である人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、電圧を付与することでＦｅ２＋の溶出が増加する。
【００４６】
実施例１２は、鉄を含有するミネラル含有物質として炭酸化スラグ１質量％とイオン交換物質として人工腐植土９９質量％を配合し、そのｐＨを４．８に調整した人工ミネラル供給材に、アノード極として鉄と、カソード極として銅を挿入した試料で、直流電圧装置として乾電池を用いて、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、１．５Ｖの電圧をかけて２４時間通電すると、Ｆｅ２＋は２６０ｍｇ／Ｌ溶出した。配合した試料のｐＨが８．０以下である人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、電圧を付与することでＦｅ２＋が溶出する。
【００４７】
実施例１３は、実施例３の試料に、アノード極として鉄と、カソード極として黒鉛を挿入した試料で、直流電圧装置として乾電池を用いて、挿入したアノード極に乾電池のプラス極を、挿入したカソード極に乾電池のマイナス極を接続し、１．５Ｖの電圧をかけて２４時間通電すると、Ｆｅ２＋は１９０ｍｇ／Ｌ溶出し、実施例３の１７０ｍｇ／Ｌよりも増加した。配合した試料のｐＨが８．０以下である人工ミネラル供給材に、アノード極に鉄を用い、カソード極と共に挿入し、直流電圧装置のプラス極をアノード極、マイナス極をカソード極に接続し、電圧を付与することでＦｅ２＋が溶出が増加する。
【００４８】
【表１】
2013126409.tif 000002
【００４９】
【表２】
2013126409.tif 000003
【００５０】
【表３】
2013126409.tif 000004
【００５１】
【表４】
2013126409.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、光合成系や呼吸系における電子伝達、クロロフィルの生合成、硝酸及び亜硝酸の還元などに深く関与している動植物に有益な２価鉄イオンを溶出させて、動植物の生育を促進させることが可能である。