流体离子化组合物、其制备方法和用途
【专利摘要】本文公开了流体离子化组合物例如流体氰氨化钙肥料组合物、其制备方法和用途。在一些实施例中，流体组合物包括约40～20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物(例如尿素硝酸铵和H2O)与约1份至约5份不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物(例如氰氨化钙和H2O)。所公开的组合物和方法使组合物所含的活性养分离子和所消化的碳稳定化。所公开的组合物和方法促进组合物的内容物的可控的位点定向递送。所述组合物和方法可有效用于微生物滋养植物施肥、土壤改良、重金属浸析抑制以及有机蛋白质排泄物的消化。所述组合物是稳定、易于标定的并且在土壤注射、喷施和灌溉水递送至目标部位时不堵塞。
【专利说明】流体离子化组合物、其制备方法和用途
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2011年11月30日提交的美国临时申请61/565，004号的权益，通过参考以其完整形式并入本文中。
【技术领域】
[0003]本申请涉及肥料且特别地涉及流体离子化的组合物例如流体氰氨化钙(CaNCN)肥料组合物、其制备方法及用途，包括但不限于，在工业和农业中的植物补料(feeding)施肥、生物体碳补料、氮养分稳定、碱性磷酸盐养分稳定、排泄物消化气味/生物体抑制、粒子消化、土壤改良(amending)、协同碱性组织消化、防腐蚀和防冻。
【背景技术】
[0004]现今高能耗地生产几乎不溶解的、粒状干燥的含碳、钙的干燥氰氨化钙(CaNCN)氮肥料，其能 够利用其碳和钙来稳定氮和磷酸盐。在潮湿到湿的土壤中，如同所公开的，其碳喂养土壤微生物，由此稳定其自身的氮和组合物所包含的氮以防止浙出，且其钙能够抑制磷酸盐损失而进入环境流域中。其还能够以其它干燥且流体的氮肥料的方式稳定氮和磷酸盐，条件是将其合并。在全球范围内已经将其单独用于作物施肥并持续了超过一百年。然而，干燥的氰氨化钙肥料存在许多劣势。例如，除了能耗高之外，其氮养分分析比今天的高氮分析低50%，而是可浙出的尿素。和尿素有效地供应植物氮的等效养分相比，其需要高达两倍的量。尽管干燥的CaNCN肥料已经显示对早期和成熟的植物健康提供另外的补助好处，但这些好处仅在使用极大昂贵量(例如每英亩使用数百磅)时才能观察到，使其比当前的植物保护剂昂贵得多。另外，历史上大量使用的、但不含有害粉尘的氰氨化钙颗粒，要完全水解，必须在大于14倍的水中(美国专利7，785，388)。在贫瘠的、依赖雨水的潮湿土壤中，其大量和微量离子化养分和辅助好处完全有效有时是不可靠的。另外，如果其好处通过有助于其生态安全的养分稳定和补助好处而有助于其它干燥的氮肥，则当将两者物理混合在一起并撒施在耕耘的土壤之上和之中时，不大可能与其它肥料的相邻颗粒共结合，大的颗粒无效。最后，因为进化的离子形式可能对种子和幼苗有毒，所以在应用与种植期间通常需要等待时间，这不仅降低了作物生长的时间，而且通常可能造成肥料流入小溪和河流中。将溶解差的CaNCN硬、非粉尘颗粒或商购的粉尘CaNCN粉末放入尿素氮肥的含水容器中以使其稳定，造成含碳和钙的粒子沉降为不可喷施的淤泥。
【发明内容】
[0005]本文中公开了流体离子化的组合物例如流体氰氨化钙肥料组合物、其制备方法与用途。所公开的组合物和方法产生并稳定存在于组合物中的活性离子化合物，使得养分能够更有效地被植物例如在作物中摄取。所公开的组合物和方法有助于离子化组合物的内容物可控的位点定向递送。所述组合物和方法对如下是有效地:施肥、土壤改良、钙稳定土壤中可浙出的重金属和组合物的金属罐的腐蚀防护和冷冻保护、以及提供离子化的活性钙以用于气味和生物体抑制。所述组合物稳定、易于标定并不会堵塞，从而其能够有效地用于向目标位点的直接喷施递送应用。
[0006] 在一些实施方案中，流体组合物包含:约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性PH的氮流体植物养分化合物的混合物和约I~约5份不溶性或微溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物。在一些实例中，所述溶解的酸包括硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合。在一些实例中，例如一些尿素例如在一些尿素混合/共混实例中，酸形成的氮植物养分化合物为溶液形式并包括硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合。在一些实例中，所述不溶性或弱溶性高PH的钙形成的植物养分化合物为溶液形式且包含氰氨化钙(CaCN2)、石膏(例如CaSO4.2Η20)、碳酸钙(例如CaCO3)、氯化钙(CaCl2)、氯化钾(KCl)、硫酸钾(KS)或其组合。
[0007]使用所公开组合物的方法包括但不限于，在工业和农业中的植物补料、养分稳定、钙腐烂(堆制肥料)以剥夺其造成生物体气味和疾病的食品生境、施肥和土壤改良、冷冻防护和腐蚀防护。在一个实例中，公开了一种处理排泄物的方法。在一些实例中，处理排泄物的方法可包括将有效量的公开的流体组合物添加到排泄物，其中存在于所述流体混合物中的H2O的质量少于或多于所述不溶性或弱溶性高pH的钙形成的植物养分化合物质量的14倍，由此形成经处理排泄物的混合物。
[0008]还公开了增强植物生长的方法。在一个实例中，增强植物生长的方法包括在种植之前、期间和/或之后将有效量的公开的流体组合物施加到土壤，由此增强植物生长，在所述流体组合物中存在于流体混合物中的H2O的质量为所述不溶性或弱溶性高pH的钙形成的植物养分化合物质量的至少14倍。
[0009]还公开了对不溶性或弱溶性高pH的钙形成的植物养分化合物进行消化以形成离子化的钙化合物的方法。在一些实例中，所述方法包括将约40~约20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH的氮植物养分化合物的混合物与约I~约5份不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合，其中所述溶解的酸包括硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，且所述酸形成的氮植物养分化合物为溶液形式并包括硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合，其使得所述包含具有其游离碳的氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合并且呈溶液形式的不溶性或弱溶性高PH的钙形成的植物养分化合物发生水解，由此从钙化合物内形成离子化的元素和水解活化的、粒子消化的碳。
[0010]还提供制备流体组合物的方法。在一些实例中，制备流体组合物的方法包括将约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH的氮植物养分化合物的混合物与约I~约5份不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的混合物组合，其中所述溶解的酸包括硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，且所述酸形成的氮植物养分化合物为溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合，且所述不溶性或弱溶性高pH的钙形成的植物养分化合物为溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合，由此形成流体组合物。
[0011]根据参考附图的如下详细说明，将使得本发明上述的和其它特征和优势变得更加明显。
【专利附图】
【附图说明】[0012]图1是显示来自于包含20%水的尿素硝酸铵(UAN32)和尿素在57%水中的混合溶液中的氰氨化钙(CaNCN)碳的黑碳颜色水平随时间的差异的条形图。如图中所示，在UAN溶液中有显著更多不溶性黑碳悬浮更长时间，其表明所公开的溶液相比于含水溶液对CaNCN离子元素更饱和。
[0013]图2是比较所消化的粒子的细度的条形图。此处，根据通过稠密碳黑色溶液容器显示的强光，看起来碱性氨水溶液辅助酸形成的化合物在UAN中消化不溶性CaNCN粒子。每次在混合和对罐子进行一些摇动后，75%氨水溶液立刻允许更多的光更快通过，表明粒子更细。
[0014]图3是显示在将不溶性CaNCN混合于三种公开的肥料溶液的水中之后，借助于通过两个极细筛网而测量的CaNCN粒度减小的结果的条形图。然后悬浮剂于其中的作用以及使用文氏管旁通系统的改进作用显示于第4栏和第5栏中。
[0015]图4是显示仅5% CaNCN的所公开UAN溶液而非所公开的95%添加至14倍水的水解CaNCN的CaNCN水解增强的条形图。这些条形表明，CaNCN水解在15分钟内加速增加25%。
[0016]图5是说明与CaNCN水解的速度和完成度有关的粒子硬度和尺寸的作用随时间变化的线图。这通过使用1.7mm~3.5mm大小的CaNCN硬化和增大颗粒,相比于所公开的0.0~1_大小的微片粉末进行区分。
[0017]图6是显示在三项重复饲料玉米(field corn)氮施肥研究中，相比于标准流体UAN32，对于来自9 9.5%所公开稳定化UAN32中0.5% CaNCN的流体，饲料玉米产量增加13%和糖分白利糖度能量增加33%的条形图。这些是60 - 120 - 180磅氮/英亩的平均值。
[0018]图7是显示来自于流体粪肥中含有CaNCN的所公开流体消化钙的时间降解作用的条形图。操作是对于是钙通过消化粪便除去粪肥不合期望的因素，并因此除去恶臭气味源和人类有害生物体寄居的食物。
[0019]图8是显示在母株草莓之间用以下施肥产生的协同肥料辅助减少植物竞争性杂草问题的条形图:1.) 750磅硬化颗粒CaNCN/英亩，针对5种杂草，2.)由82磅CaNCN/英亩与190磅尿素/英亩于水中一起制造的倾析等分试样，针对7种杂草,3.)由8磅/英亩CaNCN与289磅UAN溶液/英亩一起制造的所公开施肥组合物，针对7种杂草。8磅为CaNCN用量的的惊人的意想不到的9倍和94倍降低，并且8磅/289磅为100%碱性杂草种子组织消化，相对于94倍多CaNCN的不到100%。这在视觉上明显证明了 CaNCN对于使可溶性和一些弱溶性普通肥料化合物成为左侧第3条形的所公开可溶性、植物可吸收、离子养分溶液的协同作用
[0020]图9是显示0.25% CaNCN于UAN32中的罐装稀释液在凝固温度下过夜的视觉反应的条形图。明显显示出，UAN中的CaNCN使商品UAN32的凝固点降至华氏零度。
[0021]图10是显示在0.25%和0.5%两种水平下来自流体UAN组合物中CaNCN的饲料玉米研究产量增加的条形图。这证明本申请活性碳中的0.25% CaNCN足以使微生物从99.75% UAN供养固氮。
[0022]图11是显示在研究中通过含0.5 % CaNCN的流体UAN组合物使饲料玉米果穗叶片中的氮含量提高的条形图。在测定土壤施用氮的结果、比率和目的时这种评价是标准的。
[0023]图12是显示美国年度干式和流体氮肥料的氮肥料市场份额的饼状图。[0024]图13是说明了组合物中供养供植物根部生长的土壤微生物的碳的条形图。因此，这些供养微生物的碳可以是所公开的离子植物养分的恒定伴随现象以使供养植物根水平的协同更高。
[0025]图14显示了来自保水托盘中三个独立的非重复三色堇有孔盆和相邻草皮垫的UAN叶片植物毒性作用概述。UAN将三色堇和相邻的草皮垫100%干燥。含碳的5% CaNCN组合物将三色堇和草皮干燥度降低65%。将0.5% CaNCN组合物接近于零稀释10倍，其经MDB处理，使三色堇和草皮干燥度降低35%。因此，碳和MDB处理促进了 UAN干燥度降低。
[0026]图15列出了两种连续的玉米和覆盖作物耕种、其产量等级类别和植物反应，从碳UAN相比于仅UAN的百分比计增加。
[0027]发明详述
[0028]1.引言
[0029]实施方式公开了通过如下方式生产离子化流体氰氨化钙与钙肥料或其它含钙化合物或组合物:将它们与其它流体肥料的酸基氮或含钙化合物组合，所述流体肥料例如是流体尿素硝酸铵(UAN)、硝酸铵钙(CAN)、硝酸铵(AN)或磷酸铵。后者是用于将干氰氨化钙粒子消化成可喷施粒子并因此加速其水解成离子组分溶液，其中它的碳被消化成表面积更大得多的更细粒子，其可能为被报道为可能的硅替代内存工具的石墨烯，或容易悬浮或溶解的其它碳同素异形体。可添加电解悬浮剂来确保碳的悬浮。需要简单掺合并且无需加热。
[0030]令人惊讶 的是，在不存在所公开的流体降解的情况下，可将广泛范围的另外的植物养分添加至水或其中可添加这些养分的含水流体粪肥中，其中所公开的组合物方法进一步消化那些添加剂的粒子，其中CaNCN或所添加的粒子不会硬化在一起并沉降。这个方法使流体掺合肥料经销商不再需要热量来溶解尿素以获得更高的流体尿素氮分析。
[0031 ] 所述组合物使饱和氮流体(UAN32)的结晶凝固点从32 T降至低于约0.0 °F。这减少了在寒冷气候中将UAN32降至UAN28以使UAN的凝固点降至I °?的需求。所述组合物将UAN的中性pH提高至高于7.8，以在不存在标准UAN腐蚀抑制剂例如铬酸根、重铬酸根或磷离子的情况下基本上消除了 UAN储槽的焊缝裂化亚铁腐蚀(Wilson, Fodor, Kenton美国专利 N0.4，239，522)。
[0032]与尿素水溶液和非氰氨化钙/UAN相比，CaNCN/UAN已证明将CaNCN粒度显著降至即刻可喷施尺寸。如今，适于复合杀虫剂应用的UAN正逐渐变成选项氮肥料。如本文所公开，可以通过流体肥料经销商掺合器容易地制造用氰氨化钙稳定化的UAN，用于使水流域更清洁，每次一个流域。美国流体氮肥料的年度使用统计量为每年12，000，000吨UAN、每年6，000, 000吨干尿素以及每年4，000, 000吨压缩气体氨。
[0033]在玉米重复田地研究中，氰氨化钙微片(Imm)在300 °F湿热尿素厂熔融尿素中预水解以变成每一尿素颗粒内部预水解CaNCN晶种，总是使广量在存在多雨和干旱的8年内相比于尿素平均增加11%，并且令人惊讶地达到更低的氮/更高的产率比，使养分利用效率(NUE)更大。这降低了氮用量并因此减少了向地下水的暴露损失以及臭氧嫌疑物氧化亚氮气体向空气的释放。
[0034]将非常期望在公共和农业实践中具有来自氰氨化钙细粒和颗粒的预水解、即刻可喷施/可注射流体离子植物养分，来稳定化污染嫌疑物，并降低成本，流体普通肥料和粪肥在组合时包含供给土壤微生物的碳，其以生态安全方式将供给植物和土壤微生物的氮和磷酸盐从可浸析的变成不可浸析的，直到植物根毛需要它们，其中包括其它呈可溶性溶液形式的多量和微量植物食物，其可全部共同施用以符合环境污染法规，其中养分都进入植物中以使得它们不会在季节暴露之前、期间和之后浸析到地下水中。
[0035]尽管氰氨化钙被定义为硝化抑制剂(AAPFCO N_12第57卷)，但本申请公开了水解的活性碳供给土壤微生物，而土壤微生物将养分保持在土壤中以达到AAPFCO定义作用，这种情况是，低百分比的CaNCN肥料就可以防止氮和磷酸盐植物食物组分在植物能够将它们全部用完之前浸析于地下水中而损失。
[0036]CaNCN于水中的高pH(pH12.2)在潮湿土壤中低于pHIO之后，几乎立即地，水解的酸式HNCN 二聚成二氰胺(DCD)，其仅为氮稳定剂DCD，这免于杀虫剂管制。
[0037]在大量的玉米田地研究(12年)中，本发明人发现向UAN添加仅0.25%的氰氨化钙添加剂就可以加速普通颗粒状和流体氮肥料的植物摄取，并且这样做可防止污染并使作物产量增加5~13%的范围以及糖能量增加33%，并因此相比于所公开的另外单独高施用量的氰氨化钙肥料的高成本，充分付出并在产量方面得到多倍美元回报(ROI)。氰氨化钙防止了氮(N)和磷(P)向地下水中损失，而是进入了玉米粒食物中和能量产量，这由收获时更高的玉米果穗叶片N表示。
[0038]在产地饲料玉米(station field corn)研究中，已确定UAN中低至0.25%的氰氨化钙粉末相比于仅UAN的情况在下降至不足66%氮时使平均产量增加13%。在类似的研究中，碳UAN平均玉米植物叶绿素在相比于单独UAN再次较少氮的情况下增加9 %。叶绿素是植物用于吸收并 将太阳能转换为淀粉能量的手段，其与植物的糖能量转换率有关。
[0039]UAN中的硝态(NO3)N据报道为剥夺植物的植物能量以将其转化为植物可用的NH4N。高糖分白利糖度能量玉米对于增加玉米生物燃料产量是重要的。在微生物固N肥料以及其它最新的农场革新的饲料玉米研究中，相比于未被氰氨化钙稳定化的N，每英亩多得到最高达150加仑生物燃料，同时就现今的玉米英亩数来说可由玉米多生产2.8倍的食物。经计算，这种美国制造的能源以及无需以每加仑汽油2.50美元购买外来化石能源对于美国就业和财富经济累计造成每年1/2万亿美元的刺激。甜味剂(更高能量)食物和饲料为人类所优选且为动物自然选择。此外，这些更健康的植物显示针对植物拮抗剂的天然植物免疫抗性。
[0040]在玉米研究期间，同时在加利福尼亚草莓栽培中，本发明人试图向含有14倍水的流体化尿素中添加干氰氨化钙。然而，其堵塞阀门和筛网。实施了成功的倾析过滤系统，但其留下接近不溶形式的对土壤有价值的碳和对植物有价值的钙的固体硬化饼状物，有待独立地成堆丢弃。
[0041]灌溉递送系统中的倾析CaNCN/尿素等分试样证实在草莓中显示与玉米中相同的特性，但等分试样稀释率高。在种植前，在其产生高PH的土壤中使其进行碱性组织消化，这不利于年幼植物根部拮抗剂和竞争性植物，因此年幼植物问题较少。在连续的种植后滴灌中，其通过提供较高的碳/氮比而非仅仅是氮而循序产生均匀的开花和结果，这使草莓产量增加。此外一项研究显示在前所未闻的3天短暂时间内固化钙缺乏。这些方面使得中期草莓产量相比于标准实施高成本的缓释肥料和高成本的清洁土壤的臭氧嫌疑物溴甲烷气体而增加。在这些样地中低成本速释普通肥料相比于高成本缓释肥料具有最好的结果。总之，这些特征可以使加利福尼亚州草莓产业每年节省100，000, 000美元以上。[0042]意料之外的是,加利福尼亚州格林菲尔德(Greenfield California)两年种植前草莓床层三项重复研究证明了碳稳定化UAN优于碳/钙污泥的优越性，在灌溉水系统中低于倾析等分试样稳定化尿素。在这些研究中，来自氰氨化钙碳稳定化UAN的50磅氮/英亩的杂草问题减少，超过了来自稳定化等分试样CaNCN/尿素的100磅氮的这些反应。这表明UAN的活性远远大于尿素的氰氨化钙伴随物。这引起了对于氨化硝酸的注意，添加至UAN中的尿素中的硝酸铵目的在于改善氰氨化钙从其UAN粒子消化中水解成本公开中所公开的离子状态，这增强了尿素在水中水解成气态氨，与高pH碱性组织消化相关。
[0043]需要稳定化氮的农业农场流域例如中西部农业农场流域依赖于雨水，因此不具有灌溉选择来向那些植物精确递送肥料。一种选择在于将氰氨化钙与尿素掺合于水中并直接喷施/开沟器(shank)/注射到作物土壤之上/之中。然而，尽管存在许多悬浮剂罐式试验，但这仍然导致喷施器筛网被氰氨化钙堵塞。在中西部，这证明短时间水滞留不会溶解商品氰氨化钙的较大固体尺寸。将昂贵的现货库存重新装运至昂贵地研磨/掺合和重新包装的工序使得均一精细的可喷施氰氨化钙粉末固体变成唯一的解决方案。这种于水中的均一粉末不会保持完全悬浮达一小时并且必须预循环以获得均一的田地施用。
[0044]将约300个罐子用于测试各种试剂向水中的添加，以使氰氨化钙通过喷施器中所用筛网尺寸并悬浮，该尺寸例如是80目和更细至最高达200目。无一成功。加热在某种程度上对此有帮助，但并不令人满意。
[0045]令人惊讶的是，将商品氰氨化钙倒入流体UAN32的罐子中并摇动，以使得所有固体通过80目和100目筛网并且甚至200目筛网。所述悬浮持续超过3个小时。当将CaNCN混入UAN罐子中时，在任 何研究中都未经历喷嘴堵塞。
[0046]其它罐式试验揭示出在流体AN20和CAN17中获得与UAN32类似的作用。这表明正是硝酸铵或重整硝酸有可能造成氰氨化钙粒子消化中的钙增加以增强水解，形成所公开的离子流体氰氨化钙组合物。
[0047]利用溶解在水中的氰氨化钙或氨水进行的所有先前的罐式试验使氰氨化钙黑色大粒子几乎立即沉降。
[0048]这种两难境地的解决方案被证明是首先制备UAN中5%氰氨化钙的浓缩物。然后通过将所述浓缩物倒入溶解在水中的尿素(尿素20)或氨水(氨水20)而将其稀释至10倍稀释液(0.5%氰氨化钙)，当使用后两者时，这是土壤固氮所需的。因此，后两者在整个过程中具有均一的流体离子化氰氨化钙，持续数天。
[0049]不使用UAN的唯一缺点是缺乏尿素在UAN中的水解，其有助于所公开的高pH碱性消化。
[0050]在中西部大田作物栽培中通常将气态氨(NH3)肥料深深注射到土壤中以防止其气体逸出，而非所公开的草莓床层顶部喷施和喷撒方法或滴灌水方法以产生所公开的蛋白质物质在床层表面上的水碱性消化。
[0051]UAN的尿素消化成氨，基本上产生氨水。然而,其并非在密植草莓栽培中所允许的大气或人类氨暴露，而是安全的在水或UAN中的尿素，这为局部土壤施用所充分接受。其可以是床层顶部喷施和喷撒灌溉或精确放置在未耕作或耕作土壤的精确放置的灌溉水中，发现灌溉水甚至比塑料收集器更好地收集氨以控制土壤转变成附有铵(NH4)肥料的无害土壤。中西部大田作物栽培不存在灌溉。[0052] 另外的罐子研究揭示，当强光照射到黑色氰氨化钙悬浮液的罐子时，在将两者组合之后立即可见黑色的枕形或开花效果，如同火山喷发一样。溶解有尿素的水中的黑色氰氨化钙不会显示这种效果。这表明添加至UAN中的尿素中的氨化硝酸即硝酸铵可能造成非均一性黑色碳酸钙固体的消化。UAN中的粉末氰氨化钙产生均一的极小微粒，其甚至通过最小的筛网尺寸。因此，这些精细粒子更快水解成CaNCN离子多量和微量养分离子，均匀地饱和其UAN稀释剂，显示CaNCN的其它不溶性碳的更长漂浮。这证明溶液混合物可能全部呈溶液形式，时间远比可能想象得更长，或呈黑碳形式，显示比仅有水的情况下时间长至少300 %。在后续的商品文氏管芳通MDB试验?呆作中，碳稳定化UAN在不存在悬浮剂的情况下保持全黑持续数周，其中黑色程度的最大25%降低持续数月，表明改变是永久的。
[0053]添加至UAN中的CaNCN (0.025 %~0.05 % )指示商品CaNCN内的化合物完全变成离子元素。令人惊讶的是，浓缩物UAN消化过程在罐子中12小时后显示黄色等分试样，视觉上显示被认为是不溶性硫酸钙、(石膏)微量养分的氰氨化钙的2.5%水解成离子化硫离子元素，供植物立即摄取。这支持以下假定:氰氨化钙的UAN消化确保所有氰氨化钙化合物完全水解成其离子元素。因此，添加有养分化合物的所公开的成品组合物可能都包含在所公开组合物中的完全植物可溶性离子元素。
[0054]这意味着可以通过半透膜利用渗透作用根据渗透压变化从根毛细胞内部的高渗至低渗至静态等渗状态仅摄入或释放其养分的植物根毛，更有可能如同在所公开的溶液组合物中一样将其摄入，所述组合物主要包含离子而非溶解的化合物。参见所公开的附图和表6(糖分白利糖度)、表10(产量增加)、表11 (果穗叶片N)。渗透压与结晶水和溶液的凝固点降低相关(Jacobus H.van't Hoff ；0smotic pressure and chemical equilibrium(渗透压和化学平衡)；Nobel Lecture (诺贝尔演讲)，12月13日，1901)。参见所公开的附图和表9(凝固)。所公开的附图和表格显示了相比于普通肥料化合物的土壤施肥的不明显增强反应以及所公开的组合物溶液的凝固点降低。
[0055]此外，所公开的组合物更有可能确保呈可溶性离子形式的微量养分在来自流体氰氨化钙/UAN组合物的土壤溶液中的植物养分元素同化(氮、钙、铁、硅、铝、镁、镍、硫)。添加所公开的组合物至动物消化的流体排泄物粪肥，将与其动物消化的磷酸盐、碳酸钾作用一样并含有微量养分。此外，氰氨化钙消化的排泄物将增添大量新颖的广泛范围的消化的有机物和含有微量养分的离子组合物肥料。
[0056]水中的离子氰氨化钙组分取决于其水解。在所公开的研究中，添加5% UAN至14倍水中的氰氨化钙。5% UAN使得15分钟内氰氨化钙水解成其理论离子氰胺氮产量相比于仅有水的情况下增加25%。另一项实验室水研究花费一小时达到理论氰胺氮产量的90%。所公开的研究旨在测定UAN是否相比于仅有水的情况增加水解成氰胺(NCN)的时间。如果在此公开的混合物为95% UAN(包含20%水)和5%氰氨化钙，则根据所公开的由5%氰氨化钙/95% UAN发现的“火山喷发”类行为，预期完全水解成完全理论的氰胺产量将在15分钟内或远小于15分钟。
[0057]在后续研究中，使用包含引导用文氏管MDB旁通系统的商品肥料掺合系统来制备200加仑UAN/5% CaNCN浓缩物。将非均一性氰氨化钙固体引入循环UAN的MDB文氏管中。所得浓缩物保持几乎完全悬浮/稀释状态持续数周。轻微的罐子倾倒扰动使其再回到明显的完全悬浮/稀释溶液状态。添加的电解悬浮剂从来没有显示这样的微型不溶性黑色碳粒子保持显示模糊的完全悬浮。
[0058]这意味着氰氨化钙可以变成流体氰氨化钙。稀释于水和流体粪肥中的浓缩物不具有结块并且其中稀释物包含所有氰氨化钙组分和其养分化合物形成供植物可快速吸收的可溶性离子形式。近来，流体AN (硝酸铵)和流体CAN (硝酸铵钙)的罐式试验显示与UAN相同或更好。
[0059]水中的氰氨化钙最初达到pH12.2。呈浓缩物形式的添加至UAN中的氰氨化钙变成pH9.5。在平衡状态下，其变成pH8.5。0.25 %氰氨化钙维持pH8.5。Wilson、Fodor、Kenton(专利N0.4，239，522)要求了至少7.8的pH足以大体上消除亚铁腐蚀。现今UAN28-32年储槽的焊缝裂化是EPA污染和OSHA事故关注的顶级水平。
[0060]冬天，悬浮剂氰氨化钙/UAN32的罐子相比于仅UAN32的罐子在低于凝固温度下在室外放置过夜。第二天早上氰氨化钙罐子中无晶体，相比之下UAN罐子中有90 %晶体，其中这些晶体不会通过纱布网，但CaNCN/UAN完全通过纱布。这扩展到冷冻器中，其中在下降至O °F下显示相同的比较结果。这可以变成主要的经济储存和装运节省。
[0061]所公开的组合物与多种优点相关，包括(但不限于)以下:(1)减少UAN组合物凝固点的限制；(2)减少UAN金属槽腐蚀；(3)加速氰氨化钙水解成离子养分形式的水解；(4)增加碳稳定化UAN组合物中的养分离子氰氨化钙和组合多量和微量养分进入植物中的递送时间和摄取；(5)增加从UAN N的植物糖产量；(6) UAN内部的氰氨化钙相比于仅UAN的情况下增加植物产量；(7)在流体肥料掺合设备中具有文氏管、MDB循环等，同时循环UAN以达到氰氨化钙微粒状态从而获得呈长期悬浮/溶液状态的稳定化UAN ; (8)具有UAN加速水解和氰氨化钙的粒子消化；(9)具有UAN水解确保所有氰氨化钙和组合养分源包括流体粪肥以离子状态递送；(IO )UAN中具有添加至尿素的硝酸铵，其相比于仅尿素的情况下增强氰氨化钙粒子的消化；(11)具有UAN内部的氰氨化钙以相比于尿素情况下增大养分利用效率(NUE) ；(12)其中氰氨化钙/UAN解决了在使用之前在水中预水解氰氨化钙时所出现的问题，例如由于氰氨化钙固体几乎立即沉降形成碳和几乎不溶性碳酸钙的硬质饼状物而使钙和碳损失进入废物堆；(13)其中UAN解决了阀门和筛网堵塞的问题，所述问题阻止氰氨化钙稳定化肥料和流体粪肥于水中立即喷施；(14)其中UAN消除了工厂级大尺寸粒子的昂贵的研磨/掺合/重新包装，而制备水混合物中的商品氰氨化钙；(15)其中UAN延长了氰氨化钙呈溶液和或悬浮液形式的时间；以及(16)其中UAN和试剂产生了一种如下的碱性流体稳定化组合物，其适于添加任何数目的植物食物养分以在一种流体溶液中递送广泛范围的离子化植物食物元素。本公开提高了植物对所公开的流体离子化组合物的反应，还指示氰氨化钙氮微生物稳定化可以由更迅速消耗所公开可溶性、可能分子碳形式并吸收所公开氮组合物的氮的微生物产生，供稍后随着植物根部消耗含氮的腐败微生物而释放。
[0062]I1.数种实施方式的概述
[0063]本文公开流体离子化组合物例如流体氰氨化钙肥料组合物、其制备方法和用途，包括但不限于在工业和农业中的植物补料、养分稳定化、分解(堆肥)、气味和生物体抑制、施肥以及土壤改良。在一些实施方式中，流体组合物包括约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物与约1份至约5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物，其中所述溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合；并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙、氯化钾、硫酸钾或其组合，以及微生物养分游离碳。
[0064]在一些实施方式中，所公开的组合物包括溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物，其包括尿素硝酸铵(UAN)，其中所述UAN溶液包含约30%至约35%尿素、约40%至约45%硝酸铵，其余为H2O ;并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈包含H2O的溶液形式，其包含氰氨化钙。在一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量小于混合物中不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的14倍。在一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量为混合物中不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍。
[0065]在一些实施方式中，所公开的组合物包括约5重量％至约10重量％氰氨化钙，例如约7重量％至约8重量％氰氨化钙。
[0066]在一些实施方式中，所公开的组合物还包括排泄物，例如液化粪肥。在一些实施方式中，所述排泄物为奶牛排泄物。
[0067]在一些实施方式中，所公开的组合物包括约0.01%氰氨化钙至约99.99% UAN溶液和约0.1%至约99.9%流体排泄物。
[0068]在一些实施方式中，所公开的组合物包括约25%氰氨化钙、约75% UAN溶液和约25%排泄物。
[0069]在一些实施方式 中，公开的组合物包括至所述混合物的至少一种非氮物质，例如植物养分。在一些实施方式中，所述非氮物质包括磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
[0070]在一些实施方式中，公开的组合物包括电解悬浮剂，例如苯胺或苯胺黑或碳黑离子物质或离子化金属元素，例如硅、铁、铝、碳或其组合。
[0071]在一些实施方式中，所述大致中性pH氮植物养分化合物混合物包括大约或高于
7.8 和 7.9 的 pH。
[0072]在一些实施方式中，公开的组合物包括通过约200目筛网的粒子。
[0073]在一些实施方式中，处理排泄物的方法包括添加有效量的公开的流体组合物至排泄物，其中流体混合物中所存在的H2O的质量为不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，从而形成混合物并处理排泄物。
[0074]在一些实施方式中，所述排泄物为液化粪肥。在一些实施方式中，所述排泄物不限于奶牛排泄物。
[0075]在一些实施方式中，所述方法还包括添加至少一种非氮物质至所述混合物，例如植物养分。在一些实施方式中，所述非氮物质选自磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
[0076]在一些实施方式中，所述方法还包括添加电解悬浮剂至所述混合物，例如离子化金属元素，例如硅、铁、镁、镍、铝、碳或其组合。
[0077]在一些实施方式中，所述大致中性pH氮植物养分化合物混合物具有或大于约7.8和7.9的pH。
[0078]在一些实施方式中，用于处理排泄物的流体组合物包含具有通过约60至约100目筛网尺寸、例如通过约80至约100目筛网尺寸的粒子。
[0079]在一些实施方式中，处理排泄物的方法还包括通过喷施向土壤施用所述混合物。
[0080]在一些实施方式中，增强植物生长的方法包括在种植之前、期间和或之后向土壤施用有效量的公开的流体组合物，其中所述流体组合物中存在的H2O的质量为不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，从而增强植物生长。
[0081]在一些实施方式中，施用有效量包括通过喷施、开沟器土壤注射或喷灌或滴灌施用所述组合物。
[0082]在一些实施方式中，制备流体组合物的方法包括将约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性PH氮植物养分化合物的混合物与约1份至约5份不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合，其中所述溶解的酸包括硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合，并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合，从而形成流体组合物。
[0083]在一些实施方式中，制备流体组合物的方法为如下方法:其中所述溶解的酸或酸形成的大致中性PH氮植物养分化合物为尿素硝酸铵(UAN)，其中该UAN溶液包含约30 %至约35%尿素、约40%至约45%硝酸铵，其余为H2O ;并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈包含H2O的溶液形式并包括氰氨化钙。
[0084]在所述制备方法的一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量小于该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的14倍。 [0085]在所述制备方法的一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量为该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍。
[0086]在所述制备方法的一些实施方式中，在循环工艺例如文氏管旁通MDB循环系统存在下实施所述组合。
[0087]在一些实施方式中，所述制备方法还包括添加至少一种非氮物质至所述组合物，例如植物或微生物养分。
[0088]在一些实施方式中，所述非氮物质选自磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫和其混合物。
[0089]在一些实施方式中，所述制备方法还包括添加排泄物至所述组合物，例如液化粪肥。在一些实施方式中，所述排泄物为奶牛排泄物。
[0090]在一些实施方式中，在开放式容器中实施所述制备方法。
[0091]在一些实施方式中,在未密封容器中实施所述制备方法。
[0092]在一些实施方式中，在大气的CO2存在下实施所述制备方法。
[0093]在一些实施方式中，所述制备方法还包括将所述肥料组合物脱水以形成固体。
[0094]在一些实施方式中，消化不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物以形成离子化钙化合物的方法，包括将约40份至约20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物与约1份至约5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合。然后所述包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合的溶解的酸和所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合，并且将包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合的呈溶液形式的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物水解，从而形成离子化钙化合物和不溶性碳。
[0095]在所述消化方法的一些实施方式中，不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物包括氰氨化钙。
[0096]在所述消化方法的一些实施方式中，在循环工艺例如文氏管旁通系统存在下实施所述组合。
[0097]II1.缩写和术语
[0098]a.缩写
[0099]F:华氏温度
[0100]N:氮
[0101]NUE:养分利用效率
[0102]P:磷
[0103]Tons/a:吨 / 英亩
[0104]UAN:尿素硝酸铵
[0105]CaNCN:氰氨化钙
[0106]b.术语
[0107]提供术语和方法的以下解释来更好地描述本公开并指导本领域普通技术人员实施本公开。如此处和所附权利要求书中所用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”或“一种”或“所述”包括复数个提及物。除非上下文另外明确指出，否则术语“或”是指所述可选要素的单一要素或者两个或更多个要素的组合。如本文所用的，“包含”是指“包括”。因此，“包含A或B”是指“包括A、B或A与B”，而不排除其它要素。
[0108]除非另外解释，否则本文所用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域普通技术人员通常所了解的相同含义。尽管在实施或测试本公开时可以使用与本文所述方法和材料类似或等效的方法和材料，但下文描述合适的方法和材料。应进一步理解，无论是否陈述词语“约”或“大致”等词，任何数量值都是近似值。除非另外说明，否则所有百分比和比率以重量计。
[0109]酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物:该短语包括如下的化合物，其包括硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合。
[0110]氨:具有式NH3的氮与氢的化合物。铵是氨的离子化形式并具有式NH4。在一些实施方式中，公开的组合物包括氨和或铵，例如硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、具有或不具有添加剂的高PH氨水或其组合。另外，如果如所公开的，水中的高PH氨消化分解潮湿的活的或死的有机物质，则其可以产生所公开的植物物质作用。
[0111]钙:钙离子(Ca2+)存在于大多数有机物质中并为许多酶反应所必需，包括促进活生物体例如微生物的能量利用的那些酶反应。此外，钙离子通过絮凝土壤和使水渗透而帮助修复土壤。另外，钙倾向于通过这些和其它作用增强有机或碳物质的分解。
[0112]虽然在自然界中在天然存在的石灰石(碳酸钙、CaCO3)中富含钙离子，但它们不容易摄取获得，因为碳酸钙相对不溶。由此可见需要将钙离子稳定为可溶形式，以增强钙被摄取到活的和死的有机物质中的速度，从而辅助植物生长和土壤修复。在一些实施例中，所公开的组合物包括钙。
[0113]氰氨化钙(CaNCN):作为工业用和农业用的替代低分析(I~〈12% )排泄沉积物的高分析氮源研究的一部分，在19世纪末期首次制备了包括约44%钙和约24%氮和约12%碳的组合物。其在1000至>3，000°C电弧炉中在大气的氮存在下通过燃烧黑煤和白色石灰石而制得。能量成本代表了大部分的氰氨化钙制造成本。氰氨化钙也称为石灰氮(LN)并与其同义；术语石灰氮或氰氨化钙可以互换使用。
[0114]也称为Nitrolime的商品CaNCN实际上是在所期望的氰氨化钙化合物制造期间形成或制造之后残留的数种组分的混合物。商品氰氨化钙中存在的其它组分包括氧化钙(CaO)、石墨碳(C)、双氰胺[(HNCN)2]和铁、铝、镁、镍、硅的氧化物以及硫酸钙(CaSO4)。
[0115]如本文所用的，术语氰氨化钙与术语商品氰氨化钙、其组分和其水解/溶解产物同义，除非根据上下文明确说明是指化合物氰氨化钙本身。然而，应认识到，术语氰氨化钙和商品氰氨化钙涵盖如下的氰氨化钙材料，其中商品氰氨化钙的其它组分例如碳、氧化钙、双氰胺不存在，受到源自组分石灰的组分的影响，或以不同于典型的商品氰氨化钙的量存在。这些术语还涵盖具有其它的含氮化合物和/或非氮植物养分的氰氨化钙材料。此外，应了解，本公开的组合物和方法的特定实施方式可用于活化和稳定化商品氰氨化钙中通常存在的单独组分的水溶解产物，例如包括双氰胺。
[0116]通常，出于一种原因或另一种原因，处理商品氰氨化钙以改变氰胺的形式或除去制造后残留的成分。例如，因为氰氨化钙是一种缓效肥料，其在水中微溶，工厂经常将其转化成水溶性分子氰胺(H2NCN),使其更快起效而且氮分析源更高。在这个过程中，通过使钙离子(Ca2+)以碳酸钙(CaCO3)形式沉淀并且通过酸化以将最初形成的氰胺离子(HCN2_)转化成酸式氰胺离子(HNCN-)，然后再转化成在pH值4.5~5.5下占据优势地位的分子氰胺，而迫使氰氨化钙溶解在水中。然后通过过滤除去不溶性碳酸钙和可能夹带在碳酸钙中的石墨碳。所得溶液应保持冷却，例如冷冻，因为它在高于约70 °F下不稳定。
[0117]因为氰氨 化钙是缓效的，一次施用量高达100~3000磅/英亩，其持续作用整个生长季节。然而，当以这些典型的季节施肥量施用氰氨化钙，特别是在寒冷和或干燥条件下时，需要延迟种植直至高浓度的渗透植物的氰氨化钙初始水解产物耗散，这些产物会使种子和幼苗中毒(植物毒性)。此外，因为呈有毒粉尘不规则颗粒形式的氰氨化钙难于标定，所以其施用可能是随意的，以致于田地的一部分可能准备好供种植，而其它部分却呈现持久的植物中毒。氰氨化钙的植物毒性特征还使它甚至不能以低施用量反复干式施用。
[0118]出于上述原因，干氰氨化钙的使用已经减少，而且目前在美国已经不再将其仅用作肥料或现今不再称为杀虫剂。在世界范围内，其使用大部分局限于水稻栽培，这些地方的湿热条件使其它氮肥料例如尿素快速降解并从土壤中除去。
[0119]氰氨化钙更通常转化为更快起效和更高分析形式的氮。例如，氰氨化钙可在二氧化碳存在下有氧水解，提供不含钙的尿素(42% N)。由氰氨化钙产生的其它高分析氮形式包括不含钙的双氰胺((HNCN)2,66% N)和分子氰胺(H2NCN,66% N)。这些形式已经在农业和当今许多工业聚合物化学品和药品的制造中找到了应用。然而，对植物有益的钙却不是这些产品的组成部分。
[0120]提供这样的组合物和方法将是有益的，它们利用氰氨化钙的缓效特性，却提供立即可得的植物氮和钙而没有植物中毒的后果。如果这些组合物和方法使标定氰氨化钙的施用量更容易并且便于在整个生长季节中重复地更小量施用，则这也很有利。此外，如果以更经济的施用量实现这些益处，而且使更多在商品氰氨化钙中存在的组分得到利用，则这也将是一大好处。
[0121]Hartmann已经部分地实现这些益处，如美国专利N0.5，698，004、5，976，212和7，785，388B2中所述的，通过参考将所述专利并入本文中。与反对用氰氨化钙的初始水解产物对植物施肥(由于其植物毒性)的教导相反，Hartmann致力于提供易于递送的稳定的水解离子CaNCN溶液，其含有可渗透植物的酸式氰胺阴离子直接作用于植物。可以将碱添加至这样的离子溶液中以保持适合酸式氰胺离子的pH。这些现有专利中教导的可喷施氰氨化钙溶液，如果其不可溶解，例如碳酸钙和碳残留物，则用过滤方法除去。夹带另外的可喷施碳的碳酸钙的球和块容易堵塞泵送和喷施设备。由于碳对于植物、微生物和土壤也是有益的，所以如果存在防止其球和块形成的方法，使得更多钙保持可溶，无需过滤，而且商品氰氨化钙中存在的不溶性碳残留物能够维持可容易喷施的形式，则这也会是有利的，因为甚至一些可喷施物在不存在佐剂和或更多水的情况下也不容易喷施。而且，如果不需要加碱来克服这些溶液PH下降的趋势就可维持对酸式氰胺离子有利的pH并形成在8与10之间pH范围内的双氰胺，则这将是有利的。
[0122]当氰氨化钙首先在水中水解时，其产生钙离子(Ca2+)和氰胺离子(HCN2_)作为产物。氰胺离子碱性很强并与水反应形成酸式氰胺离子(HNCN—)。酸式氰胺离子是两性的，即它可以充当酸或碱。如果酸式氰胺离子充当酸，则它将恢复成氰胺离子，而如果它充当碱，则其将反应形成分子氰胺(H2NCN)。氰胺溶于溶液中的形式将取决于溶液的pH，但pH低于10.3有利于分子氰胺，该pH对于土壤是典型的。分子氰胺然后可经水解形成双氰胺(C2H4N4)，然后形 成尿素，其可进一步反应形成挥发性氨，然后形成铵分子，铵分子可进一步转化为硝酸盐。
[0123]如前所述，酸式氰胺离子具植物和生物体渗透性。一旦被植物吸收，则在形成尿素之前，所述酸式氰胺离子仅存在2~4小时，尿素存在4~8小时。尿素和酸式氰胺都刺激植物在植物中产生精氨酸，这与植物健康有关(参见例如Kunz等人，Zeitschrift furPlantzen Krankheiten und Flanzenschutz, 61:481-521，1954 ;Lovatt 等人，ProceedingsCalifornia Plant and Soil Conference (加利福尼亚织物和土壤会议记录)1992&1995 ;Wunsch等人，Zeitshrift fur Pflanzenphysiology, 72:359-366, 1974;以及Von Fishbeck等人，Zeitschrift fur Planzen Krankheiten, 71:24-34，1964)。因此，为了产生多产、无寄生虫害、无病的健康植物，期望稳定化植物并为植物提供尿素和酸式氰胺离子的组合物和方法。例如，近来发现，蚜虫和其它刺吸式昆虫没有胰腺来转化糖，因此导致它们死亡。本发明人将所公开的CaNCN溶液喷雾施用到植物上或土壤中，并观察到保持无真菌和昆虫的厚实、更光亮和更闪亮的叶子。
[0124]当按肥料比施用CaNCN时，出现顶部温热湿润土壤的快速不可控制的需氧水解，驱使最初可溶性钙变成不溶性钙形式和氰胺离子，然后变成双氰胺，然后又变成尿素，然后在所述位置产生气态氨。因此，看起来需要在高度稀释液中经济地稳定化初始的预水解可溶性酸式氰胺离子和钙离子，使得它们可以快速渗滤到所选目标部位，在这些地方离子可以被植物吸收并帮助维持土壤多孔性。
[0125]溶解的酸:溶液中的酸。在一些实施例中，所公开的流体化合物包括溶解的酸，例如硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合。
[0126]排泄物:从身体内排出的废弃物质。在一些实施例中，排泄物为粪肥，例如液化粪肥。
[0127] 石膏:由二水合硫酸钙构成的硫酸盐矿物，化学式为CaSO4.2H20。在一些实施方式中，公开的流体组合物包括石膏。
[0128]不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物:用于描述包括氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合的化合物的短语。
[0129]氮:在其分子形式N2中，氮构成地球大气的约78%。氮是活生物体中存在的所有蛋白质物质的组分，但仅一些生物体(例如固氮菌)能够直接捕获大气中的氮并将其纳入生物圈。
[0130]包含在死亡和腐败有机物质中以及另外在动物排泄物中的蛋白质物质代表了用于活生物体生长的氮的巨大潜在来源。然而，以蛋白质形式，氮是不溶的而且不能被活生物体利用，除非经由分解剂作用，才释放出呈气态NH3和可浸析的NH4+、NO2-和N03_形式的氮。这些形式可以被植物利用并允许氮再次进入活跃的生物圈。在一些实施例中，所公开的组合物包括氮，例如呈硝酸盐形式。
[0131]非氮物质:不含氮的物质。在一些实施例中，非氮物质为不含氮的植物养分。非氮物质可以包括磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
[0132]植物养分:影响植物生长的分子。已经确定多种分子是植物生长不可或缺的，包括碳，氧，水，主要多量养分，包括氮(N)、磷⑵、钾(K)，次要多量养分，包括钙(Ca)、硫(S)、镁(Mg)，多量养分硅(Si)，以及微量养分或痕量物质(例如硼(B)、氯(Cl)、锰(Mn)、铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、钥(Mo)、镍(Ni)、硒(Se)和钠(Na))。多量养分的消耗量较大并且以0.2%~4.0% (以物质干重计)的量存在于植物组织中。微量养分以按百万分率测量的量存在于植物组织中，范围为5~200ppm，或小于0.02%干重。
[0133]粉末状活性碳(PAC):传统上，活性碳以尺寸小于1.0mm的粉末或精细颗粒的微粒形式制得，平均直径介于0.15mm与0.25mm之间。因此，它们呈现出大的表面与体积比并具有小的扩散距离。PAC由压碎或研磨的碳粒子构成，其中95~100%可通过指定筛目的筛子。颗粒状活性碳被定义为保留在50目筛(0.297mm)上的活性碳，PAC材料为更精细的材料，而美国测试与材料学会(ASTM)将对应于80目筛(0.177mm)或更小的粒度归类为PAC。由于会出现的高压头(head)损失，PAC不常用于专门容器中。PAC —般直接添加至其它工艺单元例如原水进水口、快速混合池、澄清器和重力过滤器。
[0134]土壤微生物或微体生物:土壤微生物包括但不限于细菌、真菌和原生动物，只要存在碳能源，它们就能在土壤中大量存在。在土壤中有大量的细菌存在，但由于其尺寸小，它们具有较小的生物量。放线菌的数目小10倍，但尺寸较大，所以它们的生物量与细菌类似。真菌群体数目较小，但当土壤不被扰动时它们主导土壤生物量。细菌、放线菌和原生动物的生命力很强并且可以比真菌群体承受更多的土壤扰动，因此它们在翻耕的土壤中占主导地位，而真菌和线虫群体倾向于在未翻耕或免耕土壤中占主导地位。
[0135]土壤有机物质(SOM)由“活的”(微生物)、“死的”(新鲜残留物)和“非常死的”(腐殖质)部分组成。“非常死”或腐殖质是经历了数千年并抵抗分解的长期SOM部分。土壤有机物质具有被称为活性S0M(35% )和钝性S0M(65% )的两种组分。活性SOM由“活的”和“死的”新鲜植物或动物材料组成，其为微生物的食物并由容易消化的糖和蛋白质组成。钝性SOM抵抗微生物分解并且木质素含量更高。[0136]微生物需要土壤中定期供应活性SOM以在土壤中存活。长期免耕土壤相比于常规翻耕土壤具有显著更大的微生物水平、更多的活性碳、更多的SOM以及更多的储存碳。土壤中的大部分微生物存在于饥饿条件下并且因此它们往往处于休眠状态，尤其是在翻耕土壤中。土壤有机物质可分解成其组成部分。一百克(g)或100磅(Ibs)的死亡植物物质产生约60~80g(lbs)的二氧化碳,其释放到大气中。其余20~40g(lbs)的能量和养分分解并转化为约3~8g(lbs)的微生物(活物)、3~8g(lbs)的非腐殖质化合物(死物)以及10~30g(lbs)的腐殖质(非常死物，抗分解)。
[0137]死亡的植物残留物和植物养分变成土壤中微生物的食物。土壤有机物质(SOM)基本上是土壤中活的和死的全部有机物质(具有碳的任何物质)。SOM包括植物、蓝绿藻、微生物(细菌、真菌、原生动物、线虫、甲虫、跳虫等)以及来自植物、动物和微生物的新鲜和分解的有机物质。随着土壤微生物分解有机残留物，它们将养分缓慢释放回到土壤中用于冬天覆盖作物或用于前面的作物。较高的温度和湿气通过增加土壤中的微生物群体而增加SOM的破坏。具有低碳与氮(C:N)比(小于20)的有机残留物容易分解并迅速释放养分(4~8周)，而具有高C:N比率(大于20)的有机残留物缓慢分解并且微生物将占用土壤氮来分解残留物。原生动物和线虫消耗土壤中的其它微生物并以氨形式释放氮，这变成其它微生物可用的或被植物根部吸收。
[0138]土壤有机物质(SOM)大部分由碳组成，但与碳相关的是大量的来自蛋白质的氮和硫，以及磷和钾。具生物活性并具有较高量的活性碳的土壤相比于不具生物活性并含有较少活性有机物质的土壤再循环和释放更多的养分供植物生长。在免耕条件下，每年释放少量的养分以缓慢和有效地向植物根部提供养分。然而，随着耕作，可以释放出大量的养分，这是因为SOM被微生物消耗和破坏。由于SOM水平是缓慢建立的，因此养分的储存能力下降并且所释放的过量养分经常浸析到地表水。SOM是许多植物养分的仓库。
[0139]尿素或脲:具有化学式CO(NH2)2的有机化合物。尿素在动物的含氮化合物代谢中发挥作用并且是哺乳动物尿液中的主要含氮物质。它是固体，无色的，并且高度可溶于水中。它溶解于水中时既不是酸性也不是碱性的。身体在许多过程中使用它，最显著的是氮排泄。尿素被广泛用于肥料中作为方便的氮来源。
[0140]对仅尿素情况下的水浸液进行37周温度控制烘箱研究，2比率的CaNCN/尿素或水仅控制穿过具有水捕集点的壤土柱，证明保持低于但接近所述比率的尿素可改良土壤并留在根区中，表明所期望的土壤和植物根部靶向供在灌溉系统中递送的递送特性。水控制造成土壤板结和龟裂，因此从起点掉到底部。
[0141]干燥的水溶性尿素是一种低成本、速效且容易标定的可溶性氮形式。然而，认为尿素经历快速水解，其可能导致氨气释放和/或由于硝酸盐浸析而损失。尿素和排泄物水解还产生大量的温室气体co2。实际上，尿素和分解的含尿素蛋白质动物排泄物现在被视为对环境具威胁性，以致使用这些肥料的农民已经因为违反了规定硝酸盐的清洁水法而遭受罚款和判决。因此期望提供使尿素和动物排泄物作为肥料利用而不会损失氨或快速浸析硝酸盐的组合物和方法。
[0142]有两种现有的基本方法，用于同时使尿素源氮被植物更长期利用和减少硝酸盐污染。首先 是包覆尿素以缓慢释放尿素，称为缓释。其次是通过抑制尿素酶的作用或抑制硝化，或者通过两者，减缓土壤微生物将尿素向硝酸盐转化。[0143]可通过用疏水性物质例如硫包覆尿素以制造缓释颗粒来实现尿素溶解控制。Ali的美国专利N0.4，081，264示例了这种技术。Ali描述了通过用熔融硫包覆肥料物质(例如，尿素)而制备的囊封缓释肥料。被硫包覆的尿素粒子是脆性的，所以它们经常用增塑物质例如浙青包覆，以增加其机械强度。最后，可能需要无机材料例如滑石的另一种涂层来提供自由流动的材料。虽然缓释颗粒能够在整个生长季节内延长氮可用性并减少硝酸盐浸析，但对一般农业应用来说它们的费用太高，特别是鉴于它们的更低氮含量。
[0144]尿素酶抑制剂作用是减缓尿素向铵离子转化。这样的抑制剂包括磷酰三胺，例如N-(正丁基)硫代磷酰三胺(NBPT)(参见例如美国专利N0.4，530, 714)。然而磷酰三胺难于处理而且易分解。将磷酰三胺有效合并到含颗粒状尿素的肥料中，这可通过使用液态酰胺溶剂来实现，但是在 造粒工艺中使用这类溶剂增加了肥料成本。
[0145]当与尿素、氨和铵盐肥料组合时，硝化抑制剂还可以用于减少硝酸盐浸析。已知的硝化抑制剂包括双氰胺(DCD)和N-卤代胺化合物。由氰氨化钙制造并且在CaNCN递送至潮湿土壤后不久在土壤中形成的双氰胺还起到硝化抑制剂的作用。但其在炎热土壤中寿命短。
[0146]尽管相信氰氨化钙起到尿素酶和硝化抑制剂两种作用，但向尿素直接添加氰氨化钙受到劝阻，因为商品氰氨化钙的钙形式促进氨挥发，尤其是在湿条件下(Nianzu等人,Fertilizer Research, 41:19-26，1995)。
[0147]因此需要的是这样的组合物和方法，其可利用氰氨化钙在尿素施用后减轻硝酸盐浸析的潜力。此外，提供如下的组合物和方法是有利的，它们甚至在湿条件下也可将商品氰氨化钙与尿素直接组合，并保护氰氨化钙和/或其水解产物的钙形式组分。本发明公开了氰氨化钙的碳转化为更容易供养土壤微生物的活化或活性碳，其因此将带有氮和其它植物养分以使根毛在需要时从其汲取。微生物继续固持供植物根部生长消耗的氮、磷和其它养分，防止废物和损失进入水环境中。
[0148]尿素硝酸铵(UAN)是用作肥料的尿素和硝酸铵于水中的溶液。尿素与硝酸铵的组合具有极低临界相对湿度(在30°C下为18% )并以液体肥料形式使用。这些肥料溶液的最常用等级是UAN32-0-0(32% N)，也称为UAN32或UAN-32，其包括50%尿素、25%铵态氮和25%硝态氮以及20%水。其它等级为UAN28(包括40%硝酸铵、30%尿素和30%水)、UAN30(包括42%硝酸铵、33%尿素和30%水)以及UAN18。该溶液对低碳钢(在C1010钢上至多500MPY)具腐蚀性并因此一般配备腐蚀抑制剂以保护储槽、管线、喷嘴等，或如本文最新公开的进行处理以防止这种腐蚀活性。
[0149]IV.流体离子化组合物
[0150]此处公开了流体离子化组合物，例如流体氰氨化钙肥料组合物。在一些实施方式中，流体组合物包括约40~20份，例如35~25份、30~20份，包括40份、39份、38份、37份、36份、35份、34份、33份、32份、31份、30份、29份、28份、27份、26份、25份、24份、23份、22份、21份或20份的溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物，与约1份至约10份，例如约2~8份、约3~7份、约1份至约5份，包括1份、2份、3份、4份或5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物。在一些实施例中，所述溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合；并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合。
[0151]在一些实施例中，所述流体组合物中存在的H2O的质量少于该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的14倍，例如为该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的约13倍、约12倍、约11倍、约10倍、约9倍、约8倍、约7倍，包括13倍、12倍、11倍、10倍、9倍、8倍、7倍。在一些实施方式中，将包括少于该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物质量的14倍的H2O量的组合物指示为浓缩物。在一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量为该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，例如约14倍、约15倍、约16倍、约17倍、约18倍、约19倍、约20倍、约21倍、约22倍、约23倍、约24倍、约25倍、约26倍、约27倍、约28倍、约29倍、约30倍，包括14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、20倍、21倍、22倍、23倍、24倍、25倍、26倍、27倍、28倍、29倍、30倍。在一些实施例中，通过稀释浓缩物来制备包括该混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍的H2O量的组合物。
[0152]在一些实施例中，所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并且范围为约0.1重量％至小于约30重量％、更优选约0.1重量％至小于约20重量％、甚至更优选约0.1重量％至小于约10重量％，并且通常介于5重量％~10重量例如约7重量％与约8重量％之间，包括约0.1重量％、约0.5重量％、约I重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％ 、约18重量％、约19重量％、约20重量％、约21重量％、约22重量％、约23重量％、约24重量％、约25重量％、约26重量％、约27重量％、约28重量％、约29重量％、约30重量％。
[0153]在一些实施例中，公开的组合物包括溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物，其包括尿素硝酸铵(UAN)，其中所述UAN溶液包含约20%至约40%尿素，例如约30%至约 35%尿素，包括 20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40% 的尿素；约 30% 至约 55%硝酸铵，例如约35%至约50%，例如约40%至约45%硝酸铵，包括35%、36%、37%、38%、39%、40%,41 %,42%,43%,44%,45%,46%,47%,48%,49%,50%,51 %,52%,53%,54%,55%的硝酸铵；其余为H2O ;并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈包含H2O的溶液形式并包含氰氨化钙。在一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量小于氰氨化钙质量的14倍，例如该混合物中氰氨化钙的质量的约13倍、约12倍、约11倍、约10倍、约9倍、约8倍、约7倍，包括13倍、12倍、11倍、10倍、9倍、8倍、7倍。在一些实施例中，将包括小于14倍的流体混合物中存在的H2O量的组合物指示为浓缩物。在一些实施方式中，所述流体混合物中存在的H2O的质量为氰氨化钙的质量的至少14倍，例如约14倍、约15倍、约16倍、约17倍、约18倍、约19倍、约20倍、约21倍、约22倍、约23倍、约24倍、约25倍、约26倍、约27倍、约28倍、约29倍、约30倍，包括14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、20倍、21倍、22倍、23倍、24倍、25倍、26倍、27倍、28倍、29倍、30倍。在一些实施例中，通过稀释浓缩物来制备包括氰氨化钙的质量的至少14倍的H2O量的组合物。
[0154]在一些实施例中，公开的组合物包括如下量的氰氨化钙:约0.1重量％至小于约30重量％，更优选约0.1重量％至小于约20重量％，甚至更优选约0.1重量％至小于约10重量%，并且通常介于5重量％~10重量%、例如约7重量％与约8重量％之间,包括约0.1重量％、约0.5重量％、约I重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％、约18重量％、约19重量％、约20重量％、约21重量％、约22重量％、约23重量％、约24重量％、约25重量％、约26重量％、约27重量％、约28重量％、约29重量％、约30重量％。
[0155]在一些实施例中，公开的组合物还包括排泄物，例如液化排泄物(例如，水性粪肥浆液)。在一些实施例中，所述排泄物为动物排泄物，例如奶牛或猪排泄物。
[0156]在一些实施方式中，所公开的组合物包括约0.01%氰氨化钙至约99.99% UAN溶液和约0.1%至约99.9%流体排泄物。
[0157]在一些实施方式中，所公开的组合物包括约25%氰氨化钙、25%至约50% UAN溶液和约50%至约25%排泄物。
[0158]本公开组合物的实施方式中还可包括其它植物肥料物质、养分和土壤改良剂。其它植物肥料、养分和土壤改良剂包括但不限于磷、钾、铁、铜、锌、锰、硫、硼、镁、钥和其混合物。包括微量养分的植物养分的更详尽列表见于美国植物食品管理机构协会(AAPFCO)的官方出版物，第53卷， 2000年或以后，通过参考将该文献并入本文中。
[0159]在一些实施例中，公开的组合物包括至所述混合物的至少一种非氮物质，例如植物养分。在一些实施例中，所述非氮物质包括磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
[0160]在一些实施例中，公开的组合物包括电解悬浮剂，例如离子化金属元素，例如硅、铁、招、碳或其组合。
[0161]在一些实施例中，所述大致中性pH氮植物养分化合物混合物包括如下的pH:约7.4至约8，例如约7.6至约7.9，例如约7.8和7.9，例如约7.4、约7.5、约7.6、约7.7、约7.8、约7.9或约8。
[0162]在一些实施例中，公开的组合物包括通过约60至约240目，例如通过约80至约200目，例如通过约60、约80、约100、约120、约180、约200目的粒子。
[0163]可以用容器制备、运输、销售和储存本公开的组合物。现有公开要求在非曝气情况下制备并保持氰氨化钙肥料以防止可溶性钙离子形成无活性的CaC03。特别地，例如通过在容器中形成混合物来抑制混合物的曝气，其中所述容器还容纳气体例如氮气、氩气、氨、乙炔和其混合物，所述气体用于抑制容器与大气之间的气体交换。本文已令人惊讶地确定，所公开的组合物无需在密封容器中制备或保持，并且实际上可以暴露于空气或包括二氧化碳在内的其它气体(其通过开放式空气搅拌来加速)，而不会造成可溶性钙离子形成无活性的 CaCO3。
[0164]V.制备流体离子化组合物的方法
[0165]提供制备所公开流体离子化组合物的方法。在一些实施例中，制备流体组合物的方法包括，将约40~20份，例如35~25份、30~20份，包括40份、39份、38份、37份、36份、35份、34份、33份、32份、31份、30份、29份、28份、27份、26份、25份、24份、23份、22
份、21份或20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物，与约1份至约10份，例如约2~8份、约3~7份、约I至约5份，包括1份、2份、3份、4份或5份的不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的混合物组合，从而形成流体组合物。在一些实施例中，所述溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合；并且所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合。
[0166]在一些实施例中，所述大致中性pH氮植物养分化合物混合物具有如下的pH:约7.4和约8，例如约7.6和约7.9，例如约7.8和7.9，例如约7.4、约7.5、约7.6、约7.7、约
7.8、约7.9或约8。
[0167]在一些实施例中，添加H2O至所述混合物以使得所得流体组合物包含小于14倍的所述混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量，例如所述混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的约13倍、约12倍、约11倍、约10倍、约9倍、约8倍、约7倍，包括13倍、12倍、11倍、10倍、9倍、8倍、7倍。在一些实施例中，可通过包括小于混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的14倍的H2O量来制备公开的组合物的浓缩物。
[0168]在一些实施例中，添加H2O至所述混合物以使得所得流体组合物包含所述混合物中不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，例如约14倍、约15倍、约16倍、约17倍、约18倍、约19倍、约20倍、约21倍、约22倍、约23倍、约24倍、约25倍、约26倍、约27倍、约28倍 、约29倍、约30倍，包括14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、20倍、21倍、22倍、23倍、24倍、25倍、26倍、27倍、28倍、29倍、30倍。在一些实施例中，可通过向所制备的浓缩物中添加所需量的H2O来制备包括混合物中不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍的H2O量的组合物。
[0169]在一些实施例中，可通过向溶液中添加所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物来制备流体组合物，其范围为约0.1重量％至小于约30重量％、更优选约0.1重量％至小于约20重量％、甚至更优选约0.1重量％至小于约10重量％，且通常介于5重量％~10重量％、例如约7重量％与约8重量％之间,包括约0.1重量％、约0.5重量％、约I重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％、约18重量％、约19重量％、约20重量％、约21重量％、约22重量％、约23重量％、约24重量％、约25重量％、约26重量％、约27重量％、约28重量％、约29重量％、约30重量％。
[0170]在一些实施例中，通过将包含约20%至约40%尿素，例如约30%至约35%尿素，包括 20%、21 %、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、31 %、32%、33%、34%、35%、36%、37%、38%、39%、40%的尿素，约30%至约55%硝酸铵，例如约35%至约50%，例如约 40%至约 45%硝酸铵，包括 35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55% 的硝酸铵的 UAN溶液，与H2O和氰氨化钙组合，来制备所公开的包括尿素硝酸铵(UAN)的组合物。在一些实施例中，制备流体组合物以使得H2O的质量小于氰氨化钙的质量的14倍，例如组合物中氰氨化钙的质量的约13倍、约12倍、约11倍、约10倍、约9倍、约8倍、约7倍，包括13倍、12倍、11倍、10倍、9倍、8倍、7倍。在一些实施例中，通过以使得H2O量小于氰氨化钙质量的14倍的体积添加H2O,来制备包括氰氨化钙的流体组合物的浓缩物。
[0171 ] 在一些实施例中，添加H2O至包括氰氨化钙的流体混合物以使得H2O质量为氰氨化钙质量的至少14倍，例如氰氨化钙质量的约14倍、约15倍、约16倍、约17倍、约18倍、约19倍、约20倍、约21倍、约22倍、约23倍、约24倍、约25倍、约26倍、约27倍、约28倍、约29倍、约30倍，包括14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、20倍、21倍、22倍、23倍、24倍、25倍、26倍、27倍、28倍、29倍或30倍。在一些实施例中，通过稀释浓缩物来制备包括H2O量为氰氨化钙质量的至少14倍的组合物。
[0172]在一些实施例中，通过向包括H2O和UAN的溶液中添加氰氨化钙来制备所公开的组合物，其添加量为约0.1重量％至小于约30重量％、更优选约0.1重量％至小于约20重量％、甚至更优选约0.1重量％至小于约10重量％，并且通常介于5重量％~10重量％、例如约7重量％与约8重量％之间，包括约0.1重量％、约0.5重量％、约I重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％、约18重量％、约19重量％、约20重量％、约21重量％、约22重量％、约23重量％、约24重量％、约25重量％、约26重量％、约27重量％、约28重量％、约29重量％、约30重量％。
[0173]在一些实施例中，将排泄物例如液化排泄物(包括但不限于奶牛排泄物)与包含约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物和约1份至约5份不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合，其中所述溶解的酸包括硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合，并且所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合，从而形成流体组合物。
[0174]在一些实施例中，将其它植物肥料物质、养分和土壤改良剂与公开的流体组合物组合。其它植物肥料、养分和土壤改良剂包括但不限于磷、钾、铁、铜、锌、锰、硫、硼、镁、钥和其混合物。
[0175]在一些实施例中，添加至少一种非氮物质例如植物养分至所述流体混合物。在一些实施例中，添加非氮物质例如磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍或其混合物至所述混合物。
[0176]在一些实施例中，添加电解悬浮剂至所述混合物。示例性电解悬浮剂包括但不限于离子化金属元素，例如硅、铁、铝、碳或其组合。
[0177]在一些实施例中，制备公开的组合物以得到具有通过约60至约240目的尺寸，例如通过约80至约200目，例如通过约60、约80、约100、约120、约180、约200目的尺寸的粒子。
[0178]在所述制备方 法的一些实施例中，在循环工艺存在下实施所述组合。预期可使用本领域普通技术人员已知的任何循环工艺来制备所述流体组合物。在一些实施例中，使用文氏管旁通系统或其它类似的强力掺合系统来制备公开的流体组合物。
[0179]可在开放式容器或密闭式容器中实施所公开的方法。所述方法的效率并不依赖于不存在大气气体例如co2。此外，不需要添加剂或加热来维持组合物的流体状态。在一些实施例中，在开放式容器中实施所述方法。在一些实施例中，在未密封容器中实施所述方法。在一些实施例中，在大气的CO2存在下实施所述方法。在一些实施例中，在开放式容器中、在未密封容器中和/或在大气的CO2存在下实施所述制备方法。虽然可在密闭式容器中实施所述方法，但这是不需要的。
[0180]在一些实施例中，实施制备方法还包括将肥料组合物脱水以形成固体。通过形成所公开液体组合物，例如包含氰氨化钙的流体组合物，并将其脱水，可以提供如下的固体，其包含呈易于溶解、可标定和稳定形式的氰氨化钙的初始溶解和水解产物。
[0181]在化学和肥料领域中公知将液体组合物脱水以提供固体材料的方法。作为其最简单的形式，可以简单地使来自水性组合物的水蒸发。可通过使用真空、通过使气体例如惰性气体鼓泡通过组合物、或通过使组合物在惰性气体例如氩气保护层下蒸发来加速蒸发过程。还可以使用加热来促进蒸发。水性组合物的冷冻干燥是另一种选择。在冷冻干燥期间，使用真空升华来自冷冻液体组合物的水。脱水设备可获自MCD科技(华盛顿州，塔科马港市)。
[0182]V1.使用方法
[0183]本文公开了所提供的流体离子化组合物的使用方法。这些用途包括农业用途，例如施肥和/或土壤改良组合物(例如增加有益微生物的土壤基)以及用于消毒和控制特定材料的气味，所述材 料包括肥料和/或废料，例如但不限于人类排放废物、牲畜粪肥和排放废物、垃圾、油类、植物材料例如蔬菜废料，以及造纸材料。尽管本公开不限于特定的操作理论，但相信所公开的协同组合物在使用中所产生的功效很大程度上来自于生物活性酸式氰胺离子和例如由氰氨化钙和石膏CaSO4.2Η20提供的可溶性钙的稳定化。另外，协同组合物的功效可能来自于以下发现:这些组合物能够增强土壤渗透性并使生物活性氰胺离子和可溶性钙离子渗透到地面处或地面之上的植物中并深入到土壤中供根部摄取。
[0184]作为肥料和土壤改良组合物、或作为控制气味和消毒组合物，本文所述的使用方法通常包括:(1)形成所述组合物，和(2)将所述组合物施用到各种材料和/或场所，例如散发气味的材料、特别是人类和动物的废物和流体、屠宰场废物或农田。如上所述形成所述组合物。一旦形成，就可通过任何合适的方法包括使用手工或使用常规喷施或灌溉技术，将所述组合物施用到散发气味的材料和/或农田。在一些实施例中，所公开的组合物以水性分散液形式施用，该分散液包括悬浮液和过滤溶液。例如，可通过添加另外的溶剂例如H2O将浓缩物组合物稀释至所期望的浓度，按照需要混合、倾析和/或过滤，然后例如通过使用常规喷施和灌溉注射装置施用到农田。所公开的组合物提供一种独特的优点，其在于可以方便地使用喷施装置，而没有迄今普遍存在的与使用常规的大体上较大氰氨化钙粒子相关的堵塞问题或需要曝气抑制的问题。
[0185]特别地，公开了处理排泄物的方法、增强植物生长的方法以及消化不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的方法。
[0186]1.处理排泄物的方法
[0187]在一些实施例中，处理排泄物的方法可包括向排泄物例如动物排泄物添加有效量的所公开的流体组合物，例如在IV部分中详细描述的那些流体组合物。在一些实施例中，有效量为如下的量:其中流体组合物中存在的H2O的质量为不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍。可使用所公开的方法来处理各种形式的排泄物，例如动物排泄物，包括液化粪肥。在一些实施例中，所述排泄物为奶牛、猪或鸡的排泄物。
[0188] 在一些实施例中，所述方法还包括添加至少一种非氮物质至所述混合物，例如植物养分。在一些实施方式中，所述非氮物质选自磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
[0189]在一些实施例中，所述方法还包括添加电解悬浮剂至所述混合物，例如离子化金属元素，例如娃、铁、招、碳或其组合。
[0190]在一些实施例中，所述大致中性pH氮植物养分化合物混合物具有约7.8和7.9的pH。
[0191]在一些实施例中，所述流体组合物包含具有通过约60至约100目筛网尺寸、例如通过约80至约100目筛网尺寸的粒子。
[0192]在一些实施例中，所述处理排泄物的方法还包括通过灌溉系统例如施肥/富氮(nitrigation)系统向植物、土壤或介质施用所述混合物。在一些实施例中，所述处理排泄物的方法包括通过喷施向土壤、植物或包括排泄物的介质施用所公开的组合物。
[0193]在一些实施例中，所述处理排泄物的方法包括例如在处理设施中处理城市污水废物。
[0194]i1.增强植物生长的方法
[0195]公开了增强植物生长的方法。在一些实施例中，增强植物生长的方法包括在种植之前、期间和/或之后向土壤施用有效量的公开的流体组合物，其中所述流体组合物中存在的H2O的质量为所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，从而增强植物生长。
[0196]在一些实施方式中，施用有效量包括通过灌溉系统例如施肥/富氮或滴灌系统向植物、土壤或介质施用所述组合物。在一些实施例中，增强植物生长的方法包括通过喷施向土壤、植物或包括排泄物的介质施用有效量的所公开的组合物。
[0197]在一些实施方式中，增强植物生长的方法包括在所公开组合物的容器中，向所公开组合物施用右旋偏置的分子和电子自旋的量子谐波共振以增加与生物系统的相容性(QHR)或向分子和电子自旋赋予严重/完全右旋偏置以增加与生物系统的相容性的机械方法(MDB)。因此，还公开了调节流体组合物内的元素的电子自旋的方法。在一些实施方式中，增强植物生长的方法包括在用一种或多种所公开流体组合物处理之前、期间和/或之后使植物暴露于声音，例如小于4000赫兹的可听低频声音。例如，选择声音的频率来增强植物叶片气孔打开。
[0198]ii1.消化不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的方法
[0199]公开了消化不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分以形成离子化钙化合物的方法。在一些实施方式中，一种消化不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物以形成离子化钙化合物的方法，包括将约40份至约20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物，与约1份至约5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合，其中溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高pH氨水或其组合，并且将包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合的呈溶液形式的不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物水解，从而形成离子化钙化合物和不溶性碳。 [0200]在所述消化方法的一些实施例中，所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物包括氰氨化钙。
[0201]在所述消化方法的一些实施例中，在循环工艺例如文氏管旁通系统或其它类似的强力掺合系统的存在下实施所述组合。
[0202]在一些实施方式中，所述方法还包括施用声音。
[0203]iv.消化蛋白质物质的方法
[0204]公开了消化蛋白质物质的方法。在一些实施方式中，消化蛋白质物质的方法是通过使用氨水对蛋白质物质进行碱性消化的方法。在一些实施例中，蛋白质物质是植物、植物部分或植物种子。在一些实施例中，所述方法包括通过在水中水解尿素来形成氨。例如，使用氰氨化钙以在水中水解尿素。在一些实施例中，所述方法包括使用包含钙的氰氨化钙以在水中水解尿素。在一些实施例中，使用氰氨化钙内的钙来水解尿素硝酸铵中的尿素。
[0205]在所述消化方法的一些实施例中，在循环工艺例如文氏管MDB旁通循环系统或QHR共振系统或其它类似的强力掺合系统的存在下实施所述组合。
[0206]通过压缩CO2与氨(NH3)来制造尿素。流体尿素硝酸铵UAN包含30 %~20 %的水以使得溶解在水中的尿素和硝酸铵的浓度包含28%或32%氮。
[0207]在本公开中，在包含水的流体UAN的容器中水解氰氨化钙。这产生可溶性离子钙，其活泼地将尿素在水中再水解成其原始组分氨和C02。通常地以及通过这个过程，UAN可以
具有氨。
[0208]本公开还描述了从原始组分硝酸水解、解离或分离出的铵，其可以进一步消化来自氰氨化钙的其它钙化合物和金属养分化合物的钙，产生其它可溶性离子养分形式。重要的是，这包括将氰胺化钙的游离石墨碳消化成非常活泼的碳，当将混合物组合物施用到用于耕作的土壤时，这种碳容易被土壤微生物吸收和消化，其取决于其来自碳的能量。
[0209]本公开还公开了一种通过在掺合工艺中将所有所公开化合物敲打在一起的MDB旁通循环系统进行泵送的方法。这种部分敲打机制有助于消化所有氰氨化钙组分或添加至该混合物的任何其它养分化合物中的粒子。这产生了含有氨的溶液级可喷施流体离子氰氨化钙。
[0210]V.将游离碳消化成溶液级以增强土壤微生物的碳消耗的方法
[0211]公开了将游离碳消化成溶液级以增强土壤微生物的碳消耗的方法。在一些实施方式中，将游离碳消化成溶液级以增强土壤微生物的碳消耗的方法包括使用共振(QHR)或机械掺合系统(HDB)来产生具有更大表面积供甚至更多接触微生物的活性碳。在一些实施例中，所述方法包括向已经翻耕的土壤施用所公开的组合物。在其它实施例中，所述方法包括向最近、例如在过去12个月、24个月、36个月或更长时间内未翻耕的土壤施用所公开的组合物。预期所述方法包括通过本领域普通技术人员已知的任何方式，包括本公开内所提及的那些方式，向土壤施用一种或多种所公开的组合物。
【具体实施方式】[0212]可通过下列实施例来更好地示例前述内容。在实施例中示例了本发明的其它方面和优点，仅出于示例目的而提供所述实施例。本公开的范围不应局限于该实施例中所述的那些特征。
[0213]实施例
[0214]本实施例描述了表征所公开的流体组合物的各种研究。
[0215]表1示例了静态罐子中碳悬浮水平随时间的变化。这种数据是由CaNCN于UAN32中的混合物以及CaNCN于尿素和水中的混合物的静态透明罐子产生的，并且按照来自CaNCN的碳的可见水平随时间的变化将它们分级。图1比较了罐子中的碳黑色水平。此处，具有较少水的UAN是比尿素的水溶液密度更大的溶液，因此前者使黑色CaNCN粒子保持更长时间。
[0216]表1
【权利要求】
1.一种流体组合物，其包含: 约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物与约1份至约5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物， 其中所述溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合；以及 所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物包含尿素硝酸铵(UAN)，其中所述UAN溶液包含约50%尿素氮、25%铵态氮和约25%硝态氮，并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈包含H2O的溶液形式并含有氰!氣化.丐。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中所述流体混合物中存在的H2O的质量小于所述混合物中所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的14倍。
4.根据权利要 求1或2所述的组合物，其中所述流体混合物中存在的H2O的质量为所述混合物中所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含约0.25重量％至约10重量％氰氨化钙。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含约7重量％至约8重量％氰氨化钙。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的组合物，其进一步包含排泄物。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述排泄物为液化粪肥。
9.根据权利要求7或8所述的组合物，其中所述排泄物为奶牛排泄物。
10.根据权利要求7~9中任一项所述的组合物，其中所述混合物包含约0.1%氰氨化钙至约25%氰氨化钙、约25%至约50% UAN溶液和约74.99%至约24.99%流体排泄物。
11.根据权利要求7~9中任一项所述的组合物，其中所述混合物包含约25%氰氨化钙、25%至约50% UAN溶液和约50%至约25%排泄物。
12.根据权利要求1~11中任一项所述的组合物，其还包含被添加至所述混合物的至少一种非氮物质。
13.根据权利要求12所述的组合物，其中所述非氮物质为植物养分。
14.根据权利要求13所述的组合物，其中所述非氮物质选自磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
15.根据权利要求1~14中任一项所述的组合物，其还包含电解悬浮剂。
16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述电解悬浮剂为苯胺或苯胺黑或碳黑阴离子物质或离子化金属元素，例如硅、铁、铝、碳或其组合。
17.根据权利要求1~16中任一项所述的组合物，其中所述大致中性pH氮植物养分化合物混合物具有约7.8和7.9的pH。
18.根据权利要求1~17中任一项所述的组合物，其中所述流体组合物包含通过约200目的粒子。
19.一种处理排泄物的方法，其包括: 添加有效量的根据权利要求1所述的流体组合物至排泄物，其中所述流体组合物中存在的H2O的质量为所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，从而形成混合物并处理排泄物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在大气的CO2存在的条件下实施所述方法。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述排泄物为液化粪肥。
22.根据权利要求19~21中任一项所述的方法，其中所述排泄物为奶牛排泄物。
23.根据权利要求19~22中任一项所述的方法，其还包括添加至少一种非氮物质至所述组合物。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述非氮物质为植物养分。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述非氮物质选自磷、钾、铁、铜、锌、锰、镁、镍、硼、镁、钥、硫、镍和其混合物。
26.根据权利要求19~25中任一项所述的方法，其还包括添加电解悬浮剂至所述组合物。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述电解悬浮剂为离子化苯胺或苯胺黑或碳黑阴离子物质或离子化金属元素，例如硅、铁、铝、碳、镁或其组合。
28.根据权利要求19~27中任一项所述的方法，其中根据权利要求1所述的大致中性pH氮植物养分化合物混合物具有约7.8和7.9的pH。
29.根据权利要求19~28中任一项所述的方法，其中所述流体组合物包含具有通过约60目至约100目筛网尺寸的粒子。
30.根据权利要求19~28中任一项所述的方法，其中所述流体组合物包含具有通过约80目至约100目筛网尺寸的粒子。
31.根据权利要求19~30中任一项所述的方法，其还包括通过喷施向排泄物施用所述流体组合物。
32.—种增强植物生长的方法，其包括: 在种植之前、期间和/或之后向土壤施用有效量的根据权利要求1所述的流体组合物，其中所述流体组合物中存在的H2O的质量为所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍，从而增强植物生长。
33.根据权利要求32所述的方法，其中施用有效量包括通过喷施、土壤开沟器注射或喷灌或滴灌施用所述组合物。
34.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分包含氰氨化钙。
35.根据权利要求32~34中任一项所述的方法，其中所述流体组合物包含具有通过约60目至约100目筛网尺寸的粒子。
36.一种制备流体组合物的方法，其包括: 将约40~20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物与约I份至约5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合， 其中所述溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合；以及 所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物呈溶液形式并包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合，从而形成流体组合物。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物包含尿素硝酸铵(UAN)，其中所述UAN溶液包含约30%至约35%尿素、约40%至约45%硝酸铵，其余为H2O ;并且所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物呈包含H2O的溶液形式并包含氰氨化钙。
38.根据权利要求36或37所述的方法，其中所述流体混合物中存在的H2O的质量小于所述混合物中所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的14倍。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述流体混合物中存在的H2O的质量为所述混合物中所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物的质量的至少14倍。
40.根据权利要求36~39中任一项所述的方法，其中在循环工艺存在的条件下实施所述组合。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述循环工艺包含文氏管旁通系统。
42.根据权利要求36~41中任一项所述的方法，其还包括添加至少一种非氮物质至所述组合物。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述非氮物质为植物养分。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述非氮物质选自磷、钾、铁、铜、锌、锰、硼、镁、钥、硫、镁、镍和其混合物。
45.根据权利要求36~44中任一项所述的方法，其还包括添加排泄物至所述组合物。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述排泄物为液化粪肥。
47.根据权利要求45或46所述的方法，其中所述排泄物为奶牛排泄物。
48.根据权利要求36~47中任一项所述的方法，其中在开放式容器中实施所述方法。
49.根据权利要求36~47中任一项所述的方法,其中在未密封容器中实施所述方法。
50.根据权利要求36~49中任一项所述的方法，其中在大气的CO2存在的条件下实施所述方法。
51.根据权利要求36~50中任一项所述的方法，其还包括将所述肥料组合物脱水以形成固体。
52.一种消化不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物以形成离子化钙化合物的方法，其包括: 将约40份至约20份溶解的酸或酸形成的大致中性pH氮植物养分化合物的混合物与约1份至约5份的不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物组合， 其中所述溶解的酸包含硝酸、磷酸、弱碳酸或其组合，并且所述酸形成的氮植物养分化合物呈溶液形式并包含硝酸铵、硝酸钙、尿素硝酸铵、硝酸铵钙、磷酸铵、高PH氨水或其组合，并且将包含氰氨化钙、石膏、碳酸钙、氯化钙或其组合的呈溶液形式的所述不溶性或弱溶性高PH钙形成的植物养分化合物水解，从而形成离子化钙化合物和不溶性碳。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述不溶性或弱溶性高pH钙形成的植物养分化合物的混合物包含氰氨化钙。
54.根据权利要求52或53所述的方法，其中在循环工艺存在的条件下所述所述组合。
55.根据权利要求1~18中任一项所述的组合物，其中所述组合物变热或为热的，其中所述组合物为约60 °F至约300 0F。
56.根据权利要求1~18中任一项所述的组合物，其中所述组合物为冷的或变冷，其中所述组合物为约O °F至约80 0F。
57.根据权利要求1~18中任一项所述的组合物，其中混合物为协同的。
【文档编号】C05G1/00GK103958444SQ201280059102
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】理查德·O·哈特曼 申请人:比-恩公司