本发明总体上涉及增强人和其他动物的生存性、生长、健康和/或繁殖力的用于食物或动物饲料的微量营养素补充物(micronutrientsupplement)。更具体地，本发明涉及生产必需金属的碱性盐的方法，其提供对于人和其他动物的必需金属的高生物利用度。具体地，本发明提供了使用铜金属作为起始材料生产以碱性金属盐形式的微量营养素的方法。
背景技术：
营养物包括维生素和通常以矿物或金属盐形式的一些元素；最突出地，元素包括钙、磷、钾、铁、锌、铜、镁、锰和碘。通常以少量即小于1gm/天消耗微量营养素，并且许多必需元素具有催化功能。虽然微量营养素通常以微量存在，但它们的生物利用度对于存活、生长、健康和繁殖是必需的。微量营养素对儿童和其他年轻动物很重要，特别是在它们快速生长的早期发育年代。此外，许多新的动物品种需要额外量的微量营养素，由于它们以更快速度生长同时消耗更少饲料的能力得以改善。这种强烈生长强加了更大的代谢应力，导致对维生素缺乏的敏感性增加。充分地认识到，通常在它们的食物或饲料来源中没有发现或者没有发现充足量的所需要的微量营养素，不管这些来源是天然存在的或是商业制备的。因此，实际上将所有的工业食物和饲料配方加足了维生素和矿物。用于供给微量营养素至它们的牲畜畜群的商业牲畜生产者的成本可以是惊人的。
尽管文献已经充分说明了人和动物对于另外的营养物的需要，但是微量营养素的可利用性始终没有满足它们的需要。简单地增加食物或饲料来源中的微量营养素的量是不足够的。这种方法是低效的、浪费的和不安全的。许多微量营养素不易于吸收；所添加量的维生素和矿物仅仅被分泌出而没有被吸收。维生素和矿物的过多负载是不安全的，并且在某些境况下，过多负载可以是有毒的，导致严重的急性和慢性损害并且甚至可以是致命的。因此，对于提供便宜的、易于吸收的微量营养素以减少成本、降低浪费以及帮助确定用于人和动物的营养素要求的更精确的控制，存在需要。
对于提供随时生物可利用的、储存稳定的且与多种不同维生素相容的微量营养素补充物，存在需要。微量营养素补充物还必须成本有效地生产和提供将增加它们的生存性、生长、健康和/或繁殖力的用于人和动物的食物来源。
通常以盐、氧化物和复合物的形式制备和获得微量营养素。氧化物是相对便宜的；然而，它们不如盐和螯合形式的微量营养素被有效地吸收。
复合物和特别良好限定的螯合微量营养物是相对昂贵的；然而，它们更易于被吸收并且具有良好的生物利用度。
可以在所有均属于abdel-monem的美国专利第4,021,569、3,941,818、5,583,243号，ashmead的美国专利第4,103,003号、helbig等人的4,546,195、都属于abdel-monem等人的美国专利第4,900,561、4,948594号、leu的美国专利第5,061,815号、anderson的美国专利第5,278,329号、anderson等人的美国专利第5,698,724号、wheelwright等人的6,114,379、hopf的美国专利第7,523,563号以及lohmann等人的美国专利申请公开第2010/0222219号中找到各种微量营养素的实例。
本发明人的至少一个是美国专利第5,534,043、5,451,414和6,265,438号和美国专利申请公开第2013/0064963号的共同发明人。这些专利和公布的专利申请公开了为式m(oh)yx(2-y)/i的碱性金属盐以及它的水合物形式的微量营养素，其中m是金属阳离子，x是阴离子或阴离子基团，并且根据x的化合价，i是1-3。
在美国专利第5,534,043、5,451,414和6,265,438号中公开的微量营养素最初发展自使用耗尽蚀刻剂溶液(spendetchantsolution)作为金属阳离子的来源的方法以及以产生具有约30至300微米粒径的碱性金属盐的结晶法。
美国专利申请公布第2013/0064963号描述了具有以碱性金属盐形式的微量营养素，其与相似微量营养素相比具有更多通用性，并且其具有高程度的生物利用度，并且是通过将必需矿物的金属氧化物、或金属氢氧化物、或金属碳酸盐与酸反应以形成具有可消化的粘合剂的浆料并且通过喷雾干燥或其他的凝聚方法形成凝聚颗粒生产的。
本申请提供了使用铜金属作为起始材料生产以碱性金属盐形式的微量营养素的方法。
在本发明之前，本发明的至少一个共同发明人对发现制备被作为营养素补充物的必需痕量矿物的更佳方式感兴趣。它们发现化合物的化学结构将决定它的反应性(进行化学/生化反应的速率)，因此他们初始地将他们的关注转至将不断地产生特定晶体结构的制备方法的开发。最终，他们开发和精炼了产生独特的晶体化合物的方法，该晶体化合物是矿物质氯铜矿和斜氯铜矿的组合。
随后进行了许多的动物饲养试验并且出乎意料地发现测试的必需痕量矿物证实了常规的铜化合物用于营养物的显著优势。美国专利第5,451,414号(以上引用的)涉及供给为极为重要的矿物的铜至动物和人饮食中的所发现的改善方式以及开发以制备在所有时间一致的产物多晶型物的结晶方法。该原始结晶法依赖于具有作为原料以进料结晶器的溶解态铜的溶液。
专利申请公布第2013/0064963号(以上引用的)描述了使用铜氧化物和盐酸或氯化铜溶液作为原料以生产必需痕量矿物的不同的生产方法。该交替方法的主要优势是其允许生产更小的晶体粒径范围，当使用该产物时其凝聚为改善处理特性(handlingproperty)和降低尘污。
本发明是涉及在没有首先完全地溶解金属以制备进料至结晶器的溶液的情况下，确定是否可以用元素铜开始并且直接地生产期望的晶体结构的多晶型物的研究的部分成果。本发明人不能够发现这样一种方法是可能的证据。出乎意料地，本发明人能够发现在其中进行期望反应的条件，并且可以将其控制以产生具有良好效率的期望产物，碱式氯化铜(tribasiccopperchloride)。
qaimkhani等人，用于制备铜氧氯化物(杀真菌剂)的新方法(anewmethodforthepreparationofcopperoxychloride(afungicide))(j.chem.soc.pak，第30卷，第3期，2008)公开了几种方法，通过这些方法可以制备通常被鉴定为铜氧氯化物的化合物，且特别地比较了使用铜线作为反应物的三种方法。在方法ii中，qaimkhani等人教导了使铜线与盐酸反应以形成氯化铜(cucl2)的深绿色溶液。在第二种反应中，用氢氧化钠中和氯化铜以形成所谓的铜氧氯化物和氯化钠(nacl)。在方法ii中需要两个单独的反应，是因为铜将与氯化物(来自于nacl溶液)反应以形成氯化亚铜(cucl)，其形成如qaimkhani等人指出的防止铜进一步反应的不溶性涂层。
本发明提供了通过在允许单个总反应进行而不形成不需要的盐(例如，氯化钠)的条件下将铜金属与盐酸或氯化酮反应用于生产碱式氯化铜(cu2(oh)3cl)的方法。所得到的碱式氯化铜具有允许其用作微量营养素的纯度。与现有已知的方法相比，总过程使用较不昂贵的原材料并且导致更低的环境影响。
技术实现要素：
根据按照其描述进行将变得显而易见的本发明的各种特征、特性和实施方式，本发明提供了由铜金属制备微量营养素补充物碱式氯化铜(cu2(oh)3cl)的方法，其包括使下述一起反应：
铜金属；
以下中的一种：
i)盐酸或者
ii)氯化铜；以及
氧化剂，以形成碱式氯化铜。
铜金属可以包括库存铜(stockcopper)或者废弃的或可再循环的铜，
氧化剂可以包括含氧气体或氧气，可以将其注入至反应混合物中以防止铜金属在反应期间沉淀(settle)。
将铜金属与盐酸和氯化铜中的一种以及氧化剂在约180°f的温度下反应，并且在反应期间搅拌。
形成的碱式氯化铜包含可以被喷雾干燥或者用其它方式凝聚的浆料。附图的详细说明以及本发明的优选实施方式
本发明涉及微量营养素补充物以及制备该微量营养素补充物的方法。可以将本发明的微量营养素补充物以包含其他营养物如维生素、矿物和食物或动物饲料的固体、悬浮液或混合物直接地给予至人或动物以增强人和动物的生存性、生长、健康和/或繁殖力。在微量营养素补充物中的碱性盐包括必需金属的二价阳离子、药学上可接受的阴离子和羟基部分。本发明的微量营养素补充物提供了必需金属的良好的生物利用度，在于其以生物有效量易于被吸收或被吸入。可以将该微量营养素与其他营养素，特别是维生素结合以提供预混合的补充物。可以将包含根据本发明的碱性盐的预混合的补充物存储延长的时间周期，而没有显著降低所包含的维生素的生物活性。
为了本发明的目的，将必需金属定义为药学上可接受金属，由人或其他动物以生物有效量将其吸入增加它们的生存性、生长、健康和/或繁殖力。对于本发明，必需金属的作用模式不是关键的。例如，必需金属可以作为在金属酶类或金属蛋白中的辅因子或催化剂；其可以被各种组织吸收。
可替代地，必需金属或它们的代谢物可以抑制不利于动物的生存性、生长、健康和/或繁殖力的细菌或其他病原体的生长。
根据本发明，碱性金属盐、碱式氯化铜(cu2(oh)3cl)，包括二价的铜阳离子、羟基基团和单价的氯阴离子。在由碱性盐组成的微观结构中，铜阳离子包含在它的配位层中的羟基基团。
碱性金属盐的氯阴离子是药学上可接受的阴离子。药学上可接受的阴离子在本领域中是熟知的。例如，参见，用于药学上可接受的阴离子的列表的s.m.berge等人j.pharmaceuticalsciences,66:1-19,1977，通过引证将其并入本文。
用于本发明的氯阴离子凭借自身能力赋予显著的生物学效应。通常，生物学显著的阴离子的具体实例包括但不限于：碘离子、氯离子和磷酸根(磷)。这些生物学显著的阴离子也可以被认为是微量营养素，其中氯阴离子对于本发明的目的是特别有用的。因此，在本发明的范围内的是，提供了非必需地被认为是金属的必需元素的碱性盐，如氯化物。
用作微量营养素的碱性金属盐通常不溶于水，但是它们的溶解度可以取决于ph。通常，在低的ph，即小于约2.0至约0.1的ph下，碱性金属盐具有一些溶解度。此外，某些碱性金属盐在高的ph下，通常在大于约7.5或8至约11的ph下溶解于水。
根据本发明用于生产微量营养素的基本反应包括在氧化条件下将铜金属与盐酸或氯化铜(cucl2)反应。
铜金属可以是任何类型的库存铜或废弃的或可再循环的铜，如但不限于，铜棒轧屑(copperrodmillscale)、短切线(wirechop)、铜屑、铜铣(coppermilling)等。作为粉末、以颗粒形式或短切片(例如，短切的线)或任何形式提供铜，注意到，如通过减小粒径而增加铜的表面面积将增加反应速率。
在实验室工作台规模测试中，通过添加过氧化氢至反应混合物，供给必要的氧。在较大规模的测试和商业应用中，可以通过注入氧气至反应混合物中来供给氧。可以使用任何合适的常规氧气注射系统。在本发明的过程期间所开发的特别合适的氧气注射器系统指的是参照工作实施例在以下描述的管线氧化器(pipelineoxidizer)。
对于其中在氧化条件下将铜金属与盐酸反应的本发明的实施方式，用于生产碱式氯化铜的总反应是：
2cu+o2+h2o+hcl→cu2(oh)3cl
本发明人推论出总常规反应(overallgeneralreaction)如下进行：
铜溶解形成氯化铜：
cu+2hcl+1/2o2→cucl2+h2o(i)
氯化铜溶解更多cu形成氯化亚铜：
cucl2+cu→2cucl(ii)
氯化亚铜被氧化以形成碱式氯化铜，并且氯化铜返回以在步骤(ii)中溶解更多的铜：
12cucl+3o2+6h2o→4cucl2+4cu2(oh)3cl(iii)
可以在其中将铜金属添加至盐酸和水的混合物的反应器中进行该反应。将氧气添加/注入至反应混合物中并且贯穿整个反应连续地添加/注入。
将反应混合物加热至并且保持在约180°f的温度下。为了防止金属铜沉淀于反应混合物的底部，提供了可以抑制材料沉淀于反应器的底部的任何常规类型的混合器和/或可以混合/冲洗来自如本文中讨论的反应器底部的铜金属的氧气注射器，并且在反应期间运行。
对于其中在氧化条件下将铜金属与氯化铜反应的本发明的实施方式，用于生产碱式氯化铜的总反应是：
3cu+cucl2+1.5o2+3h2o→2cu2(oh)3cl
可以在其中将铜金属添加至氯化铜和水的混合物的反应器中进行该反应。如以上反应中的，将氧气添加/注入至反应混合物中并且贯穿整个反应连续地添加/注入。
将反应混合物加热至并且保持在约180°f的温度下，并且提供了可以抑制材料沉淀于反应器的底部的任何常规类型的混合器和/或可以混合/冲洗或许可能沉淀于如本文中讨论的反应器底部的铜金属的氧气注射器，并且在反应期间运行。
可以以间歇模式、半间歇模式或者以连续的方式进行任何一种反应。
每种反应产生碱式氯化铜晶体的固体浆料，可以将其喷雾干燥或者以回收碱式氯化铜晶体的任何的方式处理。根据一个实施方式，可以将可消化的粘合剂添加至固体浆料，并且可以通过喷雾干燥或者其他的凝聚方法，将所得到的浆料凝聚以形成如在美国专利申请公布第2013/0064963号中教导的微量营养素晶体的凝聚体。
本发明的微量营养素补充物可以与其他营养素混合。营养物包括微量和大量的营养物。微量营养素的实例包括维生素和矿物。用于本发明的维生素的实例包括：维生素a、维生素d3、维生素e(生育酚)、维生素k(甲萘醌)、维生素b12(氰钴胺)、维生素b6、维生素b1、维生素c(抗坏血酸)、烟酸、核黄素、硫胺一硝酸盐(thiaminemononitrate)、叶酸、泛酸钙、吡哆醇、氯化胆碱、生物素、这些维生素已知的药学上可接受的衍生物以及它们的混合物。可用于本发明的矿物或金属盐的实例包括硫酸铜、硫酸铁、氧化锌、锰、铁、碘、硒、痕量金属的氨基酸复合物以及它们的混合物。可用于本发明的大量营养素包括任何常见的饲料成分，如例如谷物、种子、草、肉粉、鱼粉、脂肪和油。
通过以下实施例将举例说明本发明的性质和特征，将其提供为仅仅用于说明性目的的非限制性实施例。
以下实施例包括实验室工作台试验和中试规模试验。
在加热后的玻璃烧杯中进行实验室工作台试验，使用磁性搅动板或者在一些情况下装在顶部的混合器。在所有的情形中，化学性质和配方是相似的，在于以或接近的化学计量比值将铜添加至hc1和水的混合物以生产碱式氯化铜。混合混合物并且加热至约180°f。对于所有的实验室试验，将30％的过氧化氢用作为氧源。贯穿整个试验，根据需要逐渐地添加过氧化氢以将cu+转化为cu++。将用于混合物的目标配方设计为产生被确定为适合用于喷雾干燥的按重量计50％的碱式氯化铜晶体的固体浆料。
在配备有用于温度调节的新蒸汽注入(livesteaminjection)的锥形底部、玻璃丝的混合罐中进行中试规模试验。用于中试试验的配方与用于实验室工作台试验的那些相似，然而，将气态氧而不是过氧化氢用作为氧源。从成本和处理两种观点来看，o2气体更有效。通过“管线氧化器”完成氧化。这种设备由从罐的顶部抽吸(以避免包含大的铜片)的泵以及通过100’线圈、然后返回至罐的底部的泵组成。刚好在线圈之前在线(inline)注入氧气。在线圈的开始和结束处提供静态混合器以提供氧气与液体流的充分混合。该概念是在压力下提供良好的接触和停留时间以产生高氧化效率。进入锥体底部的管线氧化器的排放提供了两种功能：1)对可能已经沉淀至锥体底部的任何铜片的混合/冲洗作用以防止堵塞；以及2)向反应器底部中的任何沉淀的铜提供富含cu++的溶液以继续驱动反应。同样，任何未反应的氧气具有第二次机会来氧化混合罐内的cu+，从而增加氧化效率。
实施例1
在这种实施例中，根据以下反应，通过将精细铜金属粉末与盐酸和过氧化氢反应来生产碱式氯化铜。
2cu+hcl+2h2o2＝cu2(oh)3cl+h2o
以其化学计量的量或接近其化学计量的量添加反应物。添加稍微过量的hcl以辅助驱动反应。首先将61ml的水添加至250ml的烧杯中，随后添加46ml的32％hcl。在混合的同时，将53.57g/l的铜粉添加至烧杯中。将烧杯的温度保持在或接近180°f。贯穿整个试验，逐渐地添加30％过氧化氢以照其形成时将cu+转化为cu++。允许反应进行总共24小时。在反应时间期间，混合物从透明转变至深棕色(氯化亚铜)溶液至具有氯化亚铜的白色晶体的深棕色溶液，然后最终至亮绿色晶体(碱式氯化铜)的稠浆料。在24小时结束时，没有可见的铜存在。将浆料的样品干燥并通过xray衍射分析以确定晶体结构。结果表明该物质是99.1％的碱式氯化铜(定义为氯铜矿和斜氯铜矿)和.1％的氯化亚铜。浆料的固体含量为约50％固体，其被确定为适合用于喷雾干燥的目的。
实施例2
用于该实施例的方法和配方与实施例1中的完全相同，然而，铜源是光亮的短切铜线(铜线短切，copperwirechop)。该铜具有将不允许如在实施例1中的铜粉使其均匀地分散于溶液的尺寸和密度。该铜保持在烧杯的1/3底部，并且通过混合作用四处移动。在试验期间，如在实施例1中的，贯穿整个试验观察到相同的转变，然而，以更加缓慢的速率。在24小时之后，视觉上估计约50％的铜已经转化成碱式氯化铜。在约32小时的反应时间之后，烧杯的内容物已经转变为碱式氯化铜的典型绿色，然而，仍有未反应的铜金属仍可见于烧杯的底部。分析示出了铜至碱式氯化铜的70％的转化率。
实施例3
在该实施例中，由制造铜棒的副产物的铜棒轧屑生产碱式氯化铜。铜棒轧屑是颗粒状的且包含约50wt.％的铜，其中余量是氧化亚铜和氧化铜。在使用的材料上测定的铜是约87.46wt.％的铜。
在该实施例中，首先将70ml的水添加至250ml的烧杯中，随后添加45.1ml的32％hcl。在混合的同时，将68.05g/l的铜棒轧屑添加至烧杯中。将烧杯的温度保持在或接近180°f。贯穿整个试验，逐渐地添加30％过氧化氢以照其形成时将cu+转化为cu++。允许反应进行总共24小时。在反应时间期间，混合物从透明转变至深棕色(氯化亚铜)溶液至具有氯化亚铜的白色晶体的深棕色溶液，然后最终至亮绿色晶体(碱式氯化铜)的稠浆料。在24小时结束时，没有可见的铜存在。将浆料的样品干燥并通过xray衍射分析以确定晶体结构。结果表明该物质是95.7％的碱式氯化铜(定义为氯铜矿和斜氯铜矿)和4.3％的氧化亚铜。
实施例4
在该实施例中，使用氯化铜代替hc1，进行中试规模试验以将短切铜转化为碱式氯化铜。通过以下反应，通过氯化铜与铜金属反应生产碱式氯化铜：
3cu+cucl2+1.5o2+3h2o＝2cu2(oh)3cl
在配备有如以上描述的管线氧化器的5000加仑、锥形底部的玻璃丝混合罐中进行该中试试验。假定100％的完成反应，将配方设计为生产约11,000lbs的碱式氯化铜。
用于这种试验的氯化铜包含188g/1的cu以及1.34n的游离盐酸。与715加仑的水一起，将844加仑的该溶液转移至混合罐中。在混合的同时，以110lb/15min的速率在12小时内递增地添加5229lbs的短切铜线。在首次添加铜之后，启动泵以使流体通过管线氧化器。此时也开始向管线中注入氧气。通过测量混合物的总铜和密度来监测进展。在24小时后，反应速率急剧减慢，并且在48小时后，反应速率似乎是几乎完全停止。在反应48小时后，总共77.4％的铜已经被转化成碱式氯化铜。
本发明的碱性金属盐可以用于增强人和其他动物的生存性、生长速率、健康和/或繁殖力。在不受任何理论限制的情况下，应认为的是，碱性金属盐更易于被吸收和/或表现出优于矿物、无机金属盐或包含相应的必需金属的其他营养物的增加的生物利用度。已经测定出本发明的碱性金属盐的优选实施方式显著地降低细菌的生长，因此表明本发明的优选形式的使用可以有效地增强人和其他动物的生长和健康。此外，本发明的优选碱性金属盐证实了对抗某些细菌的增强功效，从而允许使用较少量和/或较低浓度的必需金属以提供对于动物实质上相等的或相等有效的效果。
尽管参照特定装置、材料和实施方式已经描述了本发明，但是根据上述描述，本领域中的技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并且在不违背如以上描述的和在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改以适应各种用途和特征。