Сложные удобрения
| Оглавление |
|---|
| Сложные удобрения |
| Cложные удобрения на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья |
| Cложные удобрения на основе фосфорной и азотной кислот и аммиака |
| Все страницы |
Сложные удобрения имеют следующие преимущества.
1. Высокая концентрация питательных элементов, отсутствие или небольшое содержание балластных компонентов (Na, C1 и др.).
2. Меньшие расходы на хранение, перевозку и внесение удобрений. Часто эти расходы превышают затраты на приготовление удобрений. По расчетам, затраты на доставку, хранение и внесение в почву сложных удобрений по сравнению с простыми примерно на 10% меньше.
3. Наличие в одной грануле твердых комплексных удобрений нескольких питательных элементов приводит к более равномерному их распределению по поверхности почвы.
4. Отсутствие добавочных компонентов (Сl, Na и др.) позволяет применять эти удобрения в тех условиях, в которых нежелательна повышенная концентрация солей в засушливых условиях или при удобрении культур, чувствительных к повышению осмотического давления почвенного раствора (лен, огурцы).
5. Высокая эффективность удобрений при наличии в общих очагах азотных удобрений, фосфатов и калия.
Производство сложных удобрений в нашей стране организовано в 60-х гг. Удельный вес их в общих поставках земледелию страны уже в 1980 г. составил 20,2%.
В ассортименте сложных удобрений нашей страны преобладает аммофос. Из трехкомпонентных удобрений с выровненным соотношением питательных веществ (1:1:1) преимущественно применяются нитрофоска и нитроаммофоска, а из двухкомпонентных - нитрофос и нитроаммофос. За последние годы в ассортименте появились азофоска, диаммоний фосфат, ЖКУ, диаммофоска, аммофосфат, кристаллин и др. В различных зонах изучалась эффективность карбоаммофоски и карбоаммофоса.
В перспективе расширится ассортимент высококонцентрированных твердых и жидких комплексных удобрений на основе использования полифосфорных кислот. Наиболее распространены ЖКУ марки 10:34:0 и такие формы, как полифосфат кальция, полифосфат аммония и др. С расширением применения высококонцентрированных удобрений повысится роль сложных удобрений с добавлением микроэлементов, магния и др.
Важнейший показатель качества сложных удобрений - растворимость питательных компонентов, входящих в их состав, в воде и других растворах.
Технологические способы получения сложных удобрений условно можно разделить на две основные группы: 1) на основе азотно-кислотного разложения фосфатного сырья (нитрофосы, нитрофоски); 2) получение их с использованием фосфорных кислот (нитроаммофосы, нитроаммофоски, диаммонитрофоски, диаммофосы, карбоаммофосы, карбоаммофоски, аммофосы). До недавнего времени получение сложных удобрений базировалось на основе азотно-кислотного разложения фосфатного сырья. Сейчас широко используются технологические схемы с использованием фосфорной кислоты. В качестве азотного компонента применяют аммиачную селитру (нитрат аммония), мочевину (карбамид), сернокислый аммоний (сульфат аммония) в твердом и жидком виде.
Из фосфорсодержащих компонентов используется в основном фосфорная кислота, получаемая из апатитов и фосфоритов, а также другие фосфорсодержащие продукты. Для производства сложных удобрений используется высококачественное фосфорное сырье с повышенным содержанием фосфора, низким содержанием примесей, особенно полуторных окислов. В фосфорных рудах обычно содержится значительное количество примесей, поэтому практически все они подлежат обогащению.
Фосфорную кислоту получают экстракционным и термическим методами. Экстракционную фосфорную кислоту получают при обработке фосфорного сырья серной кислотой при повышенной температуре:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 = 5CaSO4 + ЗН3РО4 + HF.
Фосфориты, в которых содержится много окислов алюминия и особенно железа, малопригодны для сернокислотной переработки в целях производства фосфорной кислоты. Это связано с образованием малорастворимых фосфатов железа, в результате чего часть фосфорной кислоты теряется. В практике обычно для получения экстракционной фосфорной кислоты применяют фосфатное сырье с содержанием Fe2O3 не больше 8% от массы Р2О5. Полученную экстракционную фосфорную кислоту (с содержанием Р2О5 28-32%) для производства сложных удобрений обычно упаривают, чтобы повысить концентрацию Р2О5 до 52%.
Термическая фосфорная кислота образуется при взаимодействии паров фосфорного ангидрида и воды в специальных башнях. Фосфорный же ангидрид получают при окислении элементарного фосфора кислородом воздуха. Преимущество этого способа заключается в том, что фосфорную кислоту получают практически без примесей (до 100% Р2О5) и можно использовать любое фосфатное сырье. Недостаток - высокая стоимость производства, поэтому термическая фосфорная кислота применяется в небольших масштабах.
Для производства сложных удобрений используют также полифосфорную кислоту (или суперфосфорную) кислоту, содержащую 75-77% Р2О5. Более половины фосфора в этой кислоте находится в полифосфорной форме (42% в пирофосфорной форме Н4Р2О7, 8% в триполифосфорной Н5Р3О10, 1% в тетраполифосфорной), a примерно половина (49% Р2О5) - в ортофосфорной форме.
Из калийсодержащих компонентов при получении сложных удобрений применяют главным образом хлористый калий.
Впервые идея о целесообразном разложении фосфатного сырья азотной кислотой была высказана Д.Н. Прянишниковым в 1908 г. Однако реализация этой идеи стала возможной значительно позже, когда резко возросло производство азотной кислоты из синтетического аммиака.
Выделяющийся фтористый водород взаимодействует с двуокисью кремния с образованием фтористого кремния, последний с фтористым водородом образует кремнефтористую кислоту. И результате разложения фосфатного сырья азотной кислотой н вытяжке содержится большое количество нитрата кальция. Последний является крайне нежелательной примесью в готовом удобрении, так как очень гигроскопичен и ухудшает физические свойств получаемого сложного удобрения.
Кроме этого, высокое содержание кальция в фосфорной кислоте приводит к переходу фосфора в труднодоступную для растении форму. Поэтому для получения сложных удобрений на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья важно вывести из системы избыток кальция, т.е. снизить отношение СаО : Р2О5. В этой технологии производства сложных удобрений используется тонко-измельченный апатитовый концентрат и 47-55%-я азотная кислота. Схемы образования сложных удобрений различаются по способу выделения из раствора избыточного кальция.
1. Производство нитрофоски по схеме с вымораживанием избытка нитрата кальция
2. Производство нитрофоски связыванием избытка кальция углекислотой (карбонатная схема)
3. Производство нитрофоски и нитрофосов связыванием избытка кальция сульфатом аммония (сульфатная схема)
4. Производство нитрофоски связыванием избытка кальция серной кислотой (сернокислотная схема)
5. Производство нитрофоски связыванием избытка кальция фосфорной кислотой (фосфатная схема)
Особенностью нитрофосок и нитрофосов является наличие водорастворимого фосфора (не более 50-60% от усвояемого). Это не снижает их агрономической эффективности по сравнению с эквивалентным набором полностью водорастворимых удобрений. Сейчас нитрофоски широко используются как основное удобрение под многие сельскохозяйственные культуры, а также при локальном внесении, особенно под картофель. Нитрофосы используют как основное удобрение под зерновые и кормовые культуры, а также на лугах и пастбищах, хорошо обеспеченных калием.
Технология производства нитрофосок (нитрофосфатов), основанная на разложении фосфатного сырья азотной кислотой или ее смесью с другими кислотами, широко используется в зарубежных странах, где существует недостаток серосодержащего сырья. Основными производителями таких удобрений являются Германия, Австрия и Франция. В Германии выпускают нитрофоски без хлоридов, некоторые из них содержат магний. Во Франции производят большой ассортимент нитрофосок, предназначенных под различные культуры. Под виноград и плодовые культуры выпускают бесхлорную нитрофоску.
В последние годы разработаны способы получения нитрофосок с 80—95% Р2О5 в водорастворимой форме, среди которых наиболее распространен норвежский способ, при котором фосфорит обрабатывают избыточным количеством азотной кислоты с последующей кристаллизацией нитрата кальция при температуре —50 °С. Этим способом или его вариантом производят нитрофосфаты в России, Англии, Германии, Франции и Нидерландах. Например, во Франции разработана технология получения 54 видов нитрофосок с соотношением в них азота от 8 до 20%, Р2О5 - от 7 до 35% и К2О - до 29%.
1. Сложные удобрения, получаемые путем нейтрализации фосфорной и азотной кислот аммиаком
Сырьем для получения этих удобрений служат экстракционная или термическая фосфорная кислота, слабая азотная кислота и соли калия. Особенности технологических схем заключаются в методах нейтрализации фосфорной и азотной кислот. По этой технологии получают нитроаммофосы, нитроаммофоски и диаммонитрофоски. Эти соединения хорошо растворимы в воде. Суммарное содержание питательных веществ в нитроаммофоске около 50%, а в нитро-аммофосе 46%, в том числе в водорастворимой форме - более 90%.
Нитроаммофоска марки 17:17:17 получается в результате введения хлористого калия как калийного компонента. При введении сернокислого калия получается марка 16:16:16. Эти удобрения универсальны и используются на всех типах почв в качестве основного, а под сахарную свеклу и картофель также и при посеве.
2. Сложные удобрения, получаемые путем нейтрализации фосфорных кислот аммиаком (фосфаты аммония)
1. Н3РО4 + NH3 = NH4H2PO4 - моноаммонийфосфат (аммофос).
2. Н3РО4 + 2NH3 = (NH4)2HPO4 - диаммонийфосфат (диаммофос). Аммофос содержит 10-12% N и 46-50% Р2О5; диаммофос, производимый из апатитов, - 18% N и 50% Р2О5, а из фосфоритов Каратау - 16-17% N и 41-42% Р2О5. Аммофос обладает хорошими
физико-химическими и механическими свойствами, не нуждается в
применении кондицирующих добавок при гранулировании. Аммофос и диаммофос - физиологически кислые удобрения, поэтому при внесении они несколько подкисляют почву.
Аммофос преимущественно применяется в качестве рядкового удобрения под различные сельскохозяйственные культуры, можно использовать и как основное удобрение, например под хлопчатник и другие культуры. Это хороший компонент для приготовления тукосмесей, так как характеризуется хорошей совместимостью со всеми стандартными удобрениями. Недостатком его является неуравновешенное содержание в нем азота и фосфора (1:4), что ограничивает его самостоятельное использование.
У диаммофоса лучшее соотношение азота и фосфора (1:2,5), но худшие физические свойства. Его также можно широко использовать для внесения в рядки и в подкормку под технические и овощные культуры. Однако из-за высокой стоимости применение его в качестве удобрения ограничено; используется в животноводстве в качестве кормовой добавки.
При добавлении к аммофосу и диаммофосу хлористого калия производят тройные удобрения. Они преимущественно распространены в США, Англии, Японии и Индии, что связано с широкими возможностями использования больших запасов серы и крупным производством серной кислоты, что обеспечивает получение фосфорной кислоты и сложных удобрений на ее основе. США по производству и применению моно- и диаммонийфосфатов занимают ведущее место в мире. Эти удобрения, обладая рядом положительных качеств (хорошие физические свойства, высокая концентрация питательных веществ, хорошая смешиваемость с другими удобрениями), имеют и существенные недостатки — неудовлетворительное соотношение между азотом и фосфором. Поэтому в США значительный объем этих удобрений используют для получения преимущественно смешанных удобрений с более уравновешенным соотношением между азотом и фосфором.
Полифосфаты аммония получают путем аммонизации полифосфорных кислот аммиаком. В принципе, получение полифосфорных кислот требует нагревания и вакуума.
В этих реакциях происходит конденсация (уплотнение) молекул с выделением воды. Поэтому полифосфорные кислоты называют еще конденсированными. В химической промышленности за ними утвердилось название суперфосфорной кислоты (коммерческий термин). Смесь полифосфорных кислот состоит из метафос-форной НРО3, пирофосфорной Н4Р2О7, триполифосфорной Н5Р3О10, тетраполифосфорной H6P4O13 и др.
Максимальная концентрация Р2О5 в смеси полифосфорных кислот составляет 83%. При обычном атмосферном давлении и температуре образуется полифосфат аммония с содержанием 13—15% NH3 и 60-65% Р2О5, полифосфаты аммония хорошо растворимы в воде. Они удерживают в растворе и микроэлементы (цинк, медь, железо), которые дают нерастворяющиеся соли с ортофосфатами. Они хелатируются полифосфорными кислотами, сохраняясь в доступном для растений состоянии. Физические свойства полифосфатов аммония хорошие, гранулы прочные. Они являются хорошим компонентом для тукосмешения. Например, добавив к ним аммиачную селитру и хлорид калия, приготовляют тройное удобрение с суммарным содержанием 60% д.в. С такой же концентрацией можно выпускать сложное удобрение, смешав полифосфат аммония с мочевиной и хлоридом калия.
В США твердые смеси готовят из полифосфорной кислоты и твердого полифосфата аммония с добавлением калийного компонента, окиси магния, окиси цинка, расплавленной серы. Это позволяет производить удобрения более сложного состава по целевому назначению.
В почве протекают процессы гидролиза полифосфатов, которые тем интенсивнее, чем выше биологическая активность среды. При 7-12 °С они протекают медленно, с повышением температуры — усиливаются. Оптимальная температура для гидролиза 30—35 °С.
Растения поглощают фосфор из полифосфатов несколько медленнее, чем из ортофосфатов, в связи с гидролизом последних до ортофосфорной формы. За вегетационный же период некоторое преимущество в поглощении Р2О5 растениями принадлежит поли-
фосфатам, у которых ретроградация выражена в меньшей степени, чем у ортофосфатов. Полифосфаты аммония могут применяться под все культуры на любых почвах.
Фосфаты и полифосфаты мочевины. Образуются при взаимодействии фосфорных кислот с мочевиной. Фосфаты мочевины содержат 16-19,6% N и 41-45% Р2О5. Кроме этого, полифосфат мочевины — продукт реакции высококонцентрированной термической фосфорной кислоты с мочевиной с последующей аммонизацией продукта. Готовое удобрение состоит из 31—35% N и 24-31% Р2О5. Варьируя количеством мочевины и полифосфорной кислоты, можно получить удобрения с заданным соотношением азота и фосфора, а с добавлением в смесь калийных солей — и калия. Фосфаты и полифосфаты мочевины хорошо растворимы в воде, могут применяться под многие сельскохозяйственные культуры. Исключение составляют луга и пастбища, так как при поверхностном внесении происходят потери азота, что снижает эффективность удобрения.
В Японии, США и других странах выпускаются такие удобрения, как мочевина-фосфат аммония, мочевина-двойной суперфосфат с содержанием питательных веществ 52-60%, а также мочевина-полифосфат аммония.
Карбоаммофосы и карбоаммофоски. При взаимодействии полупродуктов синтеза карбамида (аммиака и двуокиси углерода) и фосфорной кислоты получается карбоаммофос с широким соотношением между азотом и фосфором - марок 25:30; 34:17; 33:20 и т.д., а введение в смеси калийсодержащих солей - карбоаммофоска с суммарным содержанием питательных веществ до 60-65% (например, марки 20:20:20). Азот в этих удобрениях представлен в амидной (70-75%) и аммиачной формах, до 90% фосфора - в водорастворимой форме.
В полевых опытах применение этих удобрений одинаково эффективно со смесью простых удобрений. На рис и хлопчатник они влияли лучше, чем смесь простых удобрений на аммиачной селитре. На сенокосах и пастбищах при поверхностном внесении наблюдались потери азота из карбоаммофосов и карбоаммофосок, что снижает их эффективность.
Магний-аммонийфосфат образуется при взаимодействии раствора моноаммонийфосфата с водной суспензией окиси магния или его солей или фосфорной кислоты, аммиака и гидрата окиси магния или его солей (хлористого, сернокислого или углекислого магния).
Магний-аммоний-фосфат содержит 10,9% N, 45,7% Р2О5 и 15,9% MgO. Азот в этом удобрении представлен водонерастворимой формой, а фосфор и магний - лимонно-растворимой. Поэтому эти удобрения можно рассматривать как удобрения длительного действия. Их целесообразно использовать на легких песчаных почвах в виде основного удобрения под картофель, корнеплоды и овощные культуры. В связи с наличием в его составе водонерастворимого азота магний-аммонийфосфат представляет интерес для орошаемого земледелия.
Метафосфат калия (КРО3) содержит до 60% Р2О5 и до 40% К2О. Это предельно концентрированное сложное удобрение. Получен метафосфат калия с содержанием всего фосфора в цитратно-растворимой и водорастворимой формах. Наиболее перспективным является способ его получения путем разложения хлористого или углекислого калия ортофосфорной кислотой при температуре 450°. При использовании экстракционной фосфорной кислоты получены формы метафосфатов калия, содержащие 54% Р2О5 (весь фосфор в водорастворимой форме), 35-40% К2О, а также 60% Р2О5 (весь фосфор в цитратно-растворимой форме) и 40% К2О.
Калийная селитра (KNO3) содержит 13% азота и 46% окиси калия. Образование нитрата калия основано на обменном разложении NaNO3HKCl
В качестве исходного сырья используют упаренные растворы нитрата натрия, которые образуются при щелочной абсорбции отходящих нитрозных газов при производстве разбавленной азотной кислоты, и стандартный хлористый калий. Удобрение негигроскопично, хорошо рассеивается. Применяется под овощные культуры, особенно в закрытом грунте. Ценное удобрение для культур, чувствительных к хлору.
Читайте также Cложно-смешанные удобрения.