Как получают фосфорные удобрения
Основным сырьем для производства фосфорных удобрений в нашей стране служат хибинские апатиты, а также фосфориты, месторождения которых расположены в разных районах СССР и довольно многочисленны. На обогатительных фабриках сырая апатитовая руда перерабатывается в апатитовый концентрат, содержащий до 40% Р2О5. При этом содержащиеся в руде другие минералы — нефелин, титаномагнетит и т. п. — отделяются от апатита и используются в различных отраслях промышленности. Апатитовый концентрат поступает на химические заводы для производства суперфосфата.
Химическая промышленность Советского Союза производит следующие фосфорные удобрения: суперфосфат простой порошкообразный, гранулированный, аммонизированный, двойной, томасшлак, обесфторенный фосфат, аммофос. Путем тонкого размола из фосфоритов готовят фосфоритную муку.
В зависимости от формы, в которой фосфаты содержат фосфорный ангидрид (Р2О5), фосфорные удобрения разделяют на три группы:
1. Воднорастворимые. Они наиболее подвижны в почве и потому действуют быстрее. К ним относятся: суперфосфат (простой и двойной), фосфаты аммония (аммофос, диаммофос), фосфаты калия, некоторые сорта нитрофоски и др.
2. Лимонно- и цитратнорастворимые. Они содержат соли фосфорной кислоты, растворимые в 2%-ном растворе лимонной кислоты или аммиачном растворе лимоннокислого аммония. Такое условное мерило применяется в сельскохозяйственной практике для оценки удобрений, которые по степени растворимости находятся между воднорастворимыми и практически не растворимыми формами фосфатов. Эту группу называют «усвояемыми» фосфатами. К ним относятся: приципитат, томасшлак и обесфторенные фосфаты.
3. Нерастворимые фосфаты. Они растворяются лишь в сильных минеральных кислотах. Нерастворимыми их называют условно. Они усваиваются растениями медленно и главным образом на кислых почвах.
Самое распространенное фосфорное удобрение суперфосфат.
Его изготовляют на химических заводах действием серной кислотой на измельченный фосфорит или апатитовый концентрат. Процесс производства в основном заключается во взаимодействии фосфата с серной кислотой. Кислота переводит фосфор из трудноусвояемой формы в воднорастворимое состояние, при котором он делается легко доступным для усвоения корнями растений.
 |
| Так получают суперфосфат |
Почти все советские суперфосфатные заводы сейчас работают по наиболее совершенному непрерывному способу. Серная кислота концентрации 76% поступает из сернокислотного цеха в приемный бак. Непрерывно действующий насос перекачивает ее в верхний напорный бак. В напорном баке поддерживается постоянный уровень кислоты; избыток ее по переливной трубе возвращается обратно в приемный бак. Из напорного бака кислота поступает в сернокислотный смеситель для разбавления водой до концентрации 68%. Из смесителя разбавленная кислота проходит один за другим три регулирующих прибора. Один прибор регулирует температуру, другой — концентрацию, третий — расход кислоты. Все они настроены на заданный режим и работают автоматически и взаимосвязанно.
Пройдя регулирующие приборы, серная кислота в строго определенной дозе поступает в суперфосфатный смеситель, куда одновременно загружается апатитовый концентрат. До поступления в суперфосфатный смеситель апатитовый концентрат проходит через ряд аппаратов. Транспортер подает его со склада в приемный бункер, откуда концентрат при помощи шнекового питателя и элеватора идет в расположенный наверху прямой шнек (винтовой транспортер). Шнек обеспечивает питание ленточного весового дозатора. Избыток апатитового концентрата снимается с воронки весового дозатора обратным шнеком и возвращается в приемный бункер. В дозаторе же сохраняется постоянный уровень концентрата. Из дозатора апатитовый концентрат поступает в суперфосфатный смеситель.
Загруженные в суперфосфатный смеситель апатитовый концентрат и серная кислота тщательно перемешиваются в течение 5-6 мин. Получается сметанообразная масса — пульпа. Она непрерывно сливается в суперфосфатную камеру. В результате взаимодействия апатитового концентрата с серной кислотой выделяется большое количество тепла и температура пульпы достигает 100-120°.
В суперфосфатной камере продолжается начавшаяся в смесителе реакция разложения апатита серной кислотой. Пульпа затвердевает — «схватывается». На это требуется около часа. Все это время суперфосфатная камера медленно вращается вокруг неподвижного центрального вала в виде трубы. За один оборот камеры пульпа успевает затвердеть настолько, что ее можно выгружать из камеры. В течение часа суперфосфатная камера выпускает до 60 Т суперфосфата.
Суперфосфат выгружают из камеры особым приспособлением — каруселью. Смонтированная внутри камеры карусель снабжена ножами, которые срезают суперфосфат и при помощи скребков сбрасывают его в вырез центральной трубы. Из трубы суперфосфат попадает на транспортер, а с него — на склад.
На складе суперфосфат при помощи грейфера укладывают в кучи высотой 6-8 м. Здесь его выдерживают до 15-20 суток, чтобы процесс разложения фосфатного сырья завершился. За это время суперфосфат несколько раз перелопачивают. Когда он «дозреет», его пропускают через грохот и затем грузят в вагоны.
В процессе производства из суперфосфатного смесителя и камеры выделяются газы, содержащие фтористый кремний и водяные пары. Их отсасывают вентилятором в абсорбционную (поглотительную) аппаратуру. При этом фтористый кремний поглощается водой и образует раствор кремнефтористоводородной кислоты. Из нее получают фтористые соли и другие соединения, применяемые в сельском хозяйстве и промышленности.
В суперфосфате содержится от 14 до 20% Р2О5 в воднорастворимой, быстро усваиваемой растениями форме.
При непрерывном способе производства суперфосфата все процессы работы механизированы, аппаратура хорошо закрыта. Все это облегчает и оздоровляет труд рабочих.
Суперфосфат выходит из камеры в виде кусков или порошка. Но при хранении он слеживается, портит тару, образует комки. Во избежание этого суперфосфат выпускают в виде зерен (гранул) определенной величины (1-4 мм в диаметре).
Гранулированный суперфосфат не слеживается, не пылит. С помощью рядовой сеялки его можно вносить вместе с семенами в почву на нужную глубину, не опасаясь понижения всхожести семян. При внесении гранулированного суперфосфата в рядки сеялкой можно значительно уменьшить дозу суперфосфата.
Гранулирование суперфосфата производится на заводе следующим образом: порошковидный суперфосфат смешивают с молотым известняком или доломитом, чтобы нейтрализовать его свободную кислотность. Нейтрализованный суперфосфат подают ленточным питателем в горизонтально вращающийся цилиндр — гранулятор. Здесь суперфосфат смачивается водой, которую разбрызгивают через форсунки. При вращении гранулятора смоченный пластичный суперфосфат приобретает форму гранул различной величины.
Влажный гранулированный суперфосфат поступает в сушильный барабан, обогреваемый топочными газами. После сушки его подают элеватором на грохот с двумя ситами. Через первое проходят гранулы диаметром 1-4 мм. Гранулы крупнее этого размера направляются в дробилку, а оттуда в дробленом виде снова возвращаются на грохот с ситами.
Гранулы, задержанные на втором сите, представляют собой готовый гранулированный суперфосфат. С помощью транспортера он направляется в бункер, затем упаковывается в многослойные бумажные мешки и поступает на склад готовой продукции.
Гранулированный суперфосфат из апатита содержит 19,5 — 20% Р2О5 в усвояемой растениями форме; из фосфоритов получают суперфосфат с меньшим содержанием Р2О5.
Двойной суперфосфат содержит до 48-50% Р2О5, т. е. в два раза больше по сравнению с простым. Это удобрение получают разложением апатита или фосфорита фосфорной кислотой.
Фосфорную кислоту получают на заводах двумя способами. По одному — фосфат обрабатывают большим количеством серной кислоты. В осадок выпадает гипс. Раствор отфильтровывается. Этот раствор и представляет собой разбавленную фосфорную кислоту. По другому способу фосфат смешивают с песком, углем или коксом и плавят в электропечи. В результате выделяется газообразный фосфор, который окисляется затем кислородом воздуха и образует с парами воды фосфорную кислоту.
Нейтрализуя фосфорную кислоту аммиаком, получают фосфаты аммония — удобрения, содержащие 47-51% Р2О5 и, кроме того, 10-20% азота. Двойной суперфосфат и фосфаты аммония за высокое содержание в них питательного вещества называют концентрированными удобрениями.
Другие виды удобрений
КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ
Источником сырья для производства калийных удобрений служат главным образом Соликамское (Урал) и Стебниковское (Западная Украина) месторождения калийных солей. Залежи калия в СССР очень велики; они превосходят все известные мировые запасы. В ближайшие годы будут разрабатываться калийные залежи в Белоруссии и других районах СССР.
Химическая промышленность нашей страны производит много калийных удобрений: хлористый калий, калийные соли, сернокислый калий, калинит, калимагнезию.
МИКРОУДОБРЕНИЯ
Кроме основных минеральных удобрений (азотных, фосфорных и калийных), в современном сельском хозяйстве широко применяются так называемые микроудобрения. Малые количества их, внесенные в почву дополнительно к основным удобрениям, обеспечивают хорошее развитие растений и высокие урожаи.
В качестве борного удобрения применяются борная кислота и бура, а также отходы от производства борной кислоты. Кроме того, суперфосфатные заводы выпускают специально приготовленный борный суперфосфат. Бор особенно эффективен на подзолистых (нечерноземных) почвах после их известкования. Бор предохраняет растения от некоторых заболеваний.
В качестве удобрения, содержащего медь, применяют так называемые пиритные огарки, представляющие собой отходы при производстве серной кислоты. Применяется для этой цели и медный купорос. Удобрение медью особенно нужно на торфяных и болотных почвах.
В качестве марганцевых удобрений применяют главным образом марганцевый шлам — отходы производства, получаемые при обогащении марганцевых руд и при производстве марганца. Для этой же цели употребляется и сернокислый марганец. Выпускается суперфосфат с небольшой примесью марганца (около 1,5%). Марганцевые удобрения успешно применяются на черноземных почвах. В качестве микроудобрения на семенных посевах бобовых растений (клевер, люцерна и др.) с успехом используют соли молибдена.
Источник
Фосфорные удобрения
Содержание:
Классификация фосфорных удобрений
Водорастворимые фосфорные удобрения
К этой группе относятся суперфосфаты. По способу производства и содержанию P2O5 суперфосфаты делятся на простые и двойные (тройные), по консистенции – на гранулированные и порошковидные.
- Суперфосфат простой(СаН2РО4)2 х Н2О + 2СаSО4 х 2Н2О в порошковидной форме содержит 19 % усвояемого фосфора, а гранулированный – не менее 20 %. Кроме того, удобрение содержит 50–55 % СаSО4. Наличие серы благоприятно сказывается на урожайности культур, положительно реагирующих на серу (рапса, капусты, брюквы, турнепса и др.), а также картофеля.
- Суперфосфат двойной Са(Н2РО4)2 х Н2О производится в гранулированном виде, содержит 43 и 49% P2O5, в зависимости от марки. Свободная кислота в составе удобрения не превышает 2,5–5 %. Положительно влияет на рост и развитие всех сельскохозяйственных культур.
- Суперфос – удобрение фосфорное концентрированное. Содержание Оксид фосфора (V) [P2O5] – соединение фосфора с кислородом, существует в виде димера P4O10 (декаоксид тетрафосфора). Наиболее употребима формула состава P2O5 (пентаоксид фосфора). Устаревшее название – фосфорный ангидрид. Является действующим веществом всех фосфорсодержащих удобрений
Подробнее при переходе по ссылке
«>P2O5 – 38–40 %. Половина соединений фосфора находится в водорастворимой форме. Получают путем химического воздействия на фосфоритную муку смеси серной и фосфорной кислот. Выпускается в гранулированном виде. По агрономической эффективности превосходит суперфосфаты.
Цитратно- и лимоннорастворимые фосфорные удобрения
Подробнее при переходе по ссылке
«>основного внесения. Используются на всех почвах, под все культуры. Особенно эффективны на кислых.
- Преципитат СаНРО4 х 2Н2О содержит 27–38 % Р2О5. Внешне это порошок светло-серого или белого цвета. Получают путем нейтрализации фосфорной кислоты известковым молоком либо мелом и как отход желатинового производства. Растворим в лимоннокислом аммонии и хорошо усваивается растениями. Применяется для Основное внесение – один из приемов внесения удобрений. Главная его цель – обеспечить растения питательными элементами на весь период вегетации, особенно в момент их максимального потребления.
Подробнее при переходе по ссылке
«>основного внесения. Используется для добавки в корма.
Термофосфаты Nа2О х 3СаО х Р2О5 + SiО2 содержат 20–30 % фосфора в лимоннорастворимой форме. К этой группе удобрений относят томасшлак, мартеновский шлак, обесфторенный фосфат. Возможно производство из природных фосфатов, не пригодных для внесения в почву и трудно поддающихся химическому воздействию, с целью получения водорастворимых фосфорных удобрений.
Термофосфаты распространены в Западной Европе. В Германии это ренаний–фосфат, содержащий 25–30 % Р2О5. Получают спеканием фосфоритов с содой (20 %) и добавкой доменного шлака. Во Франции фоспаль (27–29 % Р2О5). Это плавленый фосфат. Получается из сенегальского алюмокальций фосфата при прокаливании при относительно невысоких температурах (550–600°C).
Труднорастворимые
Подробнее при переходе по ссылке
«>основном внесении и фосфоритовании почвы.
Применение
Сельское хозяйство
Фосфорные удобрения применяют для повышения плодородия почвы, в частности, для увеличения содержания фосфора и доступных растениям фосфорных соединений. Кроме того, преципитат, обесфторенный фосфат, костную муку применяют для минеральной Подкормка – способ применения удобрений. Проводятся в течение вегетационного периода. Предназначены для усиления питания растений в период максимального потребления питательных элементов.
Подробнее при переходе по ссылке
Промышленность
Суперфосфат используют в дрожжевой и сахарной промышленности . В строительстве он применяется для огнезащитного покрытия древесины.
Двойной суперфосфат используют в химической промышленности в качестве источника фосфора и для приготовления тукосмесей.
Побдробнее о фосфоре читайте в статье Фосфор.
Поведение в почве
Поведение фосфорных удобрений в почве зависит не только от вида удобрения, но и от физико-химических процессов, проходящих в самой почве.
При внесении они растворяются, и фосфат-ион постепенно переходит в различные соединения, присущие данному типу почв. Процесс этот медленный. Частично внесенные фосфатные удобрения (гранулированные, полурастворимые и нерастворимые) длительно сохраняются в почве в неизменном виде.
Виды фосфорных удобрений
Трансформация фосфора удобрений обусловлена следующими процессами:
- Обменным (коллоидно-химическим) поглощением фосфора твердой фазой почвы.
Этот процесс наблюдается на поверхности гидратов полуторных оксидов (положительно заряженных коллоидных частиц) или на положительно заряженных участках отрицательно заряженных коллоидов (минералов каолинитовой и монтмориллонитовой групп, гидрослюд, коллоидов белковых групп). Обменное поглощение сильнее выражается в условиях кислой среды. Реакция среды вызывает изменение электрического потенциала почвенных коллоидов. Подкисление почвенного раствора благотворно влияет на большее поглощение анионов. Подщелачивание приводит к обратному результату. В почвах со слабокислой и нейтральной реакцией обменное поглощение выражено гораздо слабее.
Обменно-поглощенные ионы путем десорбции легко вытесняются в раствор другими анионами минеральных и органических кислот. Данные вещества всегда присутствуют в почвенном растворе, и недостатка в них не испытывает ни один тип почвы. Это и определяет высокую подвижность обменно-поглощенных фосфатов в почвах и, как следствие, их доступность растениям.
По своей доступности обменно-поглощенные фосфаты приравниваются к водорастворимым.
Поглощением фосфора катионами кальция, магния, оксидами и гидроксидами железа, алюминия, марганца и титана по типу химического связывания.
Химическому поглощению в почвах подвергаются и водорастворимые фосфат-ионы удобрений, и фосфат-ионы, перешедшие в раствор из обменно-поглощенного состояния в результате десорбции. Ход и тип химического поглощения обусловливается типом почвы и степенью ее кислотности.
Величина кислотности почвы определяет растворимость солей различных металлов (магния, алюминия, кальция, железа, титана и др.). Взаимодействуя с растворимыми фосфат-ионами, эти соли переводят их в труднорастворимые соединения. Установлено, что наименьшее связывание фосфатов и их максимальная подвижность наблюдаются в интервале pH5,0–5,5. На более кислых почвах фосфат-ионы поглощаются оксидами железа и алюминия, на менее кислых – кальция и магния.
На почвах с нейтральной реакцией среды водорастворимые фосфорные удобрения в результате химического поглощения превращаются в двузамещенные фосфаты кальция и магния (CaHPO4 x 2H2O или MgHPO4 и долгое время остаются именно в таком доступном для растений виде. В дальнейшем ион водорода постепенно замещается кальцием или магнием и образуются трехзамещенные фосфаты этих элементов (Ca3(PO4)2 или Mg3(PO4)2. С течением времени образуются и более основные фосфаты типа октакальцийфосфата (Ca4H(PO4)3 x 3H2O) – это еще менее растворимое соединение. Однако данные соли, находясь в свежеосажденном аморфном состоянии, сохраняют свойство растворяться в слабых кислотах и остаются частично доступными для растений. По мере ретрограции (старения) и перехода из аморфного в кристаллическое состояние фосфаты становятся недоступными для большинства растений.
В дерново-подзолистых почвах с кислой и слабокислой средой основными компонентами химического связывания фосфат-ионов из водорастворимых удобрений являются полуторные оксиды:
Опытным путем установлено, что ранее не использованный («остаточный») фосфор хорошо доступен растениям. В почве фосфаты удобрений не закрепляются намертво в значительных количествах. Более того, при дефиците фосфорных удобрений происходит мобилизация фосфатных ресурсов почвы. При этом происходит постепенная трансформация труднорастворимых фосфатов в более растворимые.
Биологическим поглощением фосфора растениями и микрофлорой почвы.
Биологическое поглощение фосфора растениями возможно только из солей ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота является трехосновной и может отдиссоциировать три аниона: H2PO4 — , HPO4 2- и PO4 3- . В условиях слабокислой реакции среды, в которой чаще всего и растут растения, наиболее доступным является первый из перечисленных ионов, второй – в меньшей степени, третий практически не доступен.
Все соли ортофосфорной кислоты и одновалентных катионов (NH4+, Na+, K+), а также однозамещенные соли двухвалентных катионов (Ca(H2PO4)2 и Mg(H2PO4)2) растворимы в воде и легко усваиваются растениями и микрофлорой почвы.
Применение на различных типах почв
Особенности применения фосфорных удобрений для различных почв зависят от растворимости фосфорных соединений:
- Фосфаты, растворимые в воде, применяются на всех почвах, под все культуры и в разные приемы.
- Эффективность применения фосфатов, растворимых в слабых кислотах (цитратно- и лимоннорастворимые фосфорные удобрения), на кислых почвах сильнее.
- Труднорастворимые удобрения эффективны на почвах с кислой реакцией. К ним относятся почвы нечерноземной зоны и северные черноземы (деградированные и выщелоченные).
Источник