Фосфорное удобрение на основе металлургических шлаков
ФОСФОРНОЕ УДОБРЕНИЕ НА ОСНОВЕМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ, содержащее оксиды кремния, фосфора и железо, отличающееся тем, что, с целью снижения степени пе|)ехода железа в почвенные растворы и повышения доли фосфора, усвояемого растениями, оно содержит указанные компоненты в следующем мольном соотношении: Fe 0,25-3,00 и slol . 0,14-1,50. SiO (Л 4 Ю 1 Од СО
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
I10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3658947/23-26 (22) 03. 11.83 (46) 28.02.85. Бюл. Ф 8 (72) А.М.Кунаев, Б.Л.Левинтов, А.В.Кирпичников, Д.З.Серазетдинов, Е.Л.Кривовязов, Д.П.Сынкова, М.А.Акбиев, Б.А.Мирко, Л.А.Смирнов, Г.M.Можаева, Г.И.Жмойдин, Б.Г.Пластинин, Н.Н.Енйн, Ф.В.Янишевский и 10.М.Капцынель (71) Институт химических наук
АН КазССР, Институт металлургии и обогащения АН КазССР и Институт металлургии им.А.A.Áàéêîâà (53) 631.853(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
И 233695, кл. С 05 В 13/02, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР
В 441258, кл. С 05 Б 13/02, 1975.
3. Технические условия на фосфатный шлак сталеплавильного производФ . ства завода»Азовсталь «ТУ 14-11-1 76-78.
ÄÄSUÄÄ 1142463 А (54) (57) ФОСФОРНОЕ УДОБРЕНИЕ НА
ОСНОВЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЙЛАКОВ, содержащее оксиды кремния, фосфора и железо, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения степени перехода железа в почвенные растворы и повышения доли фосфора, усвояемого растениями, оно содержит указанные компоненты в следующем мольном соот- ношении:
Изобретение относится к составам минеральных удобрений и может быть использовано при получении фосфорных удобрений из металлургических шлаков.
Известно удобрение, содержащее
12% оксида фосфора, получаемое сплавлением шлаков никелевого производства с :апатитовьпм концентратом (1) .
Недостатком этого удобрения является присутствие фтора, который при 10 неудовлетворительном соотношении других компонентов (оксидов железа, кремния) приводит к связыванию значительной доли фосфора в виде малорастворимых и плохо усвояемых растениями соединений (например, типа фторапатита). Кроме того, получение удобрения требует проведения дорогостоящего высокотемпературного сплавления в присутствии дефицитных вос- 20 становителей, Известен состав удобрения,, в которое входит, вес.%: СаО и MgO 45-70; . Р20 15-30; Si02 3-30; А3Р 1,5-15;
S 0,6-3 и примеси-остальное.Данное удобрение получают путем сплавления доменного шлака, апатитового концентрата, извести и гипса (2).
Недостатком данного удобрения является неудовлетворительное соотношениеЗ0 основных компонентов. Обладая повышенной нейтрализующей способностью, оно предназначено лишь для сильнокислых почв. Присутствующий в качестве примеси фтор при низких содержаниях ок- gg сида кремния способствует переводу части фосфора в соединения, плохо усваиваемые растениями. Кроме того, для получения удобрения. требуется введение дополнительной энергоемкой 40 операции, связанной со сплавлением большого количества компонентов, Наиболее близким к предлагаемому является фосфатный шлак сталеплавильный для удобрения завода Азовсталь» 4$ (31 .
Однако в удобрении лимитируются только содержание фосфора (не менее
10 и 7%), гранулометрический состав и влага. Количество других компонентов 50 не регламентируется. Вместе. с тем, в этих шлаках содержатся кроме фосфатов . оксиды кальция, железа, кремния и других элементов,. от количества которых и соотношения между ними зависит у эффективность фосфора в процессе применения удобрения вследствие вторичных превращений в почве (нанример, ретроградации при повышенном содержании железа).
В зависимости от выбранной технологии и состава исходного чугуна содержание оксидов колеблется: для оксида кальция 30-55 вес.% железа общего 3-26 вес.% оксида кремния
3-18 вес.%. При максимуме одного компонента содержание другого может быть как на максимальном, так и на минимальном уровнях.
Анализ имеющихся сведений показывает, что мольные соотношения важнейших компонентов, определяющих основность шлака — оксидов кальция, кремния и фосфора — составляет 1,70 4 Са0/ (Si0
3,0 и Р О, /S>0 х 0,09-0, 13. При несбалансированном соотношении железа, кремния и фосфора могут быть получены образцы удобрения, отвечающие указанным ТУ. Но вследствие повышенной степени перехода железа в почвенные растворы в указанных удобрениях возможно резкое снижение эффективности фосфора из-за образования нерастворимых фосфатов железа.
Цель изобретения, — снижение степени перехода железа з почвенные растворы и повышение доли фосфора, усвояемого растениями.
Поставленная цель достигается тем, что фосфорное удобрение на основе металлургических шлаков, содержащее оксиды кремния, фосфора и железо, содержит указанные компоненты в следующем мольном соотношении:
РΠ— — —,— =0 2.5-3 0 и — — -=0 14-1 50
Ус ановленные пределы соотношения ингредиентов получены на большом количестве образцов с широким диапазоном изменения растворимости фосфатов и железосодержащих составля|ащих в 2%-ном растворе лимонной кислоты
В таблице представлены данные по четырем образцам,.содержащим оптимальные соотношения оксидов фосфора, железа и кремния, в сравнении с двойным суперфосфатом и двум образцам шлаков, «îñòàâ которых отличался от предложенного (КИФ вЂ” коэффициент использования фосфора).
Подбор HcxopHbIK шлаков и корректировку их состава с помощью оксидов
1142 кальция и кремния проводят, исходя из расчета получения фосфорных удобрений с содержанием около 10Х Р О и необходимых соотношений основных компонентов. Сплавление шлаков с оксидами кальция и кремния вводят в алундо-циркониевых тиглях на высо- кочастотной печи при 1550-1600 С до
0 полной гомогенизации расплава.
В производственных условиях фос- .1п форные удобрения с заданным составом могут быть получены на стадии конвертирования фосфористых чугунов путем контроля и корректировки исходного содержания кремния в .чугунах и количества и качества добавляемой извести,.вводимой для выделения соединений фосфора и кремния в шлак.
Удобрение 1. Прлучено путем .сплавления 100 r исходного шлака с 13,8 г
Содержание основных компонентов в исходном и полученном шлаках, вес.Х:
Источник
Фосфорные удобрения
Фосфорные удобрения – удобрения, содержащие в качестве основного питательного элемента фосфор. Различают три группы: водорастворимые, цитратно-лимоннорастворимые, труднорастворимые фосфорные удобрения. Применяются они в основной прием, при припосевном внесении и при подкормках. Основное сырье для производства – природные фосфаты (апатиты и фосфориты различных месторождений). [5]
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. [2]
- 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. [1]
- 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. [1]
- Суперфос – удобрение фосфорное концентрированное. Содержание 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. [2]
Цитратно- и лимоннорастворимые фосфорные удобрения
- 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 основного внесения. [5] Используется для добавки в корма. [5]
- 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). [1]
Труднорастворимые
- Фосфоритная мука – тяжелый порошок темно-серого цвета. Получают путем размола фосфоритов. Выпускается четыре марки. Содержание Р2О5 – 20, 23, 26 и 29 %. Диаметр частиц – не более 0.18 мм. Это медленно действующее удобрение применяется при основном внесении и фосфоритовании почвы. [1]
- Вивианит (болотная руда) Fe3(РО4)2 х 8 Н2О – мелкий порошок. Удобен для рассеивания. В чистом виде содержит 28 % Р2О5, с примесью торфа (торфовивианит) – 12–26 % Р2О5. Залежи вивианита встречаются в виде небольших гнезд или прослоек массы белесого цвета. На воздухе синеет. После добычи массу проветривают и подсушивают. [1]
Сахар
Суперфосфат используют для получения сахара
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 подкормки животных. [5]
Промышленность
Суперфосфат используют в дрожжевой и сахарной промышленности (фото). В строительстве он применяется для огнезащитного покрытия древесины.
Двойной суперфосфат используют в химической промышленности в качестве источника фосфора и для приготовления тукосмесей. [3]
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. [5]
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. [5]
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. [5]
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). [2]
Источник