Производство минеральных удобрений
Лекция 17
Минеральные удобрения являются одним из важнейших для народного хозяйства видов продукции химической промышленности. Рост численности населения выдвигает перед всеми странами мира одну и ту же проблему — умелое управление способностью природы воспроизводить жизненные ресурсы и, прежде всего, продовольственные. Задача расширенного воспроизводства продуктов питания уже давно решается путем применения в сельском хозяйстве минеральных удобрений. Научными прогнозами и перспективными планами предусматривается дальнейшее увеличение мирового выпуска минеральных и органоминеральных удобрений, удобрений с регулируемым сроком действия и других видов вносимых в почву добавок.
Классификация минеральных удобрений
Минеральные удобрения классифицируют по трем главным признакам: агрохимическому назначению, составу и свойствам.
По агрохимическому назначению удобрения делят на прямые, являющиеся источником питательных элементов для растений, и косвенные, служащие для мобилизации питательных веществ почвы путем улучшения ее физических, химических и биологических свойств. К косвенным удобрениям принадлежат, например, известковые удобрения, применяемые для нейтрализации кислых почв, структурообразующие удобрения, способствующие агрегированию почвенных частиц тяжелых и суглинистых почв и др.
Прямые минеральные удобрения могут содержать один или несколько разных питательных элементов. По количеству питательных элементов удобрения подразделяют на простые (односторонние, одинарные) и комплексные.
В простые удобрения входит только один из трех главных питательных элементов: азот, фосфор или калий. Соответственно простые удобрения делят на азотные, фосфорные и калийные.
Комплексные удобрения содержат два или три главных питательных элемента. По числу главных питательных элементов комплексные удобрения называют двойным и (например, типа NP или РК) и тройными (NPK); последние называют также полными . Удобрения, содержащие значительные количества питательных элементов и мало балластных веществ, называют концентрированными.
Комплексные удобрения, кроме того, разделяют на смешанные и сложные.
Смешанными называют механические смеси удобрений, состоящие из разнородных частиц, получаемые простым тукосмешением. Если же удобрение, содержащее несколько питательных элементов, получается в результате химической реакции в заводской аппаратуре, оно называется сложным.
Удобрения, предназначенные для питания растений элементами, стимулирующими рост растений и требующимися в весьма малых количествах, называются микроудобрениями, а содержащиеся в них питательные элементы — микроэлементами. Такие удобрения вносят в почву в очень небольших количествах. К ним относятся соли, содержащие бор, марганец, медь, цинк и другие элементы.
По агрегатному состоянию удобрения подразделяют на твердые и жидкие (например, аммиак, водные растворы и суспензии).
Рис. 1. Классификация минеральных удобрений по природе питательных элементов, их числу и содержанию
Большое значение имеют физические свойства удобрений. Водорастворимые удобрительные соли должны быть сыпучими, легко рассеиваться, не быть сильно гигроскопичными, не слеживаться при хранении; должны обладать такими свойствами, чтобы сохраняться на почве в течение некоторого времени, не слишком быстро вымываться дождевой водой и не сдуваться ветром. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают крупнокристаллические и гранулированные удобрения. Гранулированные удобрения можно вносить на поля механизированными методами с помощью туковых машин и сеялок в количествах, строго соответствующих агрохимическим требованиям.
Эффективным средством для уменьшения слеживания является обработка поверхности гранул поверхностно-активными веществами. В последние годы стали распространенными способы создания вокруг гранул различных оболочек, которые, с одной стороны, предохраняют удобрение от слеживания, а с другой — позволяют регулировать во времени процесс растворения питательных веществ в почвенных водах, т. е. создавать долговременно-действующие удобрения.
Общая структура производства удобрений
Количество питательных элементов в выпускаемых удобрениях рассчитывают по действующему веществу, соответственно N, Р2О5, К2О., и оно составляет в среднем 38-42% от общей массы продукта.
Основные виды удобрений:
| Удобрение | Соотношение (N:Р2О5:К2О) |
| Аммофос | 11:48:0 |
| Аммофоска | 10:15:17 |
| Диаммофос | 18:47:0 |
| Нитрофос | 23:17:0 |
| Нитрофоска | 12:12:12 |
| Нитроаммофос | 23:23:0 |
| Нитроаммофоска | 14:14:16 |
Азотные и фосфорные удобрения производят через получение аммиака, серной и фосфорной кислот, калийные удобрения – непосредственно из минерального сырья (в основном сильвинита).
Основная масса удобрений производится в гранулированном виде, однако все большее значение приобретает выпуск жидких комплексных удобрений (ЖКУ)
Возможная последовательность получения минеральных удобрений из сырья показана на рисунке 2. Аммиак, серная, азотная и фосфорная кислоты используются как основные полупродукты для получаемых удобрений.
 |
Рис 2. Схема производства минеральных удобрений
Типовые процессы солевой технологии
Большинство МУ представляет различные минеральные соли или твердые вещества с подобными солям свойствами. Технологические схемы производства МУ весьма разнообразны, но, в большинстве случаев, складываются из одних и тех же типовых процессов, свойственных солевой технологии, цель которых – разделение сложных систем, состоящих из нескольких солевых компонентов.
Переработка минерального сырья в соли может идти или его высокотемпературной обработкой или «мокрым» путем в жидких средах и суспензиях. В соответствии с этим, помимо обычных процессов подготовки сырья к переработке, в солевой технологии особое значение имеют два типа процессов:
– термическая или термохимическая обработка, т.е. различные виды обжига сырья или шихты;
– растворение и перекристаллизация веществ, связанные с их химической обработкой, разделением и очисткой растворов от примесей.
Обжиг.Обжигом называют процесс термической обработки материалов, заключающийся в нагреве их до заданной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении. В соответствии с протекающими при обжиге химическими превращениями различают:
– кальцинационный обжиг, цель которого удаление из вещества летучих компонентов, чаще всего оксида углерода и конституционной воды. Например, обжиг известняка
СаСО3= СаО + СО2
– окислительный обжиг, цель которого повышение степени окисления элемента, например
6FеО + О2 =2Fе3О4
– восстановительный обжиг, цель которого понижение степени окисления элемента, например,
Са3(РО4)2 +5С +3SiО2 = Р2 + 5СО + 3СаSiО3
Растворение и выщелачивание.Растворением твердого тела называется процесс разрушения его кристаллической структуры под воздействием растворителя с образованием гомогенной системы-раствора.
Растворение может быть физическим, когда возможна обратная кристаллизация растворенного вещества из раствора и химическим, когда растворитель или содержащийся в нем реагент, химически взаимодействует с растворяемым веществом и делает невозможным его обратную кристаллизацию.
Частный случай растворения – выщелачивание. Это процесс извлечения (экстракции) жидким растворителем твердого компонента из системы, состоящей их двух и большего числа твердых фаз. Как и растворение, выщелачивание может быть физически и химическим.