Производство минеральных удобрений

Для увеличения плодородия почвы ее необходимо удобрять. Для этого наряду с органическими в почву вносят минеральные удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и другие элементы, которые необходимы для нормального развития растений.

Азотные удобрения.Растения усваивают только связанный азот, т. е. азот, находящийся в соединении с другими-элементами (в от­личие от свободного азота атмосферы). Крупнейшие промышлен­ные запасы связанного азота находятся в ископаемых углях (до 2,5% их веса) и в чилийской селитре(азотнокислый натрий).

В течение XIX и в начале XX вв. чилийскаяселитра служила почти единственным азотным удобрением и исходным материалом для получения окислов азота. Но с тех пор, как был изобретен способ производства синтетического аммиака, потребление чилий­ской селитры резко сократилось. Когда уголь сгорает, азот освобождается от соединений и выделяется в атмосферу. При коксовании же угля выделяющийся из него азот соединяется с водородом и образует аммиак NН₃. Одна­ко большую часть угля используют в качестве топлива с выделе­нием азота и атмосферу, а не для получения удобрений. Наиболь­шее промышленное значение имеет использование неисчерпаемых запасов азота, содержащегося и атмосфере. Получение аммиака в промышленных условиях в настоящее время основано главным образом на синтезе его в мощных установках (колоннах синтеза) при давлении 30 МН/м² и более и температуре 450-525° С с применением катализаторов. Исходными материалами для синтеза аммиака являются азот и водород. Удельный расход их очень велик так для получения 1 л жидкого аммиака расходуется 500 м³ азота и 1500 м³ водорода (при температуре 0° С и нормальном атмосферном давлении). Неисчерпаемым источником для получения азота служит окру­жающая атмосфера. Поэтому получение азота легко осущест­вимо в любом месте. Для выделения азота из воздуха пользуются главным образам методом разгонки жидкого воздуха, основанным на том, что азот, как и другие атмосферные газы, сильным охлаж­дением и большим сжатием можно, перевести в жидкое состояние. Более сложной проблемой является получение водорода. Получение водорода связано с разложением воды, ископаемого угля природного горючего газа. Технологически просто получение водорода электролизом воды, но вследствие большой эргоемкости, такой способ получения водорода экономически мало выгоден. Разложение воды возможно^; и путем взаимодействия ее с раскалённым; твердым .топливом (лучше всего- коксом) в генераторных печах. Этот способ получения водорода, называемый конверсионным, до недавнего времени был наиболее распространен. Более экономично получение водорода из коксового газа, наполовину состоящего из водорода. Основную часть про­изводимого аммиака используют для выработки азотных удобре­ний. Различают три вида азотных удобрений: аммиачные, нитрат­ные и амидные.

Аммиачными называют удобрения, в которых азот содержится в форме аммиака ,например, сернокислый аммоний, или сульфат аммония (NН₄)₂SО₄

В нитратных удобрениях азот содержится в окисленной форме (например, калиевая селитра КNО₃, чилийская селитра, или азот­нокислый натрий, NaN0₃).

К амидным удобрениям относят такие соединения, в которых азот находится в амидной форме NH₂, например, карбамид, или мочевина, СО (NН₂)₂.

Фосфорные удобрения. Сырьем для производства фосфорных удобрений служат главным образом фосфориды и апатиты. Дополнительным резервом для получения фосфорных соединений являются томасшлаки.

Качество фосфорных удобрений зависит от содержания в них фосфора (выраженного в процентах содержания фосфорного фторида Р₂О₅ и, кроме того, от степени усвояемости этого фосфора растениями. Лучше всего усваивается фосфор, находящийся в легко растворимых водой соединениях, например, в суперфосфате. Трудно растворимым а, следовательно, слабо усвояемым, удобрением является фосфоритная мука. Фосфориты в природе распространены довольно широко, однако вследствие того, что содержание фосфорного ангидрида в них невысоко переработка их требует большого расхода кислоты, использование их в качестве сырья для производства суперфосфата недостаточно экономически эффективно. Нерастворимость или слабая растворимость фосфорита связана с тем, что фосфор содержится в нем в составе нерастворимого фосфорнокислого кальция Са₃(РО4)_2. Следовательно, чтобы сделать фосфор, содержащийся в фоофорите или апатите, доступным для растений, нужно изменить характер фосфорных соединений, перевести их в усвояемую форму. В процессе химической обработки фосфоритной муки 62-70%-ной серной кислотой из трехзамещенной соли Са₃ (РО₄)₂ получается хорошо растворимая в воде однозамещенная соль Са (Н₂РО₄)₂ - монокальцийфосфат, называемый суперфосфатом. В последние годы началось ускоренно развивается производство более концентрированных фосфорных удобрений — двойного суперфосфата, содержащего до 50% усвояемого фосфорногоангидрида (почти в три раза больше, чем в простом суперфосфате).

Калийные удобрения. Основным видом сырья для производства калийных удобрений является сильвинит КС1-NaС1 — природная смесь 20-40% хлористого калия и 58- 78% хлористого натрия. Кроме того, применяют минералы карнал­лит КС1-MgС1₂-6Н₂О, каинит КС1-МgSО₄-ЗН₂О и сильвин, пред­ставляющий собой чистый хлористый калий.

Для получения из сильвинита хлористого калия его необходимо отделить от содержащегося и руде хлористого натрия, который, будучи внесенным в почву, вызывает вредное влияние на растения. Отделение хлористого калия достигается соответствующей переработкой сильвинита.

Разделение входящих в состав сильвинита хлористого калия и хлористого натрия основано на неодинаковой растворимости этих соединений в воде при различных температурах. Раствори­мость хлористого натрия при возрастании температуры остается почти неизменной, растворимость же хлористого калия резко воз­растает. Следовательно, если растворить сильвинит в воде при высокой температуре, а затем раствор охладить, то из него выпадает хлористый калий. В промышленных условиях разделение сильвинита и отделение хлористого калия осуществляют следующим путем. Измельченный сильвинит растворяют в горячем маточном растворе (насыщенный на холоде раствор сильвинита). Так как при повышении температуры растворителя растворимость хлористого калия повышается, в горячий маточный раствор переходит только хлористый калий. Другая же часть сильвинита (хлористый натрий, растворимость которого с повышением температуры мало изменяется) почти вся остается нерастворенной и переходит в осадок. Дополнительно насыщенный хлористым калием раствор направляют в центрифуги, где производится отделение от раствора растворенных кристаллов хлористого натрия. Затем раствор охлаждают, в результате чего из него выпадают кристаллы растворившегося при высокой температуре хлористого калия; отделяют от раствора (пульпы) также при помощи центрефуги. Полученный таким образом хлористый калий имеет высокую влажность (6—8%). После сушки он уже представляет собой го­товый продукт — калийное удобрение с содержанием до 98% хлористого калия.