Природные источники сырья для производства минеральных фосфорных удобрений

Апатиты: концентрированное сырье для водорастворимых удобрений

Эффективность фосфорного питания растений напрямую зависит от происхождения сырья, из которого произведены удобрения. Основным источником для получения водорастворимых форм фосфора служат апатиты — прочные кристаллические минералы магматического происхождения. Из-за высокой прочности кристаллической решетки это сырье требует обязательной химической или термической переработки с удалением фтора. Без этого процесса фосфор останется в недоступной для растений форме.

В зависимости от химического состава выделяют четыре разновидности апатитов:

• Фторапатит (Ca₅[PO₄]₃F) — наиболее распространен в природе, теоретически содержит 42,24% P₂O₅ и 55,51% CaO (часть кальция может быть изоморфно замещена стронцием и двухвалентным марганцем).
• Хлорапатит (Ca₅[PO₄]₃Cl).
• Гидроксилапатит (Ca₅[PO₄]₃(OH)).
• Оксиапатит (Ca₁₀[PO₄]₆O).

В апатитах также содержатся редкоземельные элементы цериевой группы. Крупнейшим источником этого сырья в России является Хибинское месторождение на Кольском полуострове, где руда залегает в виде апатитово-нефелиновой породы. Также залежи имеются в Бурятии (Ощурковское месторождение). В мировом масштабе крупные запасы апатитов сосредоточены в Швеции и карбонатитах Африки, однако их промышленное значение невелико.

• Содержание P₂O₅ в концентрате — около 40%
• Запасы Хибинского месторождения — около 640 млн т P₂O₅
• Содержание P₂O₅ в зернистых фосфоритах — 22–30%
• Содержание P₂O₅ в пластовых фосфоритах — 28–36%

Фосфориты: пористая структура для прямого внесения

Фосфориты представляют собой осадочные аморфные или мелкокристаллические агрегаты, состоящие из смеси апатита, кальцита, гипса и других минералов. Они отличаются от апатитов высокой пористостью, что значительно облегчает их растворение. Чем моложе фосфорит по геологическому возрасту, тем менее выражена его кристаллическая структура и тем быстрее он усваивается растениями.

Изучение отечественных фосфоритов началось еще в 1860-х годах, а в 1880-х в полевых опытах была доказана эффективность первой фосфоритной муки на дерново-подзолистых почвах. По характеру залегания руду делят на желваковую (конкреционную), зернистую и пластовую. В зависимости от структуры и химического состава сырье направляют либо на глубокую химическую переработку, либо непосредственно на помол.

Качество сырья и особенности залегания основных российских месторождений фосфоритов существенно различаются. Подробные характеристики этих источников приведены в таблице:

Аналогичные песчанистые фосфориты, сцементированные в плиту, залегают также в Воронежской, Тамбовской, Орловской, Брянской, Калужской и Смоленской областях. Из-за низкого содержания фосфора их невозможно использовать для получения суперфосфатов. Единственным рациональным способом применения такого сырья остается его размол на фосфоритную муку.

Отечественные фосфориты имеют два серьезных недостатка — низкую концентрацию фосфора и высокое содержание полуторных окислов. Для переработчиков это означает технологические сложности и дополнительный расход сырья. Полуторные окислы вызывают ретроградацию растворимых солей фосфорной кислоты, переводя их обратно в неусвояемую форму. В результате для разложения примесей при производстве суперфосфата требуется значительно больше серной кислоты.

Классификация удобрений по растворимости и доступности

Растворимость фосфорного соединения напрямую определяет способ его внесения и поведение в почве. По этому признаку все удобрения делятся на три группы: водорастворимые, цитратно- и лимоннорастворимые, а также труднорастворимые. Главная задача технологий переработки фосфатного сырья — перевести фосфор в форму, которую растения могут легко усвоить. Степень доступности определяет, насколько быстро и полно окупится внесение удобрения на конкретном типе почвы.

Большинство почв нашей страны имеют реакцию, близкую к нейтральной. В таких условиях наиболее эффективны водорастворимые формы фосфора, которые выпускают в виде гранул или порошка. Цитратно- и лимоннорастворимые удобрения вносят в виде порошков — они также хорошо усваиваются культурами. Труднорастворимые фосфаты требуют исключительно тонкого помола, так как они не растворяются в воде и слабых кислотах.

Фосфор из труднорастворимых соединений переходит в усвояемую форму медленно и постепенно. Этому процессу способствуют естественная кислотность почвы и корневые выделения самих растений. Высвобождение элемента также ускоряется, если применять труднорастворимые фосфаты совместно с физиологически кислыми минеральными удобрениями.

• Доля водорастворимых фосфатов в мировом производстве — около ¾
• Доля труднорастворимых удобрений в производстве — около 8 %
• Содержание P₂O₅ в концентрированных удобрениях — более 25 %