Технология производства и особенности применения аммофоса в сельском хозяйстве

Существуют два основных способа производства сложных удобрений: а) на основе экстракционной фосфорной кислоты с последующим получением фосфатов аммония; б) на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья.

К сложным относят двойные (полифосфат аммония, аммофос, диаммофос, нитроаммофос, нитрофос, карбоаммофос, фосфаты мочевины, фосфорнокалийные) и тройные (нитрофоска, нитроаммофоска, карбоаммофоска) удобрения.

Аммофос NH4H2PO4 – дигидрофосфат аммония. Составляющие эту соль ионы (аммоний и анион фосфорной кислоты) необходимы всем культурам и они легко усваиваются растениями на всех почвах. Аммофос содержит 1112 % N, 46-60 % Р2О5. В нем нет балласта. Технология производства аммофоса проста: аммиак нейтрализуют фосфорной кислотой:

NH3 + Н3РO4 = NH4H2PO4

Основу аммофоса составляют дигидрофосфат аммония – NH4H2PO4 – и частично гидрофосфат аммония – (NH4)2HPO4. Соотношение их приблизительно 4:1. Кроме фосфатов аммония, аммофос может содержать фосфаты железа, алюминия, соединения фтора, магния и другие примеси, которые переходят в аммофос из исходной фосфорной кислоты.

Содержание общей Р2О5 в аммофосе аналогично или выше на 1–1,5 % содержания усвояемой Р2О5. Аммофос из апатитового концентрата почти полностью растворим в воде. Аммофос из фосфоритов содержит около 20 % общего содержания фосфора (Р2О5) в нерастворимой в воде, но растворимой в слабых органических кислотах форме.

Аммофос можно применять в качестве основного удобрения под зерновые культуры, сахарную свеклу, картофель; особенно эффективен при внесении в рядки. Аммофос целесообразно использовать на всех почвах, а также в засушливых районах, где азотных удобрений требуется гораздо меньше, чем фосфорных. Перспективен при выращивании сои. Фосфор, содержащийся в аммофосе, более подвижен в почве, чем фосфор в суперфосфате, поэтому его можно использовать и для подкормок растений, если своевременно не вносили фосфорное удобрение.

Оптимальный размер гранул для аммофоса зависит от многих факторов: почвенно-климатических условий, способов внесения удобрений, требований для сухого тукосмешивания. На карбонатных почвах (сероземах) при основном внесении аммофоса лучше действует удобрение с более мелкими частицами; на дерново-подзолистой почве – не выявлено различий в действии удобрений с гранулами 1–4 мм. При рядковом внесении аммофоса в малых нормах наличие крупных гранул (3–4 мм) в количестве, превышающем 25 %, нежелательно. В гранулированном аммофосе количество гранул размером 1– 4 мм должно составлять не менее 90 %.

В этом удобрении фосфора содержится в 4 раза больше, чем азота, поэтому в большинстве случаев аммофос приходится смешивать с азотными удобрениями, а иногда и с калийными. Служит хорошим компонентом для тукосмесей.

Диаммофос [(NH4)2HPO4] – гидрофосфат аммония. Производство аммофоса основано на насыщении аммиаком свободной фосфорной кислоты. Если продолжить этот процесс, то получается диаммофос, в котором соотношение между азотом и фосфором равно приблизительно 1:2,5:

2NH3 + H3PO4 = (NH4)2HPO4.

Содержит 18 % N и 46 % Р2О5. Это самое концентрированное из всех сложных удобрений. Диаммофос – удобрение безбалластное; 1 ц его заменяет 2,5–3 ц простого суперфосфата и 0,7 ц аммиачной селитры; обладает хорошими физическими свойствами. Применяется как основное, предпосевное удобрение на всех типах почв, в том числе и на мощных обыкновенных черноземах под зерновые, хлопчатник, сахарную свеклу, овощные, декоративные и плодово-ягодные культуры.

Диаммофос легко растворим в воде, в связи с чем, его можно использовать для подкормок растений. При его внесении в рядки, борозды или лунки нельзя допускать непосредственного контакта удобрения с семенами или растениями во избежание возможного отрицательного действия повышенной концентрации аммонийного азота диаммофоса на корневую систему растений.

Аммофос и диаммофос имеют преимущество перед суперфосфатом, т. к. их фосфат-ионы менее прочно закрепляются химически в почве и поэтому более усвояемы. Кроме того, фосфаты аммония безбалластны и не создают высоких концентраций, которые могли бы вредно действовать на проростки и семена. Соотношение N:Р в этих удобрениях соответствует потребностям растений в самые первые периоды их развития, когда особенно необходим фосфор.

Метафосфат калия (КРO3)n – сложное высококонцентрированное фосфорно-калийное удобрение, не содержащее балластных примесей. Содержит 60 % Р2О5 и 40 % K2O. Производство его основано на взаимодействии хлористого калия с фосфорной кислотой при высокой температуре. Реакция получения метафосфата калия из хлористого калия и ортофосфорной кислоты протекает при температуре 350–450°С. В начале образуется монофосфат калия и соляная кислота, а затем (при дегидратации) – метафосфат калия:

KCl + Н3РО4 = КН2РО4 КН2РО4 = (КРO3)n + nН2O.

Применение метафосфата и нитрата калия на хлорофобных культурах

Метафосфат калия представляет собой бесхлорное полимерное соединение, которое отлично подходит для чувствительных к хлору культур. Скорость его перехода в доступную форму зависит от степени полимеризации: современные технологии позволяют выпускать продукт с короткой цепочкой от 15 до 50 атомов фосфора. Такое удобрение быстро гидролизуется в почве до ортофосфата и триметафосфата. При этом чем ниже степень полимеризации, тем больше ортофосфата образуется на начальном этапе гидролиза.

Удобрение устойчиво к вымыванию из корнеобитаемого слоя, поэтому его эффективно вносить под зяблевую пахоту. Метафосфат калия обладает хорошей сыпучестью, не слеживается и практически не поглощает влагу из воздуха при средней влажности. Его рекомендуется применять на почвах, которые уже достаточно обеспечены азотом. В зависимости от используемого сырья получают формы метафосфата калия с содержанием 54% P₂O₅ (водорастворимая форма) и 35–40% K₂O либо 60% P₂O₅ (цитратнорастворимая форма) и 40% K₂O.

• Содержание калия в селитре — 46% K₂O
• Содержание азота в селитре — 13% N
• Фосфор в водорастворимом метафосфате — 54% P₂O₅
• Фосфор в цитратнорастворимом метафосфате — 60% P₂O₅

Калийная селитра (нитрат калия) — это концентрированное физиологически щелочное удобрение. В полевых условиях каждый центнер этого тука полноценно заменяет более 1 ц калийной соли и около 0,4 ц аммиачной селитры. Благодаря отсутствию хлора и широкому соотношению калия к азоту, селитра незаменима для поздних подкормок картофеля и корнеплодов. В этот период вегетации растения требуют усиленного калийного питания при минимальном потреблении азота.

Использование нитрата калия крайне перспективно в защищенном грунте. Его внесение позволяет снизить общую концентрацию солей в питательном субстрате, особенно вредных для теплиц сульфатов и хлоридов. Промышленную калийную селитру получают конверсионным способом из упаренных растворов нитрата натрия и стандартного хлористого калия. Удобрение поставляется в виде белого кристаллического порошка с легким желтовато-серым оттенком, который легко растворяется в воде и слабо притягивает влагу.

Метафосфат и полифосфаты аммония для оптимизации питания растений

Метафосфат аммония является высококонцентрированным источником фосфора и азота, который получают при взаимодействии аммиака с фосфорным ангидридом. Около 40–60% азота и фосфора в составе этого удобрения изначально трудно растворяются в воде. Однако после внесения в почву они постепенно гидролизуются и переходят в доступные водорастворимые соединения. Скорость этого процесса напрямую зависит от кислотности среды: на кислых дерново-подзолистых почвах превращение метафосфатов в ортофосфаты протекает значительно быстрее, чем на черноземах. Данный тук подходит в качестве основного удобрения под любые сельскохозяйственные культуры.

• Фосфор в метафосфате аммония — 80% P₂O₅
• Азот в метафосфате аммония — 17% N
• Фосфор в полифосфорной кислоте — 74,5–76% P₂O₅

Полифосфаты аммония представляют собой соли, получаемые нейтрализацией полифосфорных кислот газообразным аммиаком под давлением. Исходным сырьем служит ортофосфорная кислота экстракционного или термического происхождения. В процессе нагревания под вакуумом происходит конденсация молекул с выделением воды — например, по схеме H₅P₃O₁₀ → 3HPO₃ + H₂O. Полученная таким образом суперфосфорная кислота содержит от 74,5 до 76% P₂O₅, обеспечивая высокую концентрацию элементов в конечном удобрении.

Особенности применения полифосфатов аммония

Для практического применения наиболее ценны три- и тетрааммонийпирофосфаты. Они отличаются высокой общей концентрацией азота и фосфора, а также оптимальным соотношением этих элементов. Благородя хорошей растворимости, их используют в сухом виде или вводят в качестве основного компонента в жидкие и суспендированные удобрения.

Попадая в почву, полифосфаты постепенно гидролизуются до ортофосфатов (например, по схеме H₆P₄O₁₃ + 3H₂O → 4H₃PO₄). Скорость этого процесса зависит от почвенно-климатических условий:

• Кислотность: в кислой среде гидролиз идет быстрее, чем в нейтральной или щелочной.
• Температура: потепление почвы с 20 до 30 °С ускоряет гидролиз в два раза. В условиях влажных тропиков и субтропиков процесс идет быстрее, чем в умеренных широтах, из-за высокой биологической активности.
• Биота и ферменты: распад ускоряют почвенные ферменты (например, фосфатаза), корневые выделения растений и микрофлора.
• Тип почвы: гранулометрический и минералогический составы влияют на превращения соединений. При этом полифосфаты связываются с почвенными минералами сильнее, чем ортофосфаты.

Полифосфат аммония выпускается в прочных гранулах размером 1,4–2,8 мм с хорошими физическими свойствами. Удобрение отлично смешивается с аммиачной селитрой, мочевиной, сульфатом аммония и хлористым калием без ухудшения физических свойств смеси. Его можно вносить напрямую под любые культуры на всех типах почв, особенно когда требуется широкое соотношение азота и фосфора. По эффективности на поле это удобрение равноценно стандартным фосфатам аммония.

Фосфоаммомагнезия и железоаммонийфосфат: специализированные формы

Фосфоаммомагнезия (магний-аммоний-фосфат) существует в двух формах. Практический интерес представляет одноводная разновидность (MgNH₄PO₄·H₂O). Ее получают из солей магния — хлорида, сульфата или оксида. Реакция осаждения соли идет при температуре 80–100 °С, готовый продукт стабилен при хранении и устойчив при нагревании до 230 °С. Также для производства используют магнезит: его разлагают экстракционной фосфорной кислотой (43,5–49,5 % P₂O₅) при 100 °С, а затем проводят аммонизацию пульпы 25 %-ным водным раствором аммиака до достижения рН 10.

• Содержание азота (N) — 9 %
• Содержание фосфора (P₂O₅) — 45,7 %
• Содержание магния (MgO) — 25,9 %
• Температура синтеза — 80–100 °С
• Термостабильность продукта — до 230 °С

Это медленнодействующее удобрение, слаборастворимое в воде. При внесении по норме фосфора оно полностью закрывает потребность в магнии на бедных почвах. Однако по азоту состав не сбалансирован, поэтому его необходимо дополнять другими азотными удобрениями. Одноводный магний-аммоний-фосфат подходит для приготовления магнийсодержащих тукосмесей с мочевиной, хлористым или сернокислым калием.

При основном внесении на бедных фосфором почвах удобрение работает так же эффективно, как суперфосфат с аммиачной селитрой. Если в почве не хватает и фосфора, и магния, фосфоаммомагнезия превосходит по эффективности безмагниевые фосфаты. Препарат можно вносить под все культуры в больших нормах без риска ожогов растений. Он высокоэффективен при выращивании овощей в теплицах, а благодаря нерастворимому в воде азоту незаменим на орошаемых землях.

Железоаммонийфосфат (FeNH₄PO₄·H₂O) содержит 38 % P₂O₅, 29 % Fe и 9,64 % NH₄. Удобрение рекомендуют использовать строго для предпосевной обработки семян и некорневых подкормок при дефиците железа. Роль основного источника азота или фосфора оно выполнять не может: расчет нормы по фосфору приведет к токсичному избытку железа для растений, а расчет по железу даст ничтожно малые дозы азота и фосфора.

Калий-фосфорные концентрированные удобрения

Монокалийортофосфат (KH2PO4) представляет собой концентрированное водорастворимое удобрение, содержащее 52,2 % P2O5 и 34,6 % K2O. Благодаря высокой чистоте и отличным физическим свойствам соль активно используют для составления питательных смесей в защищенном грунте. На открытых площадях удобрение подходит для любых типов почв под овощные и плодовые культуры. Его можно вносить как в сухом виде, так и в составе жидких комплексных смесей.

Фосфат аммония и калия (NH4KHPO4) содержит 5 % азота, 50 % фосфора и 23 % калия. Все элементы находятся в легкодоступной для растений форме, однако их соотношение (N:P2O5:K2O = 1:10:5) не сбалансировано для большинства культур. При его использовании агроному приходится дополнительно вносить простые азотные и калийные удобрения. По этой причине, а также из-за экономической нецелесообразности, данный тук на текущий момент промышленно не выпускается.

Полифосфат калия получают при взаимодействии хлористого калия с полифосфорными кислотами. Стандартный технологический процесс включает несколько последовательных этапов:

1. Дозирование исходных компонентов.
2. Смешивание и проведение химической реакции.
3. Гранулирование готового плава и его охлаждение.
4. Рассев, дробление крупных фракций и кондиционирование.

Альтернативный метод производства основан на взаимодействии раствора карбоната калия (K2CO3) или гидроксида калия (KOH) с парами фосфорного ангидрида (P2O5) в барботажных колоннах с последующей переработкой растворов.

• Фосфор (P2O5) — 48–51 %
• Калий (K2O) — 26–32 %
• Хлор (Cl) — около 4 %
• Водорастворимый фосфор — 68 %
• Цитратнорастворимый фосфор — 9 %

Низкое содержание хлора делает полифосфат калия ценным удобрением для картофеля, табака, винограда и других чувствительных к хлору культур. Физические свойства тука позволяют без проблем хранить и вносить его стандартной техникой. При этом химический состав полифосфатов калия может варьироваться в зависимости от исходного сырья.

Азотно-фосфорные соединения на основе мочевины и амидов

Фосфат мочевины синтезируют из термической фосфорной кислоты и мочевины. Готовое удобрение содержит 16–19,6 % азота и 41–45 % фосфора. Оно обладает хорошими физико-химическими свойствами и устойчиво к слеживанию. Важное преимущество этой формы — сниженные потери азота по сравнению с чистой мочевиной. Кроме того, фосфор из этого соединения слабее связывается почвой, чем из суперфосфата, дольше сохраняясь в доступной для корней форме.

По результатам полевых опытов на дерново-подзолистых почвах, черноземах и сероземах, фосфат мочевины показал высокую эффективность. При основном и предпосевном внесении под различные сельскохозяйственные культуры он не уступал нитрофоске. Также удобрение сработало на уровне эквивалентной смеси простых туков — мочевины, двойного суперфосфата и хлористого калия.

Полифосфаты мочевины получают путем аммонизации продукта реакции концентрированной термической фосфорной кислоты с мочевиной. Готовое удобрение содержит 31–35 % азота и 24–31 % P2O5. Регулируя пропорции сырья, производитель может изменять соотношение азота и фосфора в готовой марке, а добавление калийных солей позволяет выпускать тройные удобрения (например, марки 20–20–20). Эти составы целесообразно использовать на легких почвах под лен, картофель и пшеницу.

Амиды фосфора относятся к ультраконцентрированным удобрениям, где суммарное содержание питательных элементов (азота и фосфора) достигает 120–147 %. Использование фосфорного ангидрида позволяет получать амиды и имиды фосфорных кислот, а также дегидратированные фосфаты аммония. Данные соединения медленно растворяются в воде, не вымываются из корнеобитаемого слоя осадками и не фиксируются почвенными коллоидами.

При взаимодействии P2O5 с аммиаком формируется смесь соединений разного состава:

• диамидопирофосфорная кислота;
• двухзамещенная аммонийная соль моноамидопирофосфорной кислоты;
• аммонийная соль полифосфорной кислоты, содержащая амидогруппы (NH2) в цепочке фосфорных атомов.

Среди чистых амидных форм высокую ценность представляют фосфонитриламид (54 % азота и 93 % P2O5) и триамид ортофосфорной кислоты (44 % азота и 75 % P2O5). По действию на урожайность сельскохозяйственных культур эффективность триамида ортофосфорной кислоты сопоставима с совместным внесением аммиачной селитры и моноаммонийфосфата.