Природні джерела сировини для виробництва мінеральних фосфорних добрив
6 хв читання
Апатити: концентрована сировина для водорозчинних добрив
Ефективність фосфорного живлення рослин напряму залежить від походження сировини, з якої вироблено добрива. Основним джерелом для отримання водорозчинних форм фосфору слугують апатити — міцні кристалічні мінерали магматичного походження. Через високу міцність кристалічної ґратки ця сировина потребує обов'язкової хімічної або термічної переробки з видаленням фтору. Без цього процесу фосфор залишиться в недоступній для рослин формі.
Товарна апатитова руда через домішки містить усього близько 30% фосфору. Для виробництва якісних добрив використовують апатитовий концентрат, очищений від нефеліну методом флотації.
Залежно від хімічного складу виділяють чотири різновиди апатитів:
- Фторапатит (Ca₅[PO₄]₃F) — найбільш поширений у природі, теоретично містить 42,24% P₂O₅ та 55,51% CaO (частина кальцію може бути ізоморфно заміщена стронцієм та двовалентним марганцем).
- Хлорапатит (Ca₅[PO₄]₃Cl).
- Гідроксилапатит (Ca₅[PO₄]₃(OH)).
- Оксіапатит (Ca₁₀[PO₄]₆O).
В апатитах також містяться рідкісноземельні елементи церієвої групи. Найбільшим джерелом цієї сировини в Росії є Хібінське родовище на Кольському півострові, де руда залягає у вигляді апатито-нефелінової породи. Також поклади є в Бурятії (Ощурковське родовище). У світовому масштабі великі запаси апатитів зосереджені у Швеції та карбонатитах Африки, проте їхнє промислове значення невелике.
- Вміст P₂O₅ у концентраті — близько 40%
- Запаси Хібінського родовища — близько 640 млн т P₂O₅
- Вміст P₂O₅ у зернистих фосфоритах — 22–30%
- Вміст P₂O₅ у пластових фосфоритах — 28–36%
Фосфорити: пориста структура для прямого внесення
Фосфорити являють собою осадові аморфні або дрінокристалічні агрегати, що складаються із суміші апатиту, кальциту, гіпсу та інших мінералів. Вони відрізняються від апатитів високою пористістю, що значно полегшує їхнє розчинення. Чим молодший фосфорит за геологічним віком, тим менш виражена його кристалічна структура і тим швидше він засвоюється рослинами.
Вивчення вітчизняних фосфоритів почалося ще в 1860-х роках, а в 1880-х у польових дослідах було доведено ефективність першого фосфоритного борошна на дерново-підзолистих ґрунтах. За характером залягання руду поділяють на жовакову (конкреційну), зернисту та пластову. Залежно від структури та хімічного складу сировину спрямовують або на глибоку хімічну переробку, або безпосередньо на помел.
Піщанисті фосфорити з низьким вмістом фосфору непридатні для хімічної переробки. З них виробляють фосфоритне борошно для прямого внесення на кислих ґрунтах.
Якість сировини та особливості залягання основних російських родовищ фосфоритів суттєво відрізняються. Детальні характеристики цих джерел наведено в таблиці:
| Родовище (шар) | Тип руди та умови залягання | Вміст P₂O₅, % | Вміст півтораоксидів, % |
|---|---|---|---|
| Вятсько-Камське | Жоваковий тип, відмитий від породи | 24–26 | Близько 5 |
| Єгор'євське (портландський шар) | Нижній робочий горизонт підвищеної якості | 25–26 | 4–5 |
| Єгор'євське (рязанський шар) | Верхній горизонт, відділений від нижнього глауконітовим піском | 21–23 | 10–12 |
| Сещинське (середній шар) | Піщанисті конкреції потужністю 0,53 м | 16 | — |
| Сещинське (верхній шар) | Піщанисті конкреції потужністю 0,5 м (прошарок глауконітового піску — 1 м) | 14 | — |
| Щигровське | Піщанисті жоваки, зцементовані в суцільну плиту | 14–19 | — |
Аналогічні піщанисті фосфорити, зцементовані в плиту, залягають також у Воронезькій, Тамбовській, Орловській, Брянській, Калузькій та Смоленській областях. Через низький вміст фосфору їх неможливо використовувати для отримання суперфосфатів. Єдиним раціональним способом застосування такої сировини залишається її помел на фосфоритне борошно.
Вітчизняні фосфорити мають два серйозні недоліки — низьку концентрацію фосфору та високий вміст півтораоксидів. Для переробників це означає технологічні складнощі та додаткову витрату сировини. Півтораоксиди викликають ретроградацію розчинних солей фосфорної кислоти, переводячи їх назад у незасвоювану форму. У результаті для розкладання домішок при виробництві суперфосфату потрібно значно більше сірчаної кислоти.
Високий вміст півтораоксидів у фосфоритній сировині призводить до ретроградації розчинних солей фосфорної кислоти, що знижує якість готового добрива.
| Тип сировини для отримання 1 т засвоюваної P₂O₅ у суперфосфаті | Витрата сірчаної кислоти, т |
|---|---|
| Апатитовий концентрат | 1,885 |
| Фосфорити | 2,5 |
Класифікація добрив за розчинністю та доступністю
Розчинність фосфорної сполуки напряму визначає спосіб її внесення та поведінку в ґрунті. За цією ознакою всі добрива поділяються на три групи: водорозчинні, цитратно- та лимоннорозчинні, а також важкорозчинні. Головне завдання технологій переробки фосфатної сировини — перевести фосфор у форму, яку рослини можуть легко засвоїти. Ступінь доступності визначає, наскільки швидко та повно окупиться внесення добрива на конкретному типі ґрунту.
Більшість ґрунтів нашої країни мають реакцію, близьку до нейтральної. У таких умовах найбільш ефективними є водорозчинні форми фосфору, які випускають у вигляді гранул або порошку. Цитратно- та лимоннорозчинні добрива вносять у вигляді порошків — вони також добре засвоюються культурами. Важкорозчинні фосфати потребують виключно тонкого помелу, оскільки вони не розчиняються у воді та слабких кислотах.
Фосфор із важкорозчинних сполук переходить у засвоювану форму повільно й поступово. Цьому процесу сприяють природна кислотність ґрунту та кореневі виділення самих рослин. Вивільнення елемента також прискорюється, якщо застосовувати важкорозчинні фосфати разом із фізіологічно кислими мінеральними добривами.
- Частка водорозчинних фосфатів у світовому виробництві — близько ¾
- Частка важкорозчинних добрив у виробництві — близько 8 %
- Вміст P₂O₅ у концентрованих добривах — понад 25 %
Читайте також
Агрохімія Студентові
Застосування та агрохімічні властивості натрієвої чилійської селітри
Агрохімія Студентові
Виробництво та застосування калійних добрив у сільському господарстві
Агрохімія Студентові