Технологія виробництва та особливості застосування амофосу в сільському господарстві

Існують два основні способи виробництва складних добрив: а) на основі екстракційної фосфорної кислоти з наступним отриманням фосфатів амонію; б) на основі азотнокислотного розкладання фосфатної сировини.

До складних відносять подвійні (поліфосфат амонію, амофос, діамофос, нітроамофос, нітрофос, карбоамофос, фосфати сечовини, фосфорно-калійні) та потрійні (нітрофоска, нітроамофоска, карбоамофоска) добрива.

Амофос NH4H2PO4 – дигідрофосфат амонію. Іони, що складають цю сіль (амоній та аніон фосфорної кислоти), необхідні всім культурам, і вони легко засвоюються рослинами на всіх ґрунтах. Амофос містить 11–12 % N, 46–60 % Р2О5. У ньому немає баласту. Технологія виробництва амофосу проста: аміак нейтралізують фосфорною кислотою:

NH3 + Н3РO4 = NH4H2PO4

Основу амофосу складають дигідрофосфат амонію – NH4H2PO4 – і частково гідрофосфат амонію – (NH4)2HPO4. Співвідношення їх приблизно 4:1. Крім фосфатів амонію, амофос може містити фосфати заліза, алюмінію, сполуки фтору, магнію та інші домішки, які переходять в амофос із вихідної фосфорної кислоти.

Вміст загального Р2О5 в амофосі аналогічний або вищий на 1–1,5 % за вміст засвоюваного Р2О5. Амофос із апатитового концентрату майже повністю розчинний у воді. Амофос із фосфоритів містить близько 20 % загального вмісту фосфору (Р2О5) у нерозчинній у воді, але розчинній у слабких органічних кислотах формі.

Амофос можна застосовувати як основне добриво під зернові культури, цукровий буряк, картоплю; особливо ефективний при внесенні в рядки. Амофос доцільно використовувати на всіх ґрунтах, а також у посушливих районах, де азотних добрив потрібно набагато менше, ніж фосфорних. Перспективний при вирощуванні сої. Фосфор, що міститься в амофосі, більш рухливий у ґрунті, ніж фосфор у суперфосфаті, тому його можна використовувати і для підживлення рослин, якщо своєчасно не вносили фосфорне добриво.

Оптимальний розмір гранул для амофосу залежить від багатьох факторів: ґрунтово-кліматичних умов, способів внесення добрив, вимог для сухого тукосумішування. На карбонатних ґрунтах (сіроземах) при основному внесенні амофосу краще діє добриво з дрібнішими частинками; на дерново-підзолистому ґрунті – не виявлено відмінностей у дії добрив із гранулами 1–4 мм. При рядковому внесенні амофосу в малих нормах наявність великих гранул (3–4 мм) у кількості, що перевищує 25 %, небажана. У гранульованому амофосі кількість гранул розміром 1–4 мм повинна становити не менше 90 %.

У цьому добриві фосфору міститься в 4 рази більше, ніж азоту, тому в більшості випадків амофос доводиться змішувати з азотними добривами, а іноді й із калійними. Слугує хорошим компонентом для тукосумішей.

Діамофос [(NH4)2HPO4] – гідрофосфат амонію. Виробництво амофосу засноване на насиченні аміаком вільної фосфорної кислоти. Якщо продовжити цей процес, то виходить діамофос, у якому співвідношення між азотом і фосфором дорівнює приблизно 1:2,5:

2NH3 + H3PO4 = (NH4)2HPO4.

Містить 18 % N та 46 % Р2О5. Це найконцентрованіше з усіх складних добрив. Діамофос – добриво безбаластне; 1 ц його замінює 2,5–3 ц простого суперфосфату і 0,7 ц аміачної селітри; має хороші фізичні властивості. Застосовується як основне, передпосівне добриво на всіх типах ґрунтів, у тому числі й на потужних звичайних чорноземах під зернові, бавовник, цукровий буряк, овочеві, декоративні та плодово-ягідні культури.

Діамофос легко розчинний у воді, у зв'язку з чим його можна використовувати для підживлення рослин. При його внесенні в рядки, борозни або лунки не можна допускати безпосереднього контакту добрива з насінням або рослинами, щоб уникнути можливої негативної дії підвищеної концентрації амонійного азоту діамофосу на кореневу систему рослин.

Амофос і діамофос мають перевагу перед суперфосфатом, тому що їхні фосфат-іони менш міцно закріплюються хімічно в ґрунті і тому є більш засвоюваними. Крім того, фосфати амонію безбаластні й не створюють високих концентрацій, які могли б шкідливо діяти на проростки та насіння. Співвідношення N:Р у цих добривах відповідає потребам рослин у найперші періоди їхнього розвитку, коли особливо необхідний фосфор.

Метафосфат калію (КРO3)n – складне висококонцентроване фосфорно-калійне добриво, що не містить баластних домішок. Містить 60 % Р2О5 та 40 % K2O. Виробництво його засноване на взаємодії хлористого калію з фосфорною кислотою при високій температурі. Реакція отримання метафосфату калію з хлористого калію та ортофосфорної кислоти протікає при температурі 350–450°С. На початку утворюється монофосфат калію та соляна кислота, а потім (при дегідратації) – метафосфат калію:

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

Застосування метафосфату та нітрату калію на хлорофобних культурах

Метафосфат калію являє собою безхлорну полімерну сполуку, яка відмінно підходить для чутливих до хлору культур. Швидкість його переходу в доступну форму залежить від ступеня полімеризації: сучасні технології дозволяють випускати продукт із коротким ланцюгом від 15 до 50 атомів фосфору. Таке добриво швидко гідролізується в ґрунті до ортофосфату та триметафосфату. При цьому чим нижчий ступінь полімеризації, тим більше ортофосфату утворюється на початковому етапі гідролізу.

Добриво стійке до вимивання з кореневмісного шару, тому його ефективно вносити під зяблеву оранку. Метафосфат калію має хорошу сипкість, не злежується і практично не поглинає вологу з повітря при середній вологості. Його рекомендується застосовувати на ґрунтах, які вже достатньо забезпечені азотом. Залежно від використаної сировини отримують форми метафосфату калію з вмістом 54% P₂O₅ (водорозчинна форма) та 35–40% K₂O або 60% P₂O₅ (цитратнорозчинна форма) та 40% K₂O.

• Вміст калію в селітрі — 46% K₂O
• Вміст азоту в селітрі — 13% N
• Фосфор у водорозчинному метафосфаті — 54% P₂O₅
• Фосфор у цитратнорозчинному метафосфаті — 60% P₂O₅

Калійна селітра (нітрат калію) — це концентроване фізіологічно лужне добриво. У польових умовах кожен центнер цього туку повноцінно замінює понад 1 ц калійної солі та близько 0,4 ц аміачної селітри. Завдяки відсутності хлору та широкому співвідношенню калію до азоту, селітра незамінна для пізніх підживлень картоплі та коренеплодів. У цей період вегетації рослини потребують посиленого калійного живлення при мінімальному споживанні азоту.

Використання нітрату калію вкрай перспективне в захищеному ґрунті. Його внесення дозволяє знизити загальну концентрацію солей у поживному субстраті, особливо шкідливих для теплиць сульфатів і хлоридів. Промислову калійну селітру отримують конверсійним способом із упарених розчинів нітрату натрію та стандартного хлористого калію. Добриво постачається у вигляді білого кристалічного порошку з легким жовтувато-сірим відтінком, який легко розчиняється у воді і слабо притягує вологу.

Метафосфат і поліфосфати амонію для оптимізації живлення рослин

Метафосфат амонію є висококонцентрованим джерелом фосфору та азоту, який отримують при взаємодії аміаку з фосфорним ангідридом. Близько 40–60% азоту та фосфору в складі цього добрива спочатку важко розчиняються у воді. Однак після внесення в ґрунт вони поступово гідролізуються і переходять у доступні водорозчинні сполуки. Швидкість цього процесу безпосередньо залежить від кислотності середовища: на кислих дерново-підзолистих ґрунтах перетворення метафосфатів на ортофосфати відбувається значно швидше, ніж на чорноземах. Даний тук підходить як основне добриво під будь-які сільськогосподарські культури.

• Фосфор у метафосфаті амонію — 80% P₂O₅
• Азот у метафосфаті амонію — 17% N
• Фосфор у поліфосфорній кислоті — 74,5–76% P₂O₅

Поліфосфати амонію являють собою солі, що отримуються нейтралізацією поліфосфорних кислот газоподібним аміаком під тиском. Вихідною сировиною слугує ортофосфорна кислота екстракційного або термічного походження. У процесі нагрівання під вакуумом відбувається конденсація молекул із виділенням води — наприклад, за схемою H₅P₃O₁₀ → 3HPO₃ + H₂O. Отримана таким чином суперфосфорна кислота містить від 74,5 до 76% P₂O₅, забезпечуючи високу концентрацію елементів у кінцевому добриві.

Особливості застосування поліфосфатів амонію

Для практичного застосування найбільш цінні три- та тетраамонійпірофосфати. Вони відрізняються високою загальною концентрацією азоту та фосфору, а також оптимальним співвідношенням цих елементів. Завдяки хорошій розчинності, їх використовують у сухому вигляді або вводять як основний компонент у рідкі та суспендовані добрива.

Потрапляючи в ґрунт, поліфосфати поступово гідролізуються до ортофосфатів (наприклад, за схемою H₆P₄O₁₃ + 3H₂O → 4H₃PO₄). Швидкість цього процесу залежить від ґрунтово-кліматичних умов:

• Кислотність: у кислому середовищі гідроліз іде швидше, ніж у нейтральному або лужному.
• Температура: потепління ґрунту з 20 до 30 °С прискорює гідроліз удвічі. В умовах вологих тропіків і субтропіків процес іде швидше, ніж у помірних широтах, через високу біологічну активність.
• Біота і ферменти: розпад прискорюють ґрунтові ферменти (наприклад, фосфатаза), кореневі виділення рослин і мікрофлора.
• Тип ґрунту: гранулометричний і мінералогічний склади впливають на перетворення сполук. При цьому поліфосфати зв'язуються з ґрунтовими мінералами сильніше, ніж ортофосфати.

Поліфосфат амонію випускається у міцних гранулах розміром 1,4–2,8 мм з хорошими фізичними властивостями. Добриво відмінно змішується з аміачною селітрою, сечовиною, сульфатом амонію та хлористим калієм без погіршення фізичних властивостей суміші. Його можна вносити безпосередньо під будь-які культури на всіх типах ґрунтів, особливо коли потрібне широке співвідношення азоту і фосфору. За ефективністю на полі це добриво рівноцінне стандартним фосфатам амонію.

Фосфоамомагнезія та залізоамонійфосфат: спеціалізовані форми

Фосфоамомагнезія (магній-амоній-фосфат) існує у двох формах. Практичний інтерес становить одноводний різновид (MgNH₄PO₄·H₂O). Його отримують із солей магнію — хлориду, сульфату або оксиду. Реакція осадження солі іде при температурі 80–100 °С, готовий продукт стабільний при зберіганні та стійкий при нагріванні до 230 °С. Також для виробництва використовують магнезит: його розкладають екстракційною фосфорною кислотою (43,5–49,5 % P₂O₅) при 100 °С, а потім проводять амонізацію пульпи 25 %-ним водним розчином аміаку до досягнення рН 10.

• Вміст азоту (N) — 9 %
• Вміст фосфору (P₂O₅) — 45,7 %
• Вміст магнію (MgO) — 25,9 %
• Температура синтезу — 80–100 °С
• Термостабільність продукту — до 230 °С

Це добриво тривалої дії, слабкорозчинне у воді. При внесенні за нормою фосфору воно повністю закриває потребу в магнії на бідних ґрунтах. Однак за азотом склад не збалансований, тому його необхідно доповнювати іншими азотними добривами. Одноводний магній-амоній-фосфат підходить для приготування магнійвмісних тукосумішей із сечовиною, хлористим або сірчанокислим калієм.

При основному внесенні на бідних на фосфор ґрунтах добриво працює так само ефективно, як суперфосфат з аміачною селітрою. Якщо в ґрунті не вистачає і фосфору, і магнію, фосфоамомагнезія перевершує за ефективністю безмагнієві фосфати. Препарат можна вносити під усі культури у великих нормах без ризику опіків рослин. Він високоефективний при вирощуванні овочів у теплицях, а завдяки нерозчинному у воді азоту незамінний на зрошуваних землях.

Залізоамонійфосфат (FeNH₄PO₄·H₂O) містить 38 % P₂O₅, 29 % Fe і 9,64 % NH₄. Добриво рекомендують використовувати суворо для передпосівної обробки насіння та некореневих підживлень при дефіциті заліза. Роль основного джерела азоту чи фосфору воно виконувати не може: розрахунок норми за фосфором призведе до токсичного надлишку заліза для рослин, а розрахунок за залізом дасть мізерно малі дози азоту і фосфору.

Калій-фосфорні концентровані добрива

Монокалійортофосфат (KH2PO4) є концентрованим водорозчинним добривом, що містить 52,2 % P2O5 і 34,6 % K2O. Завдяки високій чистоті та відмінним фізичним властивостям сіль активно використовують для складання поживних сумішей у захищеному ґрунті. На відкритих площах добриво підходить для будь-яких типів ґрунтів під овочеві та плодові культури. Його можна вносити як у сухому вигляді, так і у складі рідких комплексних сумішей.

Фосфат амонію і калію (NH4KHPO4) містить 5 % азоту, 50 % фосфору та 23 % калію. Усі елементи знаходяться в легкодоступній для рослин формі, проте їх співвідношення (N:P2O5:K2O = 1:10:5) не збалансоване для більшості культур. При його використанні агроному доводиться додатково вносити прості азотні та калійні добрива. З цієї причини, а також через економічну недоцільність, дане добриво на поточний момент промислово не випускається.

Поліфосфат калію отримують при взаємодії хлористого калію з поліфосфорними кислотами. Стандартний технологічний процес включає кілька послідовних етапів:

1. Дозування вихідних компонентів.
2. Змішування та проведення хімічної реакції.
3. Гранулювання готового плаву та його охолодження.
4. Розсів, дроблення великих фракцій та кондиціонування.

Альтернативний метод виробництва ґрунтується на взаємодії розчину карбонату калію (K2CO3) або гідроксиду калію (KOH) з парами фосфорного ангідриду (P2O5) у барботажних колонах з подальшою переробкою розчинів.

• Фосфор (P2O5) — 48–51 %
• Калій (K2O) — 26–32 %
• Хлор (Cl) — близько 4 %
• Водорозчинний фосфор — 68 %
• Цитратнорозчинний фосфор — 9 %

Низький вміст хлору робить поліфосфат калію цінним добривом для картоплі, тютюну, винограду та інших чутливих до хлору культур. Фізичні властивості добрива дозволяють без проблем зберігати та вносити його стандартною технікою. При цьому хімічний склад поліфосфатів калію може варіюватися залежно від вихідної сировини.

Азотно-фосфорні сполуки на основі сечовини та амідів

Фосфат сечовини синтезують із термічної фосфорної кислоти та сечовини. Готове добриво містить 16–19,6 % азоту та 41–45 % фосфору. Воно має добрі фізико-хімічні властивості та стійке до злежування. Важлива перевага цієї форми — знижені втрати азоту порівняно з чистою сечовиною. Крім того, фосфор із цієї сполуки слабше зв'язується ґрунтом, ніж із суперфосфату, довше зберігаючись у доступній для коренів формі.

За результатами польових дослідів на дерново-підзолистих ґрунтах, чорноземах та сіроземах, фосфат сечовини показав високу ефективність. При основному та передпосівному внесенні під різні сільськогосподарські культури він не поступався нітрофосці. Також добриво спрацювало на рівні еквівалентної суміші простих добрив — сечовини, подвійного суперфосфату та хлористого калію.

Поліфосфати сечовини отримують шляхом амонізації продукту реакції концентрованої термічної фосфорної кислоти із сечовиною. Готове добриво містить 31–35 % азоту та 24–31 % P2O5. Регулюючи пропорції сировини, виробник може змінювати співвідношення азоту та фосфору в готовій марці, а додавання калійних солей дозволяє випускати потрійні добрива (наприклад, марки 20–20–20). Ці склади доцільно використовувати на легких ґрунтах під льон, картоплю та пшеницю.

Аміди фосфору належать до ультраконцентрованих добрив, де сумарний вміст поживних речовин (азоту та фосфору) досягає 120–147 %. Використання фосфорного ангідриду дозволяє отримувати аміди та іміди фосфорних кислот, а також дегідратовані фосфати амонію. Дані сполуки повільно розчиняються у воді, не вимиваються з кореневмісного шару опадами та не фіксуються ґрунтовими колоїдами.

При взаємодії P2O5 з аміаком формується суміш сполук різного складу:

• діамідопірофосфорна кислота;
• двозаміщена амонійна сіль моноамідопірофосфорної кислоти;
• амонійна сіль поліфосфорної кислоти, що містить амідогрупи (NH2) у ланцюжку фосфорних атомів.

Серед чистих амідних форм високу цінність становлять фосфонітриламід (54 % азоту та 93 % P2O5) та триамід ортофосфорної кислоти (44 % азоту та 75 % P2O5). За впливом на врожайність сільськогосподарських культур ефективність триаміду ортофосфорної кислоти порівнянна із сумісним внесенням аміачної селітри та моноамонійфосфату.