Технології виробництва азотно-фосфорних добрив нітрофос і нітрофоска
16 хв читання
Комбіновані концентровані добрива суттєво відрізняються від звичайних тукосумішей високою однорідністю складу. Завдяки єдиній технології виробництва всі солі розподіляються в загальній масі рівномірно. Кожна гранула містить однаковий набір поживних речовин, що виключає строкатість внесення добрив на полі.
Використання комбінованих добрив дозволяє уникнути розшарування суміші під час транспортування та внесення, гарантуючи рівномірне живлення рослин по всій площі посіву.
Нітрофос: способи очищення та особливості застосування
Нітрофос — це подвійне азотно-фосфорне добриво (суміш NH4NO3 + Ca(H2PO4)2 + CaSO4), яке отримують шляхом азотнокислотного розкладання фосфатів. Під час його виробництва утворюється велика кількість нітрату кальцію (Ca(NO3)2). Це небажана домішка: через неї добриво сильно відволожується при зберіганні, а надлишок кальцію зв'язує фосфор у важкодоступний для рослин трикальційфосфат.
Щоб видалити надлишковий кальцій з реакційної суміші, застосовують п'ять технологічних схем:
- Виморожування. Розчин охолоджують, в результаті чого випадає осад Ca(NO3)2 · 4Н2О. Ступінь очищення залежить від температури, концентрації розчину, норми азотної кислоти, часу відстоювання та співвідношення CaO:P2O5. Розчин, що залишився, обробляють аміаком і упарюють, отримуючи суміш фосфатів амонію, дикальційфосфату та аміачної селітри.
- Карбонатна схема. Кальцій виводять із розчину, пропускаючи крізь нього вуглекислий газ.
- Сульфатна схема. Реакційну суміш обробляють сульфатом амонію. Дозуючи сульфат амонію, можна регулювати кількість водорозчинного фосфору в готовому продукті.
- Сірчанокислотна схема. Кальцій зв'язують сірчаною кислотою, а гіпс, що випав, відфільтровують. Після амонізації залишку отримують дикальційфосфат і фосфат амонію.
- Фосфатна схема. Для розкладання сировини використовують суміш азотної та фосфорної кислот із наступною нейтралізацією аміаком.
Незалежно від способу виробництва, фосфор у нітрофосі знаходиться у двох формах: швидкодоступній водорозчинній (NH4H2PO4) та поступово засвоюваній цитратнорозчинній (CaHPO4). Добриво має відмінні фізичні властивості і підходить для всіх ґрунтово-кліматичних зон під будь-які культури, коли рослинам необхідні азот і фосфор, але немає потреби в калії.
- Частка водорозчинного фосфору — не менше 40%
- Склад марки А (N-P-K) — 23,5–17–0
- Склад марки Б (N-P-K) — 24–14–0
Нітрофоска: запобігання ретроградації та правила роботи на різних ґрунтах
Нітрофоски — потрійні гранульовані добрива світло-сірого або світло-рожевого кольору, що отримуються при додаванні хлориду калію до нітрофосу. Азот і калій містяться в них у легкорозчинних формах (NH4NO3, NH4Cl, KNO3). Фосфор присутній частково у вигляді водорозчинних сполук (фосфат амонію, монокальційфосфат), а частково — у вигляді дикальційфосфату, який не розчиняється у воді, але легко доступний для кореневої системи рослин.
Залежно від технології виробництва, сумарний вміст діючих речовин у нітрофосках коливається від 35 до 50 %.
| Діюча речовина (елемент) | Вміст у добриві, % |
|---|---|
| Азот (N) | 10–17 |
| Фосфор (P2O5) | 8–30 |
| Калій (K2O) | 12–20 |
Нітрофоску випускають тільки в гранулах. Завдяки цьому площа контакту добрива з ґрунтом мінімальна, що значно знижує ретроградацію фосфору — процес його переходу у важкорозчинні й недоступні для рослин сполуки. Цьому ж сприяє і наявність цитратнорозчинної фракції фосфатів.
Ретроградація фосфору особливо інтенсивно йде на кислих ґрунтах із високим вмістом рухомого алюмінію та заліза. Використання гранульованої нітрофоски на таких ділянках дозволяє зберегти доступність фосфору для рослин.
При виборі марки нітрофоски завжди враховуйте форму фосфатів, що містяться в ній:
- Карбонатну нітрофоску, що містить нерозчинні у воді фосфати, доцільно вносити виключно на кислих ґрунтах.
- Нітрофоски з водорозчинними фосфатами універсальні й підходять для застосування на кислих, нейтральних і лужних ґрунтах.
Двокомпонентні добрива: нітроаммофос і нітродіаммофос
Нітроаммофос (NH4H2PO4 + NH4NO3) — азотно-фосфорне гранульоване добриво світло-сірого кольору. Кислоти для його отримання нейтралізують аміаком спільно або окремо. Виробники випускають добриво в п'яти стандартних марках зі співвідношенням елементів живлення 1:1:0, 1:1,5:0, 1:0,8:0, 1:2,2:0 і 1:0,6:0.
Реакції отримання нітроаммофосу:
- Спільний спосіб: 2NH3 + HNO3 + H3PO4 = NH4NO3 + NH4H2PO4
- Роздільний спосіб: NH3 + HNO3 = NH4NO3 і NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4
- Товарна фракція (1–4 мм) — не менше 90%
- Великі гранули (4–5 мм) — не більше 5%
- Дрібна фракція (менше 1 мм) — не більше 5%
- Температура затарювання — не вище 50 °C
- Строк зберігання без злежування — 1 місяць
Фізико-механічні властивості нітроаммофосу дозволяють повністю механізувати його розподіл по полю. Застосовуйте це добриво як основне, припосівне або для підживлення рослин. Воно ефективне під усі сільськогосподарські культури на ґрунтах, які добре забезпечені доступним калієм.
Нітродіамофос (діамонітрофос) має формулу NH4NO3 + (NH4)2HPO4. Виробництво діамонітрофосу схоже з отриманням нітроамофосу, але фосфорну кислоту нейтралізують аміаком глибше. Його випускають ретурним способом із термічної або екстракційної фосфорної кислоти на основі флотаційних концентратів апатитової руди. Продукт постачається виключно в гранульованому вигляді.
- Вміст азоту (N) — 23%
- Вміст фосфору (P2O5) — 31%
- Розмір гранул — 1–4 мм
Завдяки гарній сипкості нітродіамофос легко вноситься будь-якими типами туковисівних апаратів. Використовуйте його для основного, припосівного внесення та підживлення на ґрунтах із достатнім вмістом калію. Добриво показує високу ефективність на зернових та кормових культурах, а також на луках і пасовищах, не поступаючись за дією еквівалентним сумішам простих добрив.
Трикомпонентні добрива: нітроамофоска та нітродіамофоска
Нітроамофоска (NH4H2PO4 + NH4NO3 + KCl) — це гранульоване азотно-фосфорно-калійне добриво світло-рожевого кольору. У процесі виробництва азотну та фосфорну кислоти амонізують або проводять азотнокислотне розкладання апатиту до отримання амофосу та аміачної селітри. Розчин упарюють, змішують із калійними солями, підсушують і гранулюють. Виробники пропонують марки з різним співвідношенням елементів живлення.
Усі солі в складі нітроамофоски повністю розчиняються у воді. Висока концентрація діючих речовин (не менше 50% у сумі N, P2O5 та K2O) знижує транспортні витрати та витрати на зберігання порівняно з простими добривами. За впливом на врожайність тук еквівалентний фізичній суміші простих добрив. Найбільший ефект досягається на чорноземах і сіроземах в умовах зрошення, оскільки фосфор із фосфату амонію засвоюється рослинами швидше, ніж із фосфатів кальцію.
Нітроамофоску використовують для основного та припосівного внесення, а також для прикореневого підживлення. Оптимальні строки та способи заробляння добрива безпосередньо залежать від гранулометричного складу ґрунту та зони вирощування. Це дозволяє уникнути непродуктивних втрат азоту від вимивання.
На чорноземах і важких глинистих ґрунтах Нечорноземної зони нітроамофоску доцільно вносити з осені під зяблеву оранку. На легких ґрунтах переносьте внесення на весну.
Нітродіамофоска (діамонітрофоска) складається з NH4NO3 + (NH4)2HPO4 + KCl. Технологія виробництва цього потрійного комплексного добрива відрізняється від нітродіамофосу тільки введенням калійного компонента на стадії гранулювання. Воно має світло-рожевий колір і характеризується відмінними фізико-механічними властивостями. Цей тук не злежажується, легко розподіляється будь-якими туковисівними апаратами та рекомендований під усі культури на будь-яких типах ґрунтів.
Карбамідвмісні та безхлорні комплексні добрива
Карбоамофос CO(NH2)2+NH4H2PO4 містить азот в амідній та амонійній формах, а фосфор — у повністю водорозчинному вигляді. Добриво виробляють із карбаміду, фосфорної кислоти та аміаку. У процесі виробництва фосфорну кислоту амонізують до моноамонійфосфату, додають в отриману пульпу карбамід, після чого суміш сушать і гранулюють. Також карбоамофос можна отримувати шляхом змішування порошкоподібного амофосу з плавом сечовини з наступним сушінням та грануляцією.
Технологія дозволяє отримувати добрива практично з будь-яким співвідношенням поживних речовин. Це дозволяє гнучко підбирати марки під конкретні ґрунтово-кліматичні умови та вимоги культур, що вирощуються. У наш час виробляються три основні марки цього добрива.
| Співвідношення N:Р₂О₅:К₂О | N заг., % | N амід., % | N амонійн., % | Р₂О₅, % | Сума N+P₂О₅, % |
|---|---|---|---|---|---|
| 2:1:0 | 35,3 | 29,0 | 6,3 | 17,1 | 52,4 |
| 1:1,5:0 | 22,9 | 14,4 | 8,4 | 37,3 | 60,2 |
| 1:1:0 | 29,6 | 25,5 | 4,2 | 28,3 | 57,9 |
Карбоамофос найбільш ефективний на ґрунтах із високою забезпеченістю калієм. На таких ділянках за своєю ефективністю він не поступається сумішам простих добрив, а в умовах зрошуваного землеробства навіть перевершує їх.
Карбоамофоска CO(NH4)2+NH4H2PO4+KCl — трикомпонентне гранульоване добриво з гарними фізико-механічними властивостями. Його виробляють на основі плаву сечовини, фосфатів амонію та хлористого калію, які змішують, амонізують, гранулюють і висушують. Фазовий склад готового добрива включає 21 % KCl, 13,3 % KH2PO4, 14,4 % NH4H2PO4, 9,7 % (NH4)2HPO4, 11,0 % [CO(NH2)2]₂·NH₄Cl та 0,7 % Н₂О при ступені конверсії хлориду калію в 26–27 %.
Азот у карбоамофосці представлений сечовиною, тому він менш рухливий у ґрунті, ніж нітратний азот. З цієї причини добриво в першу чергу рекомендується застосовувати на легких ґрунтах у зонах надмірного зволоження, на зрошуваних землях, а також для основного внесення під будь-які сільськогосподарські культури.
| Співвідношення N:Р₂О₅:К₂О | Сума поживних речовин, % | N заг., % | N амід., % | N аміачн., % | Р₂О₅, % | К₂О, % | Біурет, % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2:1:1 | 48,8 | 23,5 | 20,0 | 3,5 | 12,7 | 12,6 | 0,2 |
| 1:1:0,5 | 57,3 | 21,4 | 16,4 | 5,0 | 25,7 | 10,2 | 0,6 |
| 1:1:1 | 59,8 | 19,1 | 12,5 | 6,6 | 21,9 | 18,8 | 0,1 |
Фосфор у карбоамофосці міститься у формі водорозчинного фосфату амонію. Він працює ефективніше фосфатів кальцію, що особливо помітно на нейтральних та слабовилугуваних ґрунтах — чорноземах і сіроземах. За ефективністю це добриво цілком рівноцінне суміші сечовини, суперфосфату та хлористого калію.
Для вирішення специфічних завдань у лінійці складних добрив застосовують суперфоску, карбоамополіфоску та кристалін.
- Марка карбоамополіфоски — 21:21:21 (N:P:K)
- Вміст діючої речовини в суперфосці — 11–16 % Р₂О₅ та 12–21 % К₂О
- Вологість кристаліну — не більше 1,5 %
- Сума NPK у кристаліні — від 41 до 66 %
Суперфоска — це складне фосфорно-калійне порошкоподібне добриво, що отримується розкладанням фосфоритів сірчаною кислотою у присутності хлориду калію. Його використовують як основне добриво під усі культури. Карбоамополіфоска — гранульоване трикомпонентне добриво з хорошими фізичними властивостями, в якому частина фосфору міститься в конденсованій формі. Воно застосовується під усі сільськогосподарські культури як для основного, так і для припосівного внесення.
Кристалін являє собою безхлорне водорозчинне добриво. До його складу входить 10–20 % загального азоту (включаючи 5–12 % аміачного та 2–8 % нітратного азоту), 10–20 % засвоюваного фосфору та 10–20 % калію. Кристалін отримують нейтралізацією суміші термічної фосфорної та азотної кислот газоподібним аміаком з упарюванням до плаву, додаванням сульфату калію та подальшою грануляцією. Добриво оптимально підходить для застосування в теплицях методом розпилення водного розчину.
Особливості застосування та ризики ретроградації амонізованого суперфосфату
Амонізований суперфосфат [Са(H₂PO₄)₂·H₂O+2CaSО₄+NH₄H₂PO₄] отримують шляхом насичення суперфосфату безводним аміаком, аміачним розчином або аміакатами. Як аміакати використовують розчини азотнокислого кальцію Ca(NО₃)₂·NH₄NO₃ та карбаміду CO(NH₂)₂ в безводному аміаку. Склад і властивості готового добрива залежать від обсягу введеного аміаку, який визначає глибину перебігу хімічних реакцій.
- Нейтралізація вільної кислотності. При малій нормі аміаку нейтралізується вільна фосфорна кислота (Н₃РО₄) з утворенням дигідрофосфату амонію (NH₄H₂PO₄). На цьому етапі кількість водорозчинного Р₂О₅ у добриві не знижується.
- Утворення дифосфату кальцію. При збільшенні дози аміаку частина монофосфату кальцію переходить у цитратнорозчинний гідрофосфат кальцію за реакцією: Са(H₂PO₄)₂·H₂O + NH₃ = СаHPO₄ + NH₄H₂PO₄ + H₂O. Частка водорозчинного фосфору при цьому знижується.
- Ретроградація фосфору. Подальше надмірне введення аміаку призводить до зниження загальної кількості засвоюваного фосфору внаслідок утворення нерозчинного трикальційфосфату за реакцією: 3CaHPО₄ + 2NH₃ = Ca₃(PО₄)₂ + (NH₄)₂HPО₄.
Введення аміаку викликає локальне підвищення pH, що провокує ретроградацію фосфатів. Технологічний режим повинен виключати перебіг реакції утворення трикальційфосфату Ca₃(PO₄)₂. Якщо амонізацію провести до повного переходу монофосфату кальцію в дифосфат, у добриві не залишиться водорозчинних фосфатів, що зробить його непридатним для припосівного внесення.
Економіка та способи застосування рідких комплексних добрив
Рідкі комплексні добрива (РКД) являють собою водні розчини або суспензії поживних речовин. Вони містять азот і фосфор або азот, фосфор і калій, а окремі марки включають також мезо- та мікроелементи. На відміну від рідких азотних туків, РКД не містять вільного аміаку, тому їх можна перевозити та зберігати у звичайних негерметичних ємностях.
У полі РКД позбавлені недоліків сухих туків: вони не пилять, не злежуються і зберігають вільну плинність. Волога погода і навіть дощ не впливають на фізичні властивості розчинів під час зберігання на складі.
Вносити рідкі комплексні добрива в ґрунт можна двома способами:
- шляхом розбризкування поверхнею поля з обов'язковим подальшим загортанням бороною, культиватором або плугом;
- місцево стрічками безпосередньо в зону рядків.
Застосування РКД повністю ліквідує ручну працю за наявності простих механізмів для роботи з рідкими фазами. Перехід на рідку форму дозволяє оптимізувати витрати господарства порівняно з використанням твердих туків:
| Стаття витрат | Економія ресурсів, % |
|---|---|
| Капітальні вкладення | 27 |
| Експлуатаційні витрати | 15 |
| Витрати ручної праці | 50–60 |
РКД випускають у вигляді прозорих розчинів без твердих суспензій (СРКД), де дрібні частки нерозчинених добрив або інертної речовини розподілені в рідкій фазі.
Технологія виробництва РКД та ризики кристалізації солей
Основою отримання РКП є нейтралізація ортофосфорної або суперфосфорної кислоти аміаком (водним або безводним) до досягнення рН 6,5. Суперфосфорна кислота являє собою суміш орто- та поліфосфорних кислот із вмістом 72–80 % Р2О5. Збільшення частки азоту в розчинах досягається додаванням карбаміду, аміачної селітри або їх суміші.
- Рівень pH при нейтралізації — 6,5
- Температура гарячого змішування — 210–250 °C
- Температура холодного змішування — 35–45 °C
- Вміст P2O5 у суперфосфорній кислоті — 72–80 %
- Усього діючих речовин в орто-РКП — 24–30 %
Технологічний процес приготування добрива включає такі стадії:
- Нейтралізація вихідної фосфорної кислоти аміаком до цільового показника pH.
- Гаряче змішування при температурі 210–250 °C для отримання базових розчинів орто- та поліфосфатів амонію на великих заводах.
- Холодне змішування при температурі 35–45 °C на невеликих прирейкових установках із введенням карбаміду, нітрату амонію та солей калію.
РКП на термічній ортофосфорній кислоті є майже прозорими рідинами. Розчини на основі екстракційної кислоти виходять каламутними через утворення дисперсних частинок — амонізованих фосфатів алюмінію та заліза, а також кремнієвої кислоти. Загальна концентрація елементів в ортофосфорних РКП становить 24–30 % (при цьому азоту в них 5–10 %, Р2О5 — 5–14 %, К2О — 6–10 %), оскільки більш концентровані розчини при низьких температурах кристалізуються і випадають в осад.
Введення калію в РКП ускладнюється низькою розчинністю хлориду калію, особливо в присутності нітрату амонію. В результаті обмінної реакції в розчині утворюється нітрат калію — найменш розчинна сіль, яка швидко забиває форсунки обприскувачів.
РКП на суперфосфорній кислоті виходять більш концентрованими. Із поліфосфорних кислот із концентрацією 76 % Р2О5 виробляють базовий розчин 10–34–0, а при 78–80 % Р2О5 — марку 11–37–0. Ці рідини можна вносити одразу або використовувати як основу для приготування потрійних NPK-суспензій.
При тривалому зберіганні РКП поліфосфати поступово гідролізуються до ортофосфатів, що веде до випадання осаду. Швидкість цього процесу зростає зі збільшенням температури зберігання.
Для підвищення загальної концентрації діючих речовин без ризику замерзання солей технологи коригують співвідношення елементів у суміші. Основні рецептурні марки РКП наведені в таблиці:
| Співвідношення N : P2O5 : K2O | Склад марки | Особливості рецептури |
|---|---|---|
| 1 : 1 : 1 | 9–9–9 | Стандартна вітчизняна марка |
| 1 : 2 : 2 | 5–10–10 | Розчин із підвищеним калійним фоном |
| 1 : 2 : 1 | 7–14–7 | Марка для збалансованого живлення |
| 1 : 3 : 1 | 6–18–6 | Фосфорно-калійна марка |
| 1 : 3 : 0 | 8–24–0 | Базовий азотно-фосфорний розчин без калію |
| 0,95 : 3 : 0 | 9–29–0 | Максимальна концентрація фосфору без кристалізації солей |
Щоб підвищити концентрацію поживних речовин у рідких комплексних добривах (РКП) та запобігти випаданню осаду, в розчин вводять стабілізуючі добавки. Для цього використовують колоїдну глину — аттапульгіт або бентоніт, які захищають пересичений розчин від випадання твердої фази. Такі добрива називають суспендованими, або слері. Використання добавок дозволяє застосовувати при виробництві дешевшу екстракційну фосфорну кислоту та збагачувати РКП мікроелементами.
- Витрата сухої глини — 9–22 кг на 1 т РКП
- Вміст поживних елементів — понад 40%
Суспендовані добрива випускають у різних марках із високим вмістом діючих речовин. Співвідношення елементів в основних марках РКП представлено в таблиці:
| Марка суспендованого РКП | Вміст азоту (N), % | Вміст фосфору (P₂O₅), % | Вміст калію (K₂O), % |
|---|---|---|---|
| 12–12–12 | 12 | 12 | 12 |
| 8–10–16 | 8 | 10 | 16 |
| 5–15–20 | 5 | 15 | 20 |
| 10–30–10 | 10 | 30 | 10 |
| 15–15–15 | 15 | 15 | 15 |
| 20–20–0 | 20 | 20 | 0 |
Усі марки РКП безпечні в роботі: вони нетоксичні, вибухо- та пожежобезпечні. Вони практично не викликають корозії чорних металів, оскільки при контакті на їхній поверхні утворюється захисна фосфатна плівка.
Правила внесення та ефективність суспензій на різних ґрунтах
За результатами польових дослідів на різних ґрунтах Північного Кавказу, рідкі добрива працюють так само ефективно, як і еквівалентна кількість сухих туків. На окремих культурах і підтипах чорноземів рідка форма навіть перевершила тверді аналоги за впливом на урожай та якість продукції. Тому застосовувати РКП під сільськогосподарські культури необхідно в нормах, рекомендованих науково-дослідними установами та агрохімічною службою для твердих добрив.
Суспендовані РКП можна вносити наступними способами:
- як основне (допосівне) добриво;
- при сівбі в рядки;
- як підживлення.
Усі елементи живлення в РКП знаходяться у повністю водорозчинній формі. На зрошуваних землях ці добрива можна вносити напряму з поливною водою, але тільки за умови, що в каналах немає її витоку.
Фосфор у складі РКП розчиняється у воді краще, ніж у твердих ортофосфатах. Через це він легше вимивається поверхневим стоком. При визначенні строків, способів і норм внесення РКП обов'язково враховуйте рельєф поля.
Читайте також
Агрохімія Студентові
