После разработки в 1981 году более экономичного и экологически чистого электротермического метода и исследований процесса электровозгонки фосфора в 1926 году в Черноречье и Ленинграде были пущены два цеха по производству желтого фосфора и его переработке в красный, сначала на костном, а затем на фосфатном сырье. В 1936 году в Кировске был введен в строй первый опытный фосфорный завод, в состав которого входили печное отделение с электропечами мощностью 2,0 кВт, отделение фосфорной кислоты и отделение двойного суперфосфата непрерывного действия. На основе полученных результатов в 1938- 1940 гг. были созданы первые промышленные фосфорные цехи по производству фосфора, фосфорной кислоты и фосфорных минеральных удобрений.
Дальнейшее развитие фосфорной промышленности шло по пути повышения единичной мощности электропечей (до 70 кВт), введения эффективной очистки печного газа, использования в качестве сырья апатитового концентрата. В 1969 году был введен в строй завод по производству двойного суперфосфата в Джамбуле, в 1978 году - Ново-джамбульский фосфорный завод.
Калийные удобрения. Создание отечественной промышленности калийных удобрений связано с открытием залежей калийных солей в Соликамске (1925), Предкарпатье (1946) и Старообнинске (1954). Первая фабрика по производству карналита методом горячего выщелачивания была пущена в 1937 году. Производство хлорида калия галургическим методом впервые было освоено в стране в 1933 году в Соликамске. В 1954 году вводится в строй Березняковский калийный комбинат, а в 1963 - первая очередь Солигорского комбината.
Необходимость в безхлоридных калийных удобрениях в связи с культивацией хлопчатника потребовала организации производства сульфата калия из полиминеральных руд Калуш-Голынского месторождения. На его основе в 1975 г. была введена в строй Калушская фабрика, в продукции которой до 20 % составлял сульфат калия.
Исследования по флотационному методу производства хлорида калия из сильвинита были начаты в 1952-1953 гг. По их результатам в 1963-1964 гг. были введены в строй фабрики на Урале и в Солигорске. В процессе изучения физико-химических закономерностей флотации сложных солевых систем были найдены оптимальные условия и подобраны реагенты процесса флотации, разработаны технологические схемы производства.
3. Классификация минеральных удобрений
Минеральными удобрениями называют соли, содержащие в своем составе элементы, необходимые для питания, развития и роста растений и вносимые в почву для получения высоких и устойчивых урожаев.
Для образования растительной ткани в первую очередь требуются углерод, кислород и водород, составляющие основу органической массы растений, а также азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера, железо. Углерод растения усваивают в основном из воздуха, утилизируя углекислый газ атмосферы и превращая его в результате фотосинтеза в органический углерод, накапливаемый в растении, и кислород, выделяемый в атмосферу. Все остальные элементы растения получают из почвы.
Среди перечисленных питательных веществ, вносимых в почву, важнейшими являются азот, фосфор и калий.
Эти питательные вещества в удобрениях могут содержаться в различных соотношениях и в разном виде. В зависимости от этого и свойства минеральных удобрений будут различными.
Минеральные удобрения классифицируют по их агрохимическому назначению, количеству и видам питательных веществ, растворимости в почвенных водах, физиологическому действию на удобряемые почвы и т. п.
По агрохимическому значению минеральные удобрения делят на прямые и косвенные. Прямыми называются удобрения, содержащие питательные элементы в виде соединений, непосредственно усваиваемых растениями. Косвенные удобрения служат для мобилизации питательных веществ, уже имеющихся в почве, путем улучшения ее физических, химических и биологических свойств. Так, внося молотый известняк или доломит, уменьшают кислотность почвы, а используя гипс, улучшают свойства солончаковых почв и т. п.
Прямые минеральные удобрения могут содержать одно или несколько питательных веществ. В наибольших количествах под посев вносятся три главных питательных вещества: азот, фосфор и калий. По содержанию этих элементов минеральные удобрения подразделяют на односторонние (или простые); в состав простых удобрений входит один из главных питательных элементов. Удобрения, содержащие два или три элемента (комплексные удобрения), называются соответственно двойными или тройными. Последние называются также и полными, поскольку содержат все главные питательные элементы.
В особую группу выделяют микроудобрения, содержащие элементы Zn, Сu, Mn, В и др., в очень малых количествах расходуемые растениями. Такие удобрения вносят в количествах менее 1 кг на 1 гектар.
По степени растворимости в почвенных водах удобрения можно подразделить на водорастворимые и растворимые в почвенных кислотах. В воде растворимы все азотные и калийные удобрения, а также применяемые в качестве туков соединения калия. Эти удобрения наиболее легко усваиваются растениями, но зато и быстрее вымываются из почвы почвенными водами.
К удобрениям, растворимым в почвенных кислотах, относится большинство фосфатов. Они гораздо медленнее переводятся в растворимое состояние, но зато и долго сохраняются в почве.
По физиологическому действию на удобряемую почву все удобрения делятся на кислые, щелочные и нейтральные. Последние не изменяют рН почвы. По форме (или по физическим свойствам) удобрения подразделяют на обычные и гранулированные. Гранулированные удобрения менее гигроскопичны, не слеживаются при хранении, не выветриваются при внесении в почву и долго не вымываются дождевой влагой. Кроме того, их можно вносить в почву при помощи туковых машин и сеялок.
Химическая промышленность выпускает свыше 60 видов различных удобрений. Поскольку рассматриваются принципиальные схемы производства основных удобрений, то в дальнейшем условно разделим все производимые химической промышленностью удобрения по содержанию главных питательных веществ на азотные, фосфорные и калийные. Причем условно отнесем все удобрения, содержащие в своем составе азот, к азотным, а калий - к калийным удобрениям.
По происхождению удобрения разделяют на минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные. Минеральные, или искусственные, удобрения - специально вырабатываемые на химических предприятиях неорганические вещества, а также ископаемые продукты, главным образом минеральные соли; однако к ним относят и некоторые органические вещества, например карбамид. Органические удобрения содержат питательные элементы, главным образом (но не исключительно) в виде органических соединений, и являются обычно продуктами естественного происхождения (навоз, фекалии, торф, солома и др.). Органоминеральные удобрения - смеси органических и минеральных удобрений. При внесении или минеральных, или органических удобрений растения извлекают корнями из почвенного раствора одни и те же ионы. Бактериальные удобрения содержат культуры микроорганизмов, способствующих накоплению в почве усвояемых форм питательных элементов.
По срокам внесения удобрения разделяют на основные (предпосевные), вносимые до посева; припосевные, вносимые во время посева (например, в рядки); и подкормки, вносимые в период развития растений.
По видам питательных элементов удобрения разделяют на азотные, фосфорные (или фосфатные), калийные (или калиевые), магниевые, борные и др. Основными формами азотных удобрений являются: аммиачная (аммиак), аммонийная (соли аммония - фосфаты, сульфаты, хлориды), нитратная (соли азотной кислоты - кальциевая, калиевая, натриевая селитры), аммонийно-нитратная (NН4NО3) и амидная [карбамид СО(NН2)2, цианамид кальция СаСN2 и др.]. Фосфорные удобрения являются солями фосфорных кислот. Калий входит в состав удобрений в форме солей хлорида, сульфата, карбоната, фосфатов, нитрата. Питательные элементы, содержащиеся в растениях и в почве в количествах от нескольких процентов до их сотых долей (на сухое вещество), называют макроэлементами. К ним относятся N, Р, К, Са, Мg, S.
Кроме того, по их конституции комплексные удобрения разделяют на смешанные и сложные. Смешанными называют механические композиции удобрений, состоящие из разнородных частиц, получаемых простым смешением порошковидных или гранулированных однокомпонентных или сложных удобрений. Если же удобрение, содержащее несколько питательных элементов, получено в результате химической реакции в заводской аппаратуре, его называют сложным. Сложные удобрения состоят из однородных частиц, имеющих одинаковый или близкий химический состав; они могут содержать питательные элементы в нескольких формах. Сложные удобрения могут быть и жидкими. Деление удобрений на сложные и смешанные в известной мере условно. Смешанные удобрения при хранении нередко становятся сложными в результате реакций, протекающих составляющими смесь компонентами. Иногда называют сложно-смешанными удобрения, получаемые в результате смешения твердых продуктов с жидкими (плавами, растворами) и последующего отверждения смесей, сопровождающегося перекристаллизацией и другими процессами.
Количества действующих веществ и их соотношение в комплексных удобрениях могут быть различными. Удобрения, в которых соотношение питательных элементов соответствует агротехническим требованиям, называют уравновешенными. Если содержание одного из питательных элементов в удобрении ниже необходимой нормы, другие питательные элементы не дадут высокого урожая. От избытка же питательных элементов качество сельскохозяйственной продукции ухудшается.
Удобрения, все компоненты которых служат для питания растений, называют безбалластными. К ним относятся соли, катион и анион которых содержат питательные элементы, такие, как КNО3, NH4NO3 и др.
Многофункциональными называют минеральные удобрения, содержащие, кроме главных питательных элементов, вещества, оказывающие специфическое воздействие на растения и почву, а именно: задерживающие или продолжающие действие удобрений, стимулирующие развитие растений, улучшающие структуру почвы и задерживающие влагу.
По агрегатному состоянию удобрения разделяют на твердые, жидкие (например, аммиак, водные растворы и суспензии) и газообразные (например, диоксид углерода, применяют под укрытием). Твердые удобрения бывают порошковидные (с размерами частиц меньше 1 мм), кристаллические (с размерами кристаллов больше 0,5 мм) и гранулированные (с размерами гранул от 1 до 6 мм).
Удобрения, предназначенные для питания растений элементами, требующимися в весьма малых количествах и стимулирующими рост растений, называются микроудобрениями, а содержащиеся в них питательные элементы - микроэлементами. Такие удобрения вносят в почву в количествах, измеряемых долями кг или кг на гектар. К ним относятся соли, содержащие бор, медь, цинк, марганец и др. элементы. Микроудобрения играют большую роль в развитии растений. Они входят в состав ферментов, витаминов, белков, гормонов, играют роль регуляторов, протекающих в растениях сложных жизненных процессов. Отсутствие или недостаток их в почве приводит к нарушению обмена веществ и заболеванию растений, к снижению урожайности и ухудшению качества сельскохозяйственных продуктов. Например, внесение в почву всего 0,5 кг бора на 1 га повышает урожай льна на 30 %, а от небольших количеств марганца урожай кукурузы увеличивается на 40-80 %.
В качестве микроудобрений используют не только чистые соли микроэлементов, но и содержащие их природные минералы или промышленные отходы. Так, в качестве источника микроэлементов могут быть использованы пиритные огарки, содержащие медь; боросодержащие отходы от производства соединений бора; шламы от обогащения марганцевых руд. Распределение малых количеств микроудобрений на большие посевные площади затруднительно. Поэтому микроудобрения добавляют к главным формам удобрений еще в процессе их производства. Когда же для питания растений микроэлементами используют чистые соли, их обычно вносят не в почву, где значительная доля их теряется, а пропитывают ими семена перед посевом или опрыскивают растения растворами солей (внекорневое питание).
Удобрения должны различаться и по физико-биологическим свойствам, обусловленным неодинаковой степенью использования катионов и анионов. По этому признаку удобрения разделяют на физиологически кислые, физиологически щелочные и физиологически нейтральные. Последние не изменяют рН почвенного раствора.
Большое значение имеют физические свойства удобрений. Водорастворимые удобрительные соли не должны быть сильно гигроскопичными и слеживаться при хранении; они должны быть сыпучими, легко рассеиваться на почву, но в то же время сохраняться на ней в течение некоторого времени, не сдуваясь ветром и не слишком быстро вымываясь дождевой водой. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают крупнокристаллические и гранулированные удобрения. Водонерастворимые удобрения усваиваются растениями медленно, поэтому их не гранулируют, а применяют в порошкообразном виде.
4. Фосфорные удобрения
К фосфорным удобрениям относятся простой и двойной суперфосфат, принадлежащий к классу водорастворимых удобрений.
Сырьем для производства элементарного фосфора, фосфорной кислоты, фосфорных удобрений и других соединений фосфора служат природные фосфаты: апатиты и фосфориты. В этих соединениях фосфор находится в нерастворимой форме, главным образом в виде фторапатита Cа5F(PО4)3 или трикальцийфосфата Са3(РО4)2.
Апатит - минерал, входящий в состав изверженных пород. На Кольском полуострове имеются крупнейшие в мире залежи апатито- нефелиновой породы. Нефелин (К, Na)2О·Al2О3·2SiО2•2H2О - сырье алюминиевой промышленности. Апатито-нефелиновую породу, содержащую до 70 % апатита и до 25 % нефелина, разделяют флотацией на апатитовый концентрат, в состав которого входит до 40 % Р2О5, и нефелиновую фракцию, которая после повторного обогащения содержит до 30 % Аl2О3.