Комплексные удобрения, их характеристика и влияние на почу и севооборот

Введение. 

      В настоящее время в промышленном масштабе производяться азотные (аммиачная  селитра, карбамид, сульфат аммония, натриевая и кальциевая селитры), фосфорные (простой и двойной  суперфосфаты), калийные (хлорид и сульфат  калия), а также комплексные и сложно-смешанные удобрения (нитроаммофос, нитроаммофоска, фосфаты аммония) минеральные удобрения.

      Комплексные (многосторонние) удобрения содержат два или три основных питательных  компонента (азот, фосфор, калии),  а  иногда и другие (магнии, кальции, серу, микроэлементы). Их выпускают в форме твердых (сложные, сложно-смешанные) или жидких (ЖКУ) продуктов. Технологии их производства и основные процессы в общих чертах сходны.

      Гранулийрованные  комплексные удобрения получают либо кислотной переработкой природных фосфатов с получением азотосодержащей пульпы, либо аммонизацией кислот, полученных на отдельных линиях (аммофос, нитроаммофос). Нейтрализованные пульпы при необходимости смешивают с калийным компонентом. Извлечение фосфора из руды проводят аналогично процессу получения фосфорной кислоты или пульпы двойного суперфосфата. Дальнейшую переработку осуществляют по нескольким технологическим схемам, принципиально отличающимся способом предварительного удаления влаги.  

      Из  комплексных удобрении наиболее распростронены сложные. К ним относятся одинарные соли, содержащие несколько питательных элементов или композиции из солей, включающих два (N+K, N+P, P+K) или три (N+K+P) питательных элемента.

      В сельском хозяйстве используется свыше 10 марок усавершенствоанных комплексных удобрении. Все комплексные удобрения являются высококонцентрированными и применение их более эффективно, чем применение простых удобрении. Этим обусловлено интенсивное расширение производства и потребления сложных комплексных удобрении.

Раздел 1. Физико — химическая характеристика процесса.

1. Методы производства получения жидких комплексных и сложно-смешанных удобрении

     К комплексным удобрениям относятся  сложные, сложно-смешанные удобрения, выпускаемые  в виде гранул, а также жидкие комплексные. Ниже излагаются основные способы производства сложных удобрении, получивших широкое распростронение в нашей стране.

      Все сложные минеральные удобрения  по методу их производства могут быть разделены на три группы:

      - удобрения, получаемые переработкой фосфорной кислоты (аммофос, диаммофос);

  - удобрения, получаемые переработкой смеси фосфорной и азотной кислоты (нитроаммофос, нитроаммофоска);

      - удобрения, получаемые разложением  природных фосфатов азотной кислотой (нитрофос, нитроаммофоска);

           Таким образом, некоторые  удобрения, например, нитроаммофоска, могут быть получены различными методами.

     Жидкие  комплексные удобрения (ЖКУ) получают методами горячего и холодного смешения.

     Метод горячего смешения  заключается в нейтрализации фосфорной или полифосфорной кислоты аммиаком. При этом поучают так называемые базовые растворы, содержащие орто- или полифосфаты аммония. При использовании термической фосфорной кислоты получают базовые растворы состава 8-24-0, экстракиционного состава 7-21-0, экстракиционной и термической полифосфорных кислот -состава 10-34-0 и 11-37-0.

     Наибольшее  развитие получило производство ЖКУ  состава 10-34-0 (ТУ 6-08-414-78) на основе экстракиционной  полифосфосфорной кислоты  со степенью  конверсии Р₂О₅ не менее 55%. На основе полифосфорной кислоты можно получить растворы ЖКУ с низкой температурой кристаллизации 18-20⁰С и малой  вязкостью (не более 50 Мпа·с при 20⁰С).

     На  основе базовых растворов методом  холодного смешения получают тройные уравновешенные ЖКУ с требуемым соотношением питательных элементов. Для этого к базовому раствору добавляют азот- и калийсодержащие компоненты: карбамид, нитрат  аммония, хлорид калия и др.

     Производство  аммофоса можно строить по различным  технологическим схемам, различающимся  концентрацией используемой фосфорной кислоты и конструкцией аппаратуры:

     На  основе разбавленной экстракиционной  кислоты:

     -с  сушкой пульпы в распылительной  сушилке; 

     -с  упариванием пульпы в вакуум-выпарных  аппаратах и сушкой в аппарате  БГС;

     -с  сушкой пульпы и грануляцией ее в распылительной сушилке-грануляторе кипящего слоя РКГС;

     На  основе концентрированной фосфорной  кислоты:

     -с  грануляцией и сушкой продукта  в аммонизаторе-грануляторе АГ;

     -с  самоиспарением пульпы под давлением  и сушкой в барабанном грануляторе-сушилке-холодильнике БГСХ;

     Технологическая  схема производства аммофоса с использованием аппарата РКСГ позволяет соединить  в одном аппарате операции упаривания пульпы, грануляции и сушки продукта, что обеспечивает высокую интенсивность  всех стадии процесса при малых затратах тепла и электроэнергии.

      Смешанные космплексные удобрения получают путем  механическог осмешения  готовых  гранулированных и порошкообразных  удобрении. Процесс приготовления  смешанных удобрении называют тукосмешением. Сухое тукосмешение позволяет получать широкий ассортимент комплексных удобрении практически в любом соотношении питательных элементов. Относительная простота технологического процесса и аппаратурного оформления установок по производству тукосмесей дает возможность легко переходить к приготолению новых марок.

      Обычно  смешенные удобрения получают на небольших тукосмесительных установках (ТСУ) местного значения. Процесс их приготовления состоит их следующих  последовательно осуществляемых операции: 1)подготовка удобрении к смешению в ТСУ; 2) дозирование; 3) смешение; 4) выгрузка тукосмесей.

      Сложно-смешанные  удобрения получают в результате смешения готовых односторонних  удобрении и полупродуктов, а  также серной и фосфорной кислот с одновременной аммонизацией смеси  газообразным аммиаком или аммиакатами. При этом протекают химические реакции, которые способствуют улучшению качества удобрения, получению более однородных и прочных гранул продукта.

      Сложно-смешанные, как и сложные удобрения, можно  длительное время хранить до внесения в почву, что дает возможность производить их в промышленных мастабах. Согласно ГОСТу в нашей стране предусмотрен выпусксложно-смешанных гранулийрованных удобрении на основе простого супефосфата, аммиачной селитры и хлорида калия или простого суперфосфата и хлорида калия со следующими соотношениями:

      Идеальным компонентом для сухого тукосмешения является гранулийрованный аммофос. В  настоящее время и в перспективе  аммофос остается основой для  производства смешанных комплексных  удобрении. Для розничной торговли выпускаютс удобрительные тукосмеси  с добавкой бора или магния.      

2. Теоретические основы принятого метода

1.2.1 Производство  аммофоса 

      Ведущее место среди комплексных удобрении  занимает аммофос, являющийся универсальным  удобрением, которое используют как  для внесения в почву, так и  для изготовления минеральных удобрении смешанного типа.

     Аммофос принадлежит к числу сложных  удобрении, получаемых в наибольшем количестве.

      В основе производства аммофоса лежит  гетерогенные экзотермический процесс  нейтрализации фосфорной кислоты  газообразным аммиаком:

      Н₂РО_3ж + NН_3г = NН₄Н₂РО_4т ∆Н,

      ∆Н = 147 кДж

      Процесс ведут при избытке аммиака, поэтому  в системе, наряду с реакцией образования  моноаммонийфосфата, частично протекает  реакция образования диаммонийфосфата:

        Н₂РО₃  + 2NН₃  = (NН₄)НРО₄  - ∆Н, 

      ∆Н = 75,4 кДж

в результате чего в составе готового продукта содержится до 10% диаммонийфос-фата.

      Аммофос представляет двойное (N+P) сложное комплексное удобрение, содержащее в качестве основного вещества моноаммонийфосфат  NН₄Н₂РО₄ и примесь (до 10%) диаммонийфосфата  (NН₂)₂РО_4,  образующегося в процессе получения. Моно- и диаммонийфосфаты представляют собой твердые кристаллические вещества, малогигроскопичные, растворимые в воде. Из фосфа-тов аммония моноаммонийфосфат термически наиболее устойчив и при нагревании до 100-110⁰С практически не разлагается. Диаммонийфосфат, и особенно триаммонийфосфат при нагревании доссоциируют с выделением аммиака, например:

      (NН₂)₂РО₄  = NН₄Н₂РО₄  +  NН₃

           Режим процесса нейтрализации  выбирают так, чтобы обеспечить получение  достаточно подвижной и способной к перекачиванию по трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от концентрации исходной кислоты, растворимости фосфатов аммония и температуры.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Производство  сложно-смешанных удобрении

      Производство  смешанных удобрении преследует задачу получения уравновешенных двойных  или тройных удобрении из простых  или неуравновешенных сложных удобрении. Сложно-смешанные удобрения готовят  с добавлением некоторых реагентов  и полупродуктов (фосфорной и  серной кислота, аммиак и аммиакаты, концентрированные растворы удобрении -так называемые «плавы»).

     Основные  химические реакции при производстве сложно-смешанных удобрении протекают  аммонизаторе-грануляторе,   где  исходные компоненты взаимодействуют  с аммиаком: 

     H₃PO₄ + NH₃ = NH₄H₂PO₄

     Ca(H₂PO₄)₂ · H₂O + NH₃ = CaHPO₄ + NH₄H₂PO₄ + H₂O

     NH₄H₂PO₄ + CaSO₄ + NH₃ = CaHPO₄ + (NH₄)₂SO₄

     KCl + NH₄NO₃ = KNO₃ + NH₄Cl

     Водорастворимый Са(H₂PO₄)_2,  содержащийся в суперфосфате, частично превращется в менее растворимый CaHPO_4. Ретроградацию предотвращают путем введения в смесь серной или фосфорной кислоты:

     Ca(H₂PO₄)₂ + H₂ SO₄ + 2NH₃ = CaSO₄ + 2NH₄H₂PO₄

      При получении смешанных удобрении  следует учитывать, что между  некоторыми удобрениями могут идти нежелательные химические процессы, в результате которых будут утрачены питательные вещества и ухудшены физические свойства удобрения. Например, при смешении аммиачной селитры с суперфосфатом в результате протекания реакции:

      NH₄NO₃ + H₃PO₄ = NH₄ H₂PO₄ + HNO₃

        2NH₄NO₃ + Ca(H₂PO₄ )₂ + Ca(NO₃ )₂

часть азота теряется в виде паров азотной  кислоты или оксидов азота, а  физические свойства смеси ухудшаются из-за образования гигросопичного нитрата  кальция. Введение в эту смесь  нейтрализирующих добавок предотвращает  выделение азотной кислоты, способствует превыщению части монокальцийфосфата и дикальцийфосфат, что улучшает физические свойства удобрения.

     Получение качественных тукосмесей достигается  правильным подбором компонентов и  использованием для смешения удобрении  с определенными свойствами. При непрвильном подборе компонентов возможно ухудшение физических свойствтукосмеси или потери питательных веществ. Поэтому при   смешении, во избежание нежелательных явлений, обычно рекомендуется пользоваться специальными диаграммами и таблицами смесимости.

      Наприамер на диаграмме 1 , показано, что калийные соли можно смешивать со всеми  удобрениями, аммофос -со всеми удобрениями, кроме металлургических шлаков, аммиачную  селитру нельзя смешивать с карбамидом и тд. 

      Однако  эти таблицы и диаграммы не учитывают влияние нейтрализирующих добавок, изменений в ассортименте и качестве удобрении; рекомендации таблиц относятся только к парным комбинациям и, следовательно, не могут быть использованы при получении трехкомпонентных систем.

      Возможный состав смешанных удобрении

3. Физико-химические свойства сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

           Жидкие  комплексные  удобрения выпускаются в виде прозрачных растворов (ЖКУ) и суспензии (СЖКУ). Они должны обладать устойчивостью в условиях хранения и применения, из них не должны выпадать осадки. При проготовлении  суспензий в ЖКУ вводят стабилизирующие добавки -некоторые сорта тон кодисперсных глин, которые препятствуют росту и осаждению кристаллов из раствора и позволяют повысить концентрацию действующих веществ в удобрения.

     Жидкие  комплексные удобрения по сравнению с твердыми комплексными удобрениями имеют ряд преимуществ, поютому объем их производства за последние годы значительно возрос. Использование ЖКУ позволяет полностью механизировать процесс внесения удобрения в почву, обеспечивает равномерное распределение действующих веществ, создает возможность одновременного внесения с удобрениями гербицидов, пестицидов, микроэлементов. При производстве ЖКУ значительно снижаются капитальные затраты  и стоимость переработки сырья, так как в технологической схеме отсутствуют стадии сушки, гранулирования, охлаждения, дробления, рассева, кондиционирования и большое число транспортных средств.

     Качество  и стабильность растворов ЖКУ  зависят от степени конверсии  Р₂О₅

      и содержания примесей железа и алюминия в полифосфорной кислоте. При увеличении степени конверсии и уменьшении содержания примесей в кислоте, качество и стабильность растворов повышаются. Из кислоты, содержащей до 1%  Аl₂O₃ или 1,5% Fe₂O_3,  получаются прозрачные и стабильные ЖКУ марки 10-34-0. При приготовлении аналогичных ЖКУ из более загрязненной килоты, из растворов выпадает нерастворимый осадок черного цвета, представляющий собой аммонийные пирофосфаты железа и аллюминия. 

Состав  и свойства ЖКУ

     Аммофос. Стандартный аммофос в зависимости от состава исходной экстракиционной фосфорной кислоты содержит от 35,5 до 50% усвояемой Р₂О₅ водорастворимой и от 9 до 11% азота. Выпускается в порошковидном и гранулированном состоянии.

      Экстракционная  фосфорная кислота.

      Аммиак.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Исходные компоненты сложно-смешанных удобрении. В качестве исходных компонентов для сухого тукосмешения обычно используют аммиаяную селитру, сульфат аммония, простой или двоной суперфосфаты, диаммонийфосфат, хлорид и сульфат калия, карбамид, аммофос, сульфоаммофос и др.

     Исходные  компоненты должны содержать минимальное  количество влаги, не слеживаться, иметь  одинаковый гранулометрический состав и быть негигроскопичными. Кроме  того, используемые в сухом тукосмешении простые и неуравновешенные комплексные  удобрения должны сохранять сыпучесть, неслеживаемость и гранулометрический состав в процессе их транспортирования в специальных вагонах с донной выгрузкой и при хранении насыпью в течении 6 месяцев.

Характеристика  гранулометричсекого  состава исходных компонентов 

удобрении для тукосмесей

      От  качества исходных компонентов тукосмесей напрямую зависит качество сложно-смешанных удобрении. Чем выше качество исходных компонентов, тем лучше свойства удобрении (срок годности, неслеживаемость и тд.).

     Тукосмеси. В зависимости от состава смешиваемых удобрении общее содержание питательных веществ в тукосмеси изменяется от 30 до 60%. Помимо азота, фосфора и калия, смешанные удобрения могут содержать микроэлемениты, гербициды, пестициды, сьимуляторы роста и др. для нейтрализации избыточной кислотнойти и улучшения физических свойств в тукосмеси часто вводят нейтрализующие добавки: известняк, доломит, фосфоритную муку и др.

     Одним из главных требований к качеству сложно-смешанных удобрении  является однородность химического состава. Однородность сложно-смешанных удобрении достигается использованием для смешения удобрении, близких по гранулирометрическому составу, и тщательность их перемешивания. Требования к физико-химическим и механическим свойствам тукосмесей определяются многими факторами - планируемыми объемами тукосмешения, сроками и методами их приготовлении, уровнем механизации процесса тукосмешения, схемой транспортирования тукосмесей до поля и дт. Одним их главных требовании предъявляемых к тукосмесям на основе гранулированных компонентов, является получение хорошо сыпучих, неслеживающихся пригодных к механическому рассеву продуктов.

     Требования  к химическому составу и концентрации питательных веществ в тукосмесях удовлетворяется соответствующим подбором исходных компонентов. Сохранение сыпучести и прочности гранул тукосмеси обеспечивается минимально допустимым содержанием влаги в исходных компонентах.

Физико-химические свойства компонентов тукосмесей

      Наиболее  сильное влияние на на слеживаемость  удобрении оказывает содержание в них влаги. В найбольшей степени слеживаемости подвергаются водорастворимые соли. Следствием повышенной влажности является снижение механической прочности гранул, деформация и увеличение площади контакта между ними.

      Для всех марок удобрении содержание воды должно быть не более 1%, статистическая прочность гранул не менее 2 МПа. Замена простого суперфофата на двойной повышает сумму питательных веществ в готовом удобрении с 30-33 до 42-44%. В случае применения фосфорной кислоты концентрация питательных веществ увеличивается соответственно до 38 и 48%. Еще более концентрированные сложно-смешанные удобрения (до 58% питательных веществ) получают на основе аммофоса или диаммифоса, аммиачной селитры и хлорида калия.

     Изменение температурного режима хранения приводит к ускорению процессов рекристализации с образованием внешнего кристалического каркаса и солевых мостиков между частицами, химический состав которых зависит от состава солей, входящих в данное удобрение.

     В процессе приготовления, хранения, транспортирования и внесения тукосмесейнеобходимо свести к минимуму потери питательных веществ и их превращение в менее усвояемые формы. Наибольшая сохранность грануло-метрического состава удобрении при их транспортировании и погрузочно-разгрузочных работах обеспевиается при статистической простности гранул не менее 2,0 МПа.

      Некоторые марки сложно-смешанных удобрении, способные сравнительно длительное время храниться без расслаивания, могут выпускаться предприятиями  химической промышленностью. Например, путем прессования ретура простого суперфосфата и кристаллического хлорида калия получают РК -тукосмесь состава 0-14-14. согласно ГОСТу в смеси допускается содержание не более 2% влаги и свободной Р₂О₅ не менее 90% гранул размером 1- 4 мм и не более 5% частиц менее 1 мм. Механическая прочность гранул не ниже 3,5 - 4 МПа. Гарантийный срок хранения такой смеси 6 месяцев. Продукт имеет хорошие физические свойства, что позволяет его хранить и транспортировать не только в мешках, но и насыпью.

      Гранулированные сложно-смешанных удобрения способны к расслаиванию (сегрегации) при транспортировании и хранении насыпью, поэтому их предпочитают доставлять на поля специальным автотранстпортом.

      Вспомогательные материалы.