Классификация минеральных удобрений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация минеральных удобрений

Минеральными удобрениями называются вещества, содержащие элементы, необходимые для питания растений и вносимые в почву с целью получения высоких устойчивых урожаев.

Свыше 90% сухой массы растения составляют углерод, кислород и водород. Большую роль в питании растений играют азот, фосфор, калий, магний, сера, железо, называемые макроэлементами. Такие элементы, как бор, марганец, цинк, медь, молибден и другие (микроэлементы), необходимы растениям в очень небольших дозах. Углерод, кислород и водород растения получают из воздуха и воды, остальные элементы - из почвы в виде растворов.

Из почвы ежегодно уносится большая часть запасов питательных веществ, которые не восполняются за счет естественных источников. Особенно быстро обедняются почвы азотом, фосфором и калием. Эти элементы необходимо вносить в почву в виде органических и минеральных удобрений.

Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства в большой степени зависит от уровня его химизации, т.е. применения минеральных удобрений, химических средств защиты растений, введения минеральных добавок в кормовые рационы животных, применения химических консервантов в кормопроизводстве и т.д. От уровня развития химической промышленности, и в первую очередь производства минеральных удобрений, существенно зависит урожайность сельскохозяйственных культур.

Производство минеральных удобрений - одна из ведущих отраслей химической промышленности, развивающаяся весьма быстрыми темпами при постоянном увеличении выпуска удобрений и улучшении их качества за счет повышения содержания в них питательных веществ и улучшения их физико-химических свойств.

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года предусмотрено увеличение выпуска минеральных удобрений до 41…43 млн. т и химических средств защиты растений. Обеспечение сельского хозяйства минеральными удобрениями соответствующего качества поможет решить ряд важных задач и прежде всего увеличить валовой сбор зерна. Подсчитано, что за счет применения минеральных удобрений можно получить прирост урожая не менее 50%.

Доза и сочетание вносимых удобрений зависят от вида сельскохозяйственной культуры и характера почв. Наилучший результат достигается при внесении комплексных удобрений, содержащих требуемое для данных культуры и почвы сочетание питательных веществ. Особенно эффективно внесение минеральных удобрений в нечерноземной зоне, где преобладают кислые подзолистые почвы. На таких почвах достигается существенный прирост урожая при сравнительно небольших расходах на приобретение и внесение удобрений и резком повышении производительности труда в земледелии.

Минеральные удобрения классифицируются по нескольким признакам. По агрохимическому действию удобрения делятся на прямые и косвенные. Прямые удобрения содержат питательные для растений элементы (например, аммиачная селитра - азот, суперфосфат - фосфор и т.п.). Косвенные удобрения вносят в почву для улучшения ее физических и биохимических свойств (например, молотый известняк и доломит понижают кислотность, гипс улучшает свойства солончаковых почв и т.д.).

По видам питательных элементов прямые минеральные удобрения подразделяют на азотные, фосфорные и калийные. В особую группу выделяются микроудобрения.

По количеству питательных элементов минеральные удобрения делятся на простые, содержащие один питательный элемент, и сложные, или многосторонние, включающие два и более питательных элементов. Если многосторонние удобрения - получают путем смешения простых удобрений, они называются смешанными.

По содержанию питательных веществ различают ординарные минеральные удобрения, характеризующиеся содержанием питательных веществ менее 30%, и концентрированные (более 30%).

По агрегатному состоянию удобрения могут быть твердыми (порошкообразными или гранулированными) и жидкими.

Для характеристики качества удобрений важное значение имеют как содержание в них питательных веществ, так и физические свойства: гигроскопичность, слеживаемость, сыпучесть. Условия хранения, транспортировки и внесения в почву удобрений зависят от их физических свойств.

Производство важнейших азотных минеральных удобрений

Минеральные удобрения делят на простые и комплексные. Простые удобрения содержат один питательный элемент. Это определение несколько условно, так как в простых удобрениях, кроме одного из основных элементов питания, могут содержаться сера, магний, кальций, микроэлементы. Простые удобрения в зависимости от того, какой элемент питания в них содержится, подразделяются на азотные, фосфорные и калийные.

Комплексные удобрения имеют в своем составе два и более элемента питания и подразделяются на сложные, получаемые при химическом взаимодействии исходных компонентов, сложно-смешанные, вырабатываемые из простых или сложных удобрений, но с добавлением в процессе изготовления фосфорной или серной кислот с последующей нейтрализацией, и смешанные, или тукосмеси - продукт механического смешивания готовых простых и сложных удобрений.

В нашей стране наибольшее распространение имеют следующие азотные удобрения: аммиачная селитра, карбамид (мочевина), сульфат аммония, жидкий аммиак, аммиачная вода. Получают их синтетическим путем на основе аммиака и азотной кислоты.

Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH4NO3 (содержание азота до 35%) обладает весьма ценными агрохимическими свойствами. Это удобрение содержит аммиачный NH4» и нитратный NO3 ^- азот, что позволяет успешно использовать аммиачную селитру на любых почвах и для любых сельскохозяйственных растений. Как и все азотные удобрения, аммиачная селитра обладает хорошей растворимостью в воде. Это ее качество, с одной стороны, является положительным, а с другой - отрицательным, так как удобрение вымывается из почвы дождевыми водами. Поэтому аммиачную селитру приходится вносить в несколько приемов, что требует дополнительных затрат. Однако эти затраты окупаются за счет увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Некоторые физические свойства аммиачной селитры затрудняют ее внесение в почву. В силу высокой гигроскопичности селитра слеживается при хранении. Для устранения этого недостатка ее гранулируют. При неблагоприятных условиях хранения (повышенные температура, влажность) аммиачная селитра взрывается, что необходимо учитывать при ее хранении и транспортировке. Кроме того, может иметь место изменение кристаллической формы селитры (ее перекристаллизация) с увеличением объема, что приводит к разрушению тары.

Получают аммиачную селитру путем нейтрализации разбавленной азотной кислоты аммиаком: HNO3 + NH₃ = NH4NO3 + Q. Технологический процесс ее производства включает стадии: нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком; упаривания раствора нитрата аммония до плава с содержанием NH₄N0₃ 98… 99%; гранулирования плава.

Обычно аммиачную селитру производят на заводах, вырабатывающих синтетический аммиак и азотную кислоту, по следующей схеме.

Нейтрализатор 1 (рис. 1) - цилиндрический сосуд из коррозионно-стойкой стали, внутри которого помещен второй цилиндр 2. Азотная кислота и газообразный аммиак непрерывно подаются в нижнюю часть цилиндра 2, в котором происходит нейтрализация кислоты, сопровождающаяся выделением теплоты. Нагретый раствор поднимается вверх и переливается через края цилиндров в пространство 3 между ними, составляющее испарительную часть аппарата. Здесь удаляется значительная часть воды из раствора, в результате чего температура в нейтрализаторе снижается. Выделяющийся водяной пар выводят из аппарата и используют в качестве теплоносителя при дальнейшем упаривании раствора. Из нейтрализатора раствор поступает в донейтрализатор 4_У куда подается дополнительно аммиак для полной нейтрализации раствора. Затем раствор направляют в вакуум-выпарной аппарат 5. Его концентрация доводится до 97…98%. Образующийся плав поступает в грануляционную башню 6 на гранулирование. Башня представляет собой железобетонный цилиндр (высота 35…40 м, диаметр 12…16 м), в нижней части которого имеются щели для поступления воздуха. Для создания восходящего воздушного потока устанавливается вентилятор, а для разбрызгивания плава селитры - форсунка. Капли селитры, падая вниз, застывают в потоке холодного воздуха и образуют гранулы, которые поступают на дополнительное охлаждение и затем рассеиваются на фракции. Частицы менее 1 мм и более 3 мм присоединяются к раствору, идущему на выпаривание. Готовый продукт (частицы размером 1…3 мм) упаковывается в водонепроницаемые мешки (многослойные бумажные, пропитанные битумом, или полиэтиленовые).

Аммиачная селитра выпускается двух марок: А - кристаллическая или чешуйчатая, Б - гранулированная.

Селитра марки Б применяется в качестве удобрения и проверяется на рассыпчатость и гранулометрический состав.

В настоящее время максимальная мощность агрегатов по производству аммиачной селитры составляет 450 тыс. т в год (1400 т в сутки). Освоение агрегата мощностью 1500 тыс. т в год позволит уменьшить капиталовложения на 15…20%, снизить себестоимость продукции на 5…8% и значительно повысить производительность труда.

Содержание азота в карбамиде (мочевине) составляет 46%. Карбамид применяется как концентрированное удобрение, а также в качестве минеральной подкормки для животных; кроме того, его используют для производства пластмасс (аминопластов), клеев, лаков, фармацевтических препаратов. Карбамид невзрывоопасен, менее гигроскопичен и обладает меньшей слеживаемостью, чем аммиачная селитра. Производство его продолжает увеличиваться.

Процесс идет при давлении 18…20 МПа и температуре 180…200°С с использованием чистых реагентов - газообразного 100%-го двуоксида углерода и жидкого аммиака, взятого с избытком от теоретически необходимого расхода. При этих условиях выход карбамида по С0₂ составляет 60…70%; содержание карбамида в плаве, получающемся в результате синтеза, составляет 35%. Экономическая эффективность производства и себестоимость карбамида зависят от использования непревращенных реагентов - аммиака и С0₂. В специальных цехах из них получают аммиачную селитру (аммиак поглощается азотной кислотой); кроме того, эти газы можно разделить и использовать опять в производстве карбамида (метод рециркуляции). Наиболее эффективными являются агрегаты с полной рециркуляцией непрореагировавших веществ.

Технологический процесс производства карбамида включает: синтез карбамида, разложение побочных продуктов и отделение непрореагировавших газов, упаривание раствора карбамида до плава, гранулирование плава.

Гранулированный карбамид, используемый в сельском хозяйстве, упаковывается в многослойные бумажные или полиэтиленовые мешки.

В сульфате аммония (NH₄)₂S0₄ содержание азота достигает 20…21%. Получают сульфат аммония как побочный продукт коксохимических заводов и производств капролактама. Коксовый газ (содержание аммиака 1…1,5%) пропускают через раствор серной кислоты в сатураторах или барботажных колоннах. При этом происходит следующая реакция: 2NH₃ + H₂S0₄ = (NH₄)₂S0₄ + Q. Полученный раствор сульфата аммония подвергается частичному или полному упариванию, в результате получают жидкое или сухое удобрение.

Сульфат аммония упаковывают в бумажные или джутовые мешки и перевозят любыми транспортными средствами. Его не рекомендуется вносить в кислые подзолистые почвы, так как сульфатный остаток SO^» постепенно накапливается и вызывает нежелательное их подкисление.

К жидким азотным удобрениям относятся жидкий аммиак и аммиачная вода.

Жидкий аммиак - самое концентрированное азотное удобрение (до 82% азота). Вследствие высокого давления паров его хранят и транспортируют в герметичной таре. Жидкие азотные удобрения необходимо вносить в почву на глубину не менее 10… 12 см во избежание потерь аммиака.

Аммиачная вода - водный раствор аммиака (20% азота). Давление паров аммиачной воды сравнительно невелико, поэтому ее перевозят в обычных цистернах.

Растения усваивают азот аммиака так же, как и азот обычных твердых удобрений. Все операции по внесению жидких удобрений требуют высокого уровня механизации. С завода жидкие удобрения доставляются в железнодорожных цистернах в пункты назначения, где перегружаются в хранилища; к месту потребления их доставляют в автоцистернах, из которых жидкость перекачивается под давлением в резервуары машин, предназначенных для внесения удобрений в почву.

Производство жидких удобрений имеет ряд преимуществ: отпадает необходимость их гранулирования, сушки, упаковки в тару, погрузки в ящики туковых сеялок и др.

В себестоимости аммиачной селитры затраты распределяются примерно так: затраты на сырье и основные материалы составляют 85%, на вспомогательные материалы - 5, на энергию - 5, зарплату - 0,3, прочие расходы - 4,7%. Таким образом, наибольшая доля приходится на стоимость сырья и основных материалов. Степень использования азота (с учетом потерь аммиака и азотной кислоты на всех стадиях производства) составляет 98,5…98,8%. Уменьшение производственных потерь аммиака и азотной кислоты за счет соблюдения необходимых параметров технологического процесса обусловливает снижение себестоимости продукции.

В структуре себестоимости карбамида наибольшую долю составляют затраты на материалы (65%) и энергию (15,6%). Себестоимость 1 т азота в карбамиде несколько выше, чем в аммиачной селитре. В последние годы за счет усовершенствования технологических процессов производства их различие уменьшилось. Более высокие затраты на производство карбамида окупаются при его применении за счет более высокой концентрации азота и уменьшения расходов по его транспортировке и хранению.

Жидкие азотные удобрения получают по так называемой «короткой» схеме, поэтому капитальные и эксплуатационные затраты на 15…25% (на 1 т азота) ниже, чем в производстве аммиачной селитры. Производство жидких азотных удобрений целесообразно и с точки зрения возможности получения комплексных удобрений.

Производство фосфорных минеральных удобрений

К фосфорным удобрениям относятся природные фосфаты и продукты их переработки. Наибольшее распространение имеют суперфосфат простой, двойной и комплексные удобрения. В последние годы применение двойного суперфосфата и комплексных удобрений увеличивается, а простого суперфосфата - уменьшается.

Различают водорастворимые, усвояемые и нерастворимые фосфаты. Простой и двойной суперфосфат относят к водорастворимым удобрениям; преципитат, томасшлак, термофосфат - к усвояемым (под действием почвенных кислот они переходят в водорастворимую форму и усваиваются растениями). Фосфориты, апатиты, костная мука содержат трудноусвояемые растениями соли фосфора, которые в воде не растворяются, но при длительном нахождении в почве часть входящего в них фосфора усваивается растениями. Кроме удобрений, промышленность выпускает кормовые фосфаты в виде минеральной подкормки для сельскохозяйственных животных и птиц: обесфторенный фосфат, динатрий-фосфат кормовой и др.

Сырьем для производства фосфорных удобрений, кормовых фосфатов, фосфорной кислоты и элементарного фосфора служат природные апатиты и фосфориты.

Крупнейшим в мире является Хибинское месторождение апатитов на Кольском полуострове, где они залегают вместе с нефелином. Апатитонефелиновая руда обогащается флотацией с получением апатитового концентрата, состоящего главным образом из фторапатита Ca₅F(P0₄) 3 (содержание Р₂0₅ составляет 39…41%) и нефелиновой фракции (Na, КЬО - А1₂Оз-25Ю₂*2Н20, которая используется для производства алюминия, в стекольной промышленности и для других целей.

Фосфориты являются породами осадочного происхождения (образовались при осаждении фосфатов из морской воды) и содержат фосфор главным образом в виде фторапатита и трикальций-фосфата Са₃(Р0₄)₂.

В состав апатитов и фосфоритов соединения фосфора входят в нерастворимой форме. Основной задачей производства является получение легкоусвояемых растениями фосфорных удобрений, которые можно вносить в любые почвы. Для этого необходимо перевести нерастворимые фосфорные соли природных фосфатов в водорастворимые или легкоусвояемые соли, что осуществляется путем разложения природных фосфатов кислотами, щелочами, нагреванием (термической возгонкой фосфора). В общем объеме производства фосфорных удобрений более 90% составляют продукты кислотного разложения природных фосфатов.

Промышленность выпускает простой и двойной суперфосфат в виде гранул или порошка серовато-белого цвета.

Простой суперфосфат является продуктом разложения фосфорита или апатита серной кислотой.

Двойной суперфосфат получают аналогично простому во вращающихся камерах, по бескамерному или камерно-поточному методам.

При производстве двойного суперфосфата по бескамерному методу (рис. 2) в реактор-смеситель 1 подается измельченный фосфорит или апатит и 32%-я фосфорная кислота. В течение 0,5…1 ч при температуре 95°С в реакторе происходит разложение фосфатного сырья. Из реактора-смесителя образовавшийся продукт в виде пульпы направляется двумя потоками: большая часть его поступает в распылительную сушилку 2_У меньшая - в гранулятор-смеситель 3. Высушенный порошкообразный суперфосфат из сушилки и ретур (мелкая фракция с частицами размером менее 1 мм) также попадает в гранулятор-смеситель, где образуются влажные гранулы суперфосфата.

Камерно-поточный метод производства двойного суперфосфата имеет некоторые преимущества по сравнению с камерным и поточным методами: базируется на типовом, стандартном оборудовании; отличается высокой интенсивностью процесса и обеспечивает хорошее качество продукта.

Двойной суперфосфат гранулированный является концентрированным удобрением. Затраты на его транспортировку, хранение и внесение меньше, чем простого суперфосфата.

Упаковывают гранулированный двойной суперфосфат в водонепроницаемые мешки, транспортируют в крытых вагонах или автомобилях, хранят в закрытых сухих помещениях.

В себестоимости производства суперфосфата наибольшую долю (93…96%) составляет стоимость сырья, как и в производстве всех минеральных удобрений. Себестоимость гранулированного двойного суперфосфата выше, чем порошкообразного. Однако гранулирование способствует значительному улучшению качества и агрохимических свойств удобрений.

Себестоимость двойного суперфосфата на 10…13% выше, чем простого. Но это превышение компенсируется экономией общественного труда на его транспортировку и внесение в почву.

Увеличение производства фосфорных удобрений будет осуществляться за счет выпуска сложных удобрений - аммофоса, нитрофоски, нитроаммофоски, а также двойного суперфосфата. Расширение сырьевой базы возможно за счет разработки новых месторождений фосфоритов в Средней Азии и Сибири. Переработка низкоконцентрированных фосфоритов будет сопровождаться производством фосфорной кислоты по экстракционно-термическому методу.

Совершенствование процессов производства фосфорных удобрений связано не только с расширением сырьевой базы, но и с реконструкцией производств экстракционной фосфорной кислоты и суперфосфата, а также более полным использованием отходов.

В плане защиты окружающей среды на предприятиях, размещенных на малых реках, предусматривается организация бессточных схем водопользования.

Калийные удобрения

В качестве калийных удобрений применяются хлориды, сульфаты, карбонаты и другие соли калия. В общем объеме их производства около 90% составляет хлорид калия КО, который получают из сильвинита (KCl + NaCl) растворением и раздельной кристаллизацией, а также флотацией сильвинитовой руды.

Для некоторых культур (виноград, картофель, цитрусовые) необходимы бесхлорные калийные удобрения: технический сульфат калия (не менее 48% КгО) и калимагнезия - смесь сульфатов калия и магния с примесями КО и MgCb (28…30% К2О, 8…10% MgCl₂).

По объему производства калийных удобрений Советский Союз занимает первое место в мире. Основным сырьем для их получения служат сильвинитовые и карналлитовые породы, месторождения которых находятся на Урале, в Прикарпатье и Белоруссии. Сильвинит этих месторождений характеризуется содержанием КО в среднем 22…25%, Nad - 68%, нерастворимых глинистых веществ - 2…7%.

Сильвинитовые руды с содержанием полезного компонента 22…25% не могут использоваться как эффективное удобрение. Для получения концентрированных удобрений сильвинитовые руды обогащают различными методами. Главное место среди них занимают механический (флотация) и химический (галургия). Прогрессивным методом, получившим широкое применение, является флотация сильвинитовых руд.

Обогащение руд флотацией основано на различной способности минералов, входящих в состав руды, смачиваться жидкостями. Измельченные частицы руды образуют с жидкостью пульпу - взвесь твердых частиц в жидкости. В присутствии флотореагентов смачиваемость одних минеральных частиц увеличивается, других - уменьшается. При пропускании через пульпу воздуха частицы, не смачивающиеся жидкостью, вместе с пузырьками воздуха выносятся на поверхность в виде пены, которая направляется на последующую обработку. Частицы руды, смачивающиеся жидкостью, остаются в пульпе («тонут»). Таким образом руда разделяется на рудный концентрат (пену) и пустую породу (флотационные хвосты).

Поскольку калийные руды состоят из водорастворимых минералов, флотацию их осуществляют в насыщенных солевых растворах. При флотационном обогащении калийных солей применяются различные флотореагенты.

Наличие в руде глинистых примесей осложняет процесс флотации, так как значительная часть флотореагентов поглощается глинистыми частицами. Выбор технологической схемы флотационного обогащения руды зависит от ее состава и главным образом от содержания глинистых примесей. Разработано несколько способов выделения глинистых шламов из сильвинита: флотация шламов перед основной (сильвинитовой) флотацией; депрессия при помощи реагентов - депрессоров; механическое выделение в стадии измельчения и классификации руды; комбинированные способы.

Для руд с содержанием глинистых примесей более 3% применяют схемы флотационного обогащения с депрессией шламов. Такая схема принята в промышленности для переработки сильвинита с содержанием глинистых примесей до 7%. Процесс включает следующие стадии: измельчение руды до крупности частиц менее 0,8 мм, классификация измельченной руды, обработка пульпы депрессором глинистых примесей, основная флотация и перечистка концентрата повторной флотацией, сгущение и фильтрация концентрата и флотационных хвостов, сушка концентрата.

удобрение азотный селитра производство

Размещено на Allbest.ru