🌾Удобрения - это не просто "химия", а результат сложного преобразования природных ресурсов. Минеральные удобрения создаются из природных минералов и промышленных отходов. Производство минеральных удобрений - это сложный химический процесс, который начинается с добычи природного сырья и заканчивается получением готового продукта в гранулированной или порошкообразной форме. Технология производства различается в зависимости от вида удобрения: азотного, фосфорного или калийного.
Часть 2. Цикл статей об удобрениях.
Из чего делают удобрения: от природы до поля
✔️Азотные удобрения, такие как аммиачная селитра и мочевина, производят из аммиака, который синтезируют из азота воздуха и водорода, получаемого из природного газа.
Производство азотных удобрений
- это многоступенчатый процесс, который начинается с получения исходных газов и заканчивается синтезом готового продукта.
Синтез аммиака (процесс Габера–Боша) Основным сырьем для всех азотных удобрений является аммиак (NH_3), который получают в результате химической реакции между азотом (N_2) и водородом (H_2). Этот процесс является обратимым, поэтому для смещения равновесия в сторону образования аммиака используются жесткие условия: Высокое давление (до 30 МПа): увеличение давления смещает равновесие в сторону меньшего количества газообразных молекул. Высокая температура (400–500 °C): хотя реакция является экзотермической, высокая температура необходима для того, чтобы молекулы азота и водорода приобрели достаточную энергию для взаимодействия. Катализатор (железо с добавками): катализатор значительно ускоряет реакцию, позволяя ей протекать с приемлемой скоростью при относительно низких температурах. Получение водорода (паровая конверсия метана) Водород (H_2) для синтеза аммиака чаще всего получают из природного газа, основным компонентом которого является метан (CH_4). Этот процесс называется паровой конверсией метана. На первом этапе метан реагирует с водяным паром при высокой температуре (700–1100 °C) и давлении в присутствии никелевого катализатора, образуя синтез-газ. Затем оксид углерода (CO) реагирует с водяным паром (так называемая реакция конверсии оксида углерода), что позволяет получить дополнительный водород.Полученный углекислый газ (CO_2) удаляют, оставляя чистый водород.
Производство конкретных удобрений из аммиака
Полученный аммиак используется как основной компонент для синтеза различных видов азотных удобрений:
Мочевина (CO(NH_2)_2) Аммиак и углекислый газ (CO_2) сжимают и нагревают до 180–200 °C, что приводит к образованию промежуточного соединения — карбамата аммония, который затем разлагается на мочевину и воду. Мочевина является самым концентрированным азотным удобрением.
Аммиачная селитра (NH_4NO_3) Сначала аммиак окисляют кислородом воздуха на платиновом катализаторе, получая оксиды азота, которые затем растворяют в воде для образования азотной кислоты. Затем азотную кислоту нейтрализуют аммиаком, получая аммиачную селитру.
Сульфат аммония ((NH_4)_2SO_4) Это удобрение получают прямой реакцией аммиака с серной кислотой. Данный метод позволяет утилизировать отходы серной кислоты, что делает процесс более экологичным.
✔️Фосфорные удобрения получают из фосфорных руд (апатитов и фосфоритов), которые перерабатывают с помощью сильных кислота, чаще всего серной кислотой.
Процесс производства фосфорных удобрений
Обработка сильными кислотами фосфорных руд (апатитов и фосфоритов) метод который позволяет перевести нерастворимые в воде фосфаты в доступные для растений формы.
Добыча и обогащение фосфорных руд Фосфоритные и апатитовые руды добывают в карьерах или шахтах. В своей естественной форме содержат не только фосфаты, но и различные примеси. Поэтому руду измельчают и обогащают - удаляют пустую породу, чтобы повысить концентрацию фосфора.
Получение суперфосфата (обработка серной кислотой) Основной и наиболее распространенный метод производства фосфорных удобрений - обработка руды серной кислотой.
Простой суперфосфат. Сырье: фосфориты (основной компонент — Ca_3(PO_4)_2) и серная кислота (H_2SO_4). Измельченную фосфоритную муку смешивают с серной кислотой. В результате реакции образуется однозамещенный фосфат кальция (Ca(H_2PO_4)_2), который является водорастворимым, и сульфат кальция (гипс, CaSO_4). Свойства: простой суперфосфат содержит около 20% фосфорной кислоты в легкодоступной форме, а также гипс, который кстати полезен для почвы.
Двойной суперфосфат. Чтобы получить более концентрированное удобрение без гипса, фосфориты обрабатывают не серной, а фосфорной кислотой (H_3PO_4). Свойства: двойной суперфосфат содержит до 46–50% фосфорной кислоты, что делает его более экономичным для использования.
Альтернативные методы. Помимо серной кислоты, фосфорные руды могут перерабатываться и другими кислотами, например, азотной или ортофосфорной. Обработка азотной кислотой: в результате реакции фосфоритов с азотной кислотой получают нитрофоску - комплексное удобрение, содержащее азот, фосфор и калий.
После химической обработки полученную массу гранулируют, сушат и упаковывают. Готовые фосфорные удобрения, такие как суперфосфат, вносятся в почву, где фосфаты, растворяясь, становятся доступны для поглощения корнями растений.
✔️Калийные удобрения добывают из природных калийных солей (сильвинита) и очищают с помощью флотации или галургического метода.
Производство калийных удобрений
Производство калийных удобрений это в первую очередь, процесс переработки и очистки природного сырья, а не химического синтеза. Основная задача - отделить ценный хлорид калия (KCl) от других солей, таких как хлорид натрия (NaCl), с которыми он залегает в месторождениях. Основное сырьё для производства калийных удобрений - это калийные соли (сильвинит, карналлит), они добываются из глубоких шахт.
Процесс производства калийных удобрений делится на два основных метода:
Флотационный метод
Этот метод основан на разной способности минералов прилипать к пузырькам воздуха. Измельчение и пульпация. Добытую руду измельчают до мелкой фракции и смешивают с водой, чтобы получить пульпу - взвесь твёрдых частиц в воды. В пульпу добавляют специальные реагенты-собиратели. Эти вещества избирательно осаждаются на поверхности частиц калийной соли (сильвина), делая их гидрофобными (отталкивающими воду). Частицы хлорида натрия (галита) остаются гидрофильными. Дале проводят Флотацию, пульпу подают во флотационные машины, где снизу через неё пропускают воздух. Гидрофобные частицы сильвина прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, образуя пену. Пену собирают, промывают и сушат. В результате получается концентрированный хлорид калия (KCl), который является готовым удобрением. Частицы хлорида натрия оседают на дно и утилизируются.
Галургический метод (метод растворения и кристаллизации)
Этот метод основан на разной растворимости солей при различных температурах. Измельчённую руду (сильвинит) растворяют в горячем насыщенном растворе, который уже содержит хлорид натрия. При высокой температуре растворимость хлорида калия значительно увеличивается, в то время как растворимость хлорида натрия почти не меняется. Горячий раствор охлаждают. При этом растворимость хлорида калия резко падает, и он начинает кристаллизоваться и выпадать в осадок. Хлорид натрия остаётся в растворе. Кристаллы хлорида калия отделяют от раствора, промывают и сушат.
Оба метода позволяют получить чистый хлорид калия (KCl), который затем гранулируют для удобства хранения и внесения в почву.
✔️Органические удобрения - это продукт переработки природных материалов. К ним относятся навоз, торф, компост, птичий помет и сидераты. Об органических удобрениях читайте в 3 части цикла статей об удобрениях.
Подписывайтесь на канал, ставьте лайки, оставляйте комментарии и поддерживайте нас донатами – впереди много интересного!