Химия и производство удобрений

Учёными всего мира на протяжении многих веков велась работа по поддержанию плодородного слоя почвы. Так появились на свет минеральные удобрения.

В середине 19 века Либих изучал питание растений.

Ю. Либих

(1803–1873)

В то время было известно только, что интенсивное фермерство быстро истощает почву. В 1840 году он опубликовал труд «Применение химии в сельском хозяйстве и физиологии». Либих был убеждён, что неорганические вещества играют значительную роль в питании растений.

Удобрения – это вещества, которые содержат химические элементы, необходимые для питания и роста растений, и вносятся в почву для повышения урожайности.

В росте и развитии растений принимают участие около 60 химических элементов. Некоторые элементы требуются в больших количествах: углерод, кислород, водород, а другие – в меньшем, например, азот, фосфор, калий, сера, магний, железо, кальций и другие.

По питательным элементам удобрения делят на азотные, фосфорные, калийные и комплексные.

Азотные удобрения делятся на две группы: органические и минеральные. К органическим азотным удобрениям относятся навоз, компост, который получают из органических остатков в результате их биологического разложения, к органическим азотным удобрениям относится и торф, помёт и зелёные удобрения на основе бобовых растений.

К минеральным азотным удобрениям относятся аммиачная вода; хлорид аммония; сульфат аммония; нитрат аммония, или аммиачная селитра; нитрат калия, или калийная селитра; нитрат натрия, натриевая, или чилийская селитра; нитрат кальция, или кальциевая селитра; мочевина, или карбамид.

В 1828 году Вёлер смог получить мочевину из неорганических веществ.

Сам карбамид растениями не усваивается, но под влиянием микроорганизмов в почве он превращается в карбонат аммония.

В этом виде азот уже хорошо усваивается растениями, поэтому это удобрение следует вносить во влажную почву перед посевом.

Впервые русский учёный Базаров смешал под давлением аммиак и природный газ и получил карбамид.

До сих пор эта реакция лежит в основе получения карбамида.

Мочевина – это универсальное удобрение, которое можно использовать на всех типах почв и под все сельскохозяйственные культуры. Это легкорастворимое удобрение, представляет собой бесцветные гранулы. Его широко применяют в химической промышленности, синтезе, производстве древесно-волокнистых плит, его использую для нужд фармацевтической промышленности.

Аммиак и углерод подвергаются сжатию под давлением 200 атмосфер, полученная смесь поступает в специальный реактор, полученный раствор карбамида в жидком виде подаётся на грануляционную башню.

Затем эта смесь летит вниз, охлаждается и превращается в гранулы.  Готовые гранулы упаковываются в полиэтиленовые мешки и транспортируются к потребителям.

За сутки выпускается приблизительно более двух тысяч тонн карбамида на заводе. Этого удобрения хватило бы на всю площадь Швейцарии.

Крупнейшими производителями азотных удобрений в России являются ОАО «ЕвроХим», ОАО «УралХим», ОАО «СИБУР – Минудобрения».

Нерациональное использование азотных химических удобрений, их чрезмерные дозы приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах. Известно, что нитраты обладают высокой токсичностью для человека и животных.

В организме человека нитрат-ионы восстанавливаются до нитрит-ионов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови, в результате чего кровь теряет способность переносить кислород, поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей. В кишечнике под действием нитрит-ионов образуются канцерогенные вещества, которые вызывают злокачественные опухоли.

Химический элемент фосфор играет важную роль в образовании хлорофилла и усвоении растениями углекислого газа, он способствует созреванию плодов.

К известным фосфорным удобрениям относится фосфоритная мука. Фосфор здесь содержится в виде фосфата кальция.  Фосфат кальция усваивается растениями только на кислых почвах.

Лучшими фосфорными удобрениями являются растворимые фосфаты, которые получают действием кислот на фосфат кальция. К ним относятся такие удобрения, как двойной суперфосфат, иди дигидрофосфат кальция, а также простой суперфосфат и преципитат.

Как же происходит этот процесс. Сначала добываемую руду: фосфориты или апатиты, в которых составным компонентом является фосфат кальция, измельчают в фосфоритную муку, затем эту муку обрабатывают кислотами: серной, фосфорной или азотной для получения растворимых солей.

После чего осуществляют электротэрмическое восстановление фосфатов и термическая обработка. Полученные гранулы поступают к потребителю.

Основная масса фосфора потребляется на начальных стадиях роста растений, так как он отвечает за ускорение развития корневой системы. При недостатке фосфора наблюдается задержка в развитии растительных культур: цветение и созревание наступает позже, цветов и плодов становится меньше, резко снижается урожайность и содержание белков, сахара, крахмала.

В последние годы получают комплексные удобрения, которые содержат два или более питательных элемента. Например, аммофос представляет собой комбинацию азота с фосфором. Если аммофос смешать с калийной селитрой, то получится аммофоска – комплексное удобрение, которое содержит азот, фосфор и калий.

Фосфорные и комплексные удобрения получают на ОАО «ФосАгро», ОАО «Акрон», ОАО «ЕвроХим».

Химический элемент калий улучшает водный режим растений, повышает их засухоустойчивость и морозостойкость, способствует накоплению крахмала в клубнях картофеля, сахарозы в сахарной свёкле.

В качестве калийных удобрений используют хлорид калия, нитрат калия, сульфат калия и древесную золу.

Калийные удобрения добывают в рудниках, затем происходит обогащение руды, в которой содержится 95 и более процентов калия. Калийные удобрения смешивают с другими удобрениями, например, сульфатом аммония, аммофосом, песком.

Все компоненты измельчаются, затем в специальных смесителях при помощи пара и воды удобрения смешиваются, однородный продукт поступает гранулятор, где образуются гранулы. Эти гранулы потом сушат в сушильном барабане и готовое удобрение можно направлять потребителю.

Калийные удобрения в России производят на ОАО «Сильвинит», ОАО «Уралкалий» и на других предприятих.

Важным калийным удобрением является также зола дров, соломы, стеблей растений.

Особенно много калия содержится в золе ботвы картофеля, томатов, стеблей подсолнечника. В золе калий содержится в виде карбоната калия, или поташа. Это вещество хорошо растворимо в воде и легко усваивается растениями. Кроме того, в золе содержатся фосфор, калий, железо, медь, бор и другие элементы, необходимые для развития растений. Например, потребность большинства растений в боре удовлетворяется при внесении древесной золя массой семьдесят грамм на один метр квадратный поверхности почвы.

Таким образом, удобрения – это вещества, которые вносятся в почву и повышают урожайность растений. Минеральные удобрения подразделяются на азотные, фосфорные, калийные и комплексные.