2011

Введение

 

    Для нормального роста и развития растений необходимо обеспечение их достаточным количеством питательных  веществ. Основными питательными веществами для растений являются азот, фосфор, кальций, калий, магний, сера и железо. Удобрения, содержащие эти элементы, являются основными минеральными удобрения  в сельском хозяйстве.

    Российская  промышленность производит практически  все виды традиционных минеральных  удобрений, пользующиеся спросом как  на внутреннем, так и на внешнем  рынках. Значительную долю в производстве удобрений занимают сложные минеральные  удобрения (такие, как аммофос, диаммофос, азофоска и т.п.), отличающиеся от одинарных  тем, что содержат два или три  питательных вещества. Преимущество сложных удобрений заключается  в том, что их состав может меняться в зависимости от требований рынка.

    В Советском Союзе химизация была одним из главных направлений развития сельского хозяйства. К концу 1970-х гг. XX века в стране была создана передовая агрохимическая промышленность. В то время СССР находился на первом месте в мире по производству и потреблению удобрений. Но в начале 90-х гг. приток государственных средств в отрасль значительно сократился. Традиционные для АПК связи были разорваны, и большая часть хозяйств быстро пришла в упадок. В итоге по уровню использования удобрений Россия скатилась до показателей самых отсталых стран мира, а три четверти отечественных сельхозпредприятий вообще перестали их использовать. По мнению аналитиков, росту потребления удобрений в России препятствуют плохое финансовое состояние сельхозпредприятий, диспаритет цен и несовершенство аграрного законодательства. Из-за недополученного урожая Россия ежегодно теряет $15-20 млрд, что на порядок больше, чем зарабатывает страна на экспорте удобрений [1].

    Фосфатами аммония обычно называют соли ортофосфорной  кислоты — моноаммонийфосфат  NH₄H₂PO₄, диаммонийфосфат (NH₄)₂HPO₄ и триаммонийфосфат (NH₄)₃PO₄. Наиболее устойчивым соединением является моноаммонийфосфат, при нагревании которого до 100÷110°С не наблюдается потерь аммиака. Диаммонийфосфат при 70°С теряет аммиак и переходит в моноаммонийфосфат.

    Фосфаты аммония применяют также в  пищевой и фармацевтической промышленности; их используют и в качестве антипиренов  — для пропитки тканей, дерева и  строительных материалов с целью  придания им огнестойкости. 

Характеристика  химического продукта

 

    Аммофос и диаммофос — двойные азотно-фосфорные удобрения, получаемые нейтрализацией фосфорной кислоты аммиаком. Аммофос в качестве основного вещества содержит моноаммонийфосфат NH₄H₂PO₄ и 10% диаммонийфосфата (NH₄)₂HPO₄; диаммофос в основном состоит из диаммонийфосфата. В качестве примесей технические продукты содержат сульфат аммония, фосфаты железа, алюминия, магния и др., причем состав и количество примесей зависят от степени загрязнения исходной фосфорной кислоты.

    При последовательной нейтрализации ортофосфорной  кислоты аммиаком образуются моноаммоний-, дйаммоний- и триаммонийфосфаты (свойства фосфатов аммония приведены в таблице 1).

    Моноаммонийфосфат — устойчивая негигроскопическая соль; ее температура плавления 190,5°С, хорошо растворима в воде.

    Диаммонийфосфат термически мало устойчив, при нагревании до 70°С легко разлагается; хорошо растворяется в воде и частично гидролизуется.

    Триаммонийфосфат  неустойчив, разлагается при температуре 30÷40°С с выделением аммиака, поэтому в качестве удобрения применяться не может. 

    Таблица 1

Свойства  фосфатов аммония

    

 

    

    Таблица 2

    Требования  к качеству аммофоса

 

    Аммофос (рис.1) является самым распространенным сложным удобрением. Это объясняется его высокой агрохимической эффективностью и хорошей совместимостью с другими удобрениями, что позволяет на основе аммофоса получать смешанные удобрения с любым заданным соотношением питательных веществ. Кроме того, для производства аммофоса можно использовать бедные фосфоритные руды (24÷26% Р₂О₅). В Советском Союзе аммофос получали из фосфорной кислоты на основе апатитового концентрата (марка А) и на основе фосфоритов (марка Б). Технические требования на аммофос гранулированный, согласно ГОСТ 18918—79, приведены в табл. 2.

     Аммофос является физиологически кислым удобрением, поскольку входящие в  его состав ионы NH⁴⁺ нитрифицируются в почве и подкисляют ее. Он эффективен на любых почвах, но особенно на черноземных и каштановых. Применяют аммофос для основного внесения под технические культуры. Как водорастворимое удобрение аммофос пригоден для подкормки овощных, плодовых и зерновых культур. Однако для непосредственного внесения используется только часть аммофоса, основная его масса идет на приготовление уравновешенных смешанных удобрений. 

Методы  получения

 

    Принципиальная  схема получения фосфатов аммония  представлена на рис.2. Упарка пульпы и сушка готового продукта не являются обязательными стадиями процесса. Указанная схема включает производство аммофоса с конечным значением мольного отношения NН₃:Н₃РО₄≈1,0 [2].

    В производстве аммофоса и диаммофоса протекают следующие основные реакции: 

               

               

    Моноаммонийфосфат получают при мольном отношении  , диаммонийфосфат — при отношении, равном 2. В процессе производства аммофоса аммиак берут с небольшим избытком (отношение 1,1), поэтому в состав готового продукта входит до 10% диаммонийфосфата.

    На  технологический процесс получения  фосфатов аммония оказывают влияние  примеси, присутствующие в фосфорной  кислоте, ее концентрация, температура, давление и другие факторы.

    Образующаяся  при нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты аммофосная пульпа представляет собой сложную-солевую  систему. Кроме фосфатов, в ее состав входят сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, фосфаты кальция, магния, алюминия и железа в виде СаНРО₄·2Н₂О, MgHPO₄·3H₂O, A1PO₄·2H₂O, FePO₄·2H₂O, кремнефторид аммония (NH₄)₂SiF₆ и комплексные соединения типа Fe₃NH₄H₆(PO₄)₆·6H₂O, (Fe,A1)NH₄H₂(PO₄)₂·0,5Н₂О, Fe(NH₄)₂H₂F(PO₄)₂·H₂O. Дикальций и димагний-фосфаты цитратнорастворимы и полностью усваиваются растениями. Средние фосфаты железа и алюминия растворимы в 2%-ной лимонной кислоте и усваиваются растениями на 40÷50%. Комплексные соединения нерастворимы, и их присутствие снижает содержание усвояемого Р₂О₅ в аммофосе.

    Образование комплексных соединений происходит при низких значениях рН. Поэтому, чтобы избежать образования неусвояемых  солей в аммофосе, процесс нейтрализации  фосфорной кислоты необходимо вести  при рН>3. Так, при нейтрализации  сравнительно чистой фосфорной кислоты из апатитового концентрата рН в пульпе поддерживают не выше 4.5, для загрязненной примесями фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау — в пределах 5,0÷5,5.

    Практический  режим нейтрализации должен быть таким, чтобы образующаяся в смесителях (нейтрализаторах) пульпа обладала достаточной подвижностью. Вязкая пульпа трудно перекачивается насосами и плохо поглощает аммиак. Вязкость аммофосной пульпы зависит, прежде всего, от концентрации исходной фосфорной кислоты, а также от растворимости фосфатов аммония, температуры и других факторов. Графический анализ процесса нейтрализации в системе NH₃—Н₃РО₄—Н₂О позволяет подобрать оптимальный режим процесса, при котором образуется текучая пульпа с небольшим содержанием твердой фазы.

    При получении аммофоса из разбавленной фосфорной кислоты концентрацией 30% Р₂О₅ (41,4% Н₃РО₄) процесс нейтрализации до мольного отношения NH₃:Н₃РО₄ = 1 можно полностью проводить в смесителях. В этом случае состав нейтрализованной пульпы соответствует области ненасыщенных растворов и пульпа обладает высокой подвижностью.

    При нейтрализации концентрированной  фосфорной кислоты, содержащей 54% Р₂О₅ (74,5% Н₃РО₄) до мольного отношения NH₃:H₃PO₄=1 в производстве аммофоса получают густую малоподвижную пульпу. Растворимость фосфатов аммония, образующихся при нейтрализации в этих условиях, наименьшая, поэтому нейтрализацию концентрированной фосфорной кислоты в производстве фосфатов аммония ведут в две ступени. Первую ступень при получении аммофоса осуществляют в смесителях до мольного отношения NH₃:Н₃РО₄=0,5—0,6.

    Вторую  ступень нейтрализации проводят в барабанах одновременно с грануляцией  продукта. Температурный режим в  нейтрализаторах поддерживается за счет тепла реакции нейтрализации  в пределах 80÷125°С в зависимости от концентрации применяемой фосфорной кислоты. Более высокая температура приводит к разложению продуктов и потерям аммиака. За счет тепла реакции нейтрализации часть воды из пульпы испаряется.