Азотные удобрения

Азотные удобрения в большинстве случаев получают искусственным путем; их синтезируют из азотной или серной кислоты, аммиаки, дву­окиси углерода, гидрата окиси кальция и т. д. Все азотные удобрения хорошо растворяются в воде и усваиваются растениями.

Азотные удобрения подразделяются на аммиачные, нитратные, аммиачно-нитратные и амидные. Аммиачные удобрения содержат азот в форме катиона NH₄+ (сульфат аммония (NH₄)₂SO₄), нитратные — в форме аниона NO₃- (нитрат кальция Са (NO₃)₂ или нитрат натрия NaNO₃), аммиачно-нитратные — в форме катиона NH₄+ и аниона NO₃- (нитрат аммония, или аммиачная селитра NH₄NO₃), амидные — в фор­ме группы NH₂ (карбамид CO(NH₂)₂).

Промышленность выпускает следующие основные виды азотных удобрений: сульфат аммония, нитрат натрия, аммиачную селитру и карбамид, или мочевину.

Сульфат аммония — белый кристаллический продукт. Получают его в результате нейтрализации серной кислоты газообразным аммиа­ком:

H₂S0₄ + 2NH₃ = (NH₄)2S0₄

Для производства сульфата аммония используют башенную серную кислоту и аммиак, содержащийся в коксовом газе, получаемом при коксовании углей.

Сульфат аммония — неконцентрированное азотное удобрение, в нем содержится всего 20—21 % азота. Кроме того, недостаток сульфа­та аммония заключается в том, что при внесении его в почву присут­ствующий в нем ион S0₄ ^2- подкисляет почву. Однако сульфат аммония имеет преимущества перед другими удобрениями — он не слеживается при хранении, не впитывает влагу, не огнеопасен.

Нитрат натрия, или чилийская селитра. Нитрат натрия также относится к неконцентрированным удобрениям — содержание азота в нем составляет около 16%. Нитрат натрия производят из раствора соды или едкого натра и окислов азота, содержащихся в отходящих газах азотнокислотных установок. Таким образом, это удоб­рение получают из отходов производства азотной кислоты и потому, несмотря на низкую концентрацию в нем азота, представляется целе­сообразным его производство. При этом одновременно решаются две задачи: во-первых, получение удобрения и, во-вторых, обезврежива­ние газов, удаляемых в атмосферу на азотно-туковых комбинатах.

Производство аммиачной селитры. Нитрат аммония, или аммиачная селитра — концентрированное азотное удобре­ние, содержащее около 35% азота. Это наиболее распространенное азотное удобрение в РФ, используемое практически на любых поч­вах и под любые культуры. Помимо сельского хозяйства, аммиачную селитру применяют для производства некоторых взрывчатых веществ.

Наряду с достоинствами аммиачная селитра как удобрение обла­дает существенными недостатками. При хранении и транспортировке она распыляется на воздухе или слеживается в крупные агрегаты. В результате вместо рассыпчатого продукта, который легко вносится в почву, получаются крупные куски или блоки селитры, требующие специального измельчения. Взрывчатость и огнеопасность амми­ачной селитры усложняют ее производство и применение.

Получают аммиачную селитру из аммиака и азотной кислоты по реакции

NH₃ + HNО₃ = NH₄N0₃,

которая протекает с интенсивным выделением тепла.

Для производства аммиачной селитры используется обычно синте­тический аммиак и слабая (50 — 55%-ная) азотная кислота.

Схема ап­парата ИТН: 1-корпус аппарата, 2-внутренний цилиндр, 3-кольцевое пространство, 4-труба	Схема грануляционной башни: 1-вращающаяся корзина, 2-грануляционная башня, 3-транспортер

При нейтрализации слабой азотной кислоты аммиаком получается раствор, содер­жащий около 50% нитрата аммония. За счет выделяющегося при реак­ции нейтрализации тепла из этого раствора испаряется вода и в резуль­тате получается более концентрированный — 80%-ный раствор амми­ачной селитры. Использование тепла нейтрализации в производстве аммиачной селитры представляет известные трудности. Чтобы реали­зовать это тепло, устанавливают специальные аппараты — нейтра­лизаторы ИТН (аппараты с использованием тепла нейтрализации). Аппарат ИТН представляет собой сосуд 1 из нержа­веющей стали, внутри которого располагается второй сосуд 2. В ци­линдр 2 непрерывно вводится азотная кислота и аммиак, и в нем проте­кает реакция нейтрализации. Раствор аммиачной селитры, получаемый в цилиндре 2, поступает в кольцевое пространство 3 между внешним и внутренним цилиндрами аппарата ИТН. Тепло, образующееся в цилиндре 2 при реакции нейтрализации, через стенки цилиндра передается раствору, находящемуся в кольцевом простран­стве, и этот раствор упаривается. Пары воды выводятся из кольцевого пространства 3 сверху. Упаренный раствор селитры удаляется из аппарата через трубки 4, затем к нему добавляют дополнительное коли­чество аммиака для полной нейтрализации, и он выпаривается до получения горячего плава аммиачной селитры, содержащего 98—99% NH₄NO₃. При охлаждении плава могут быть получены кристаллы ам­миачной селитры.

Для уменьшения слеживаемости аммиачную селитру «припудри­вают» тонкоизмельченным известняком, фосфоритной мукой, гипсом, каолином. Эти добавки как бы прослаивают кристаллы селитры и пре­дотвращают их сцепление.

Наиболее эффективный способ улучшения свойств аммиачной селитры — ее гранулирование, т. е. получение селитры в виде шари­ков диаметром 2—3 мм. Гранулирование аммиачной селитры осу­ществляется в полых железобетонных грануляционных башнях вы­сотой 30—35 м. Сверху башни находится дырчатая, враща­ющаяся корзина 1, в которую подается горячий плав аммиачной се­литры. При вращении корзины плав разбрызгивается через отвер­стия корзины, а снизу навстречу ему движется холодный воздух. Капли падающего плава застывают при соприкосновении с холод­ным воздухом и падают в виде гранул на транспортер 3, переда­ющий продукт на сушку и упаковку.

Производство карбамида (мочевины). Карбамид, или мочевина, (NH₂)₂СО— наиболее ценное азотное удобрение, которое содержит около 46% азота, а также углерод, легко усвояемые растениями. Мочевина более эффективна, чем аммиачная селитра, еще и потому, что при внесении азота в почву в виде мочевины прирост урожая будет выше, чем при внесении того же количества азота в виде аммиачной селитры. Карбамид — не только удобрение, его также применяют в животноводстве в качестве добавки к кормам.

Помимо сельского хозяйства, карбамид широко используют для производства пластических масс — из него вырабатывают мочевино-формальдегидные, или карбамидные, смолы, а также лаки, отличаю­щиеся прочностью, тепло- и светостойкостью, и клеи, нечувствитель­ные к влаге. В фармацевтической промышленности на основе карбамида получают болеутоляющие и снотворные средства.

Карбамид получают из жидкого аммиака и газообразной углекис­лоты. Процесс получения карбамида весьма сложен. Для того чтобы прошла реакция

NH₃ + C0₂ = (NH₂)₂CO+H₂0

фосфорную кислоту и растворенный Ca(NO₃)₂, подвергают аммонизации. Процесс аммонизации протекает по реакции

Са(NO₃)₂ + 2Н₃Р0₄ + 3NH₃ + Н₂О = СаНРО₄ + NH₄H₂P0₄ + 2NH₄N0₃.

Полученную таким образом пульпу упаривают, добавляют к ней КСl и гранулируют.

Производство смешанных удобрений. Процесс заключается в сме­шении простых удобрений или простых и сложных удобрений. Для производства смесей используют NaNO₃, (NH₄)₂SO₄, мочевину, ам­монизированный суперфосфат и NH₄NO₃. Чтобы смешанное удобре­ние было высокого качества, вводимые в смесь компоненты должны быть сухими, иметь близкую по величине плотность, примерно оди­наковый размер частиц, при смешении компонентов не должно про­исходить химических реакций, приводящих к потере питательных элементов.

В смешанных удобрениях по сравнению со сложными соотношения между питательными элементами могут быть значительно более раз­нообразными.

Контрольные вопросы к теме VIII

«Технология минеральных удобрений»

1. Перечислите основные элементы, входящие в состав растительных

тканей и укажите их роль для жизнедеятельности растений.

2. Чем вызвана необходимость введения в почву минеральных удобрений (МУ) на современном этапе земледелия?

3. Приведите классификацию современных минеральных удобрений

4. Какие существуют способы выражения содержания питательных веществ в минеральных удобрениях?

5. Укажите основные типовые процессы солевой технологии, используемые в производстве минеральных удобрений и приведите примеры.

6. Чем отличается физическое растворение от химического? Политермическая кристаллизация от изотермической? Приведите примеры.

Дата добавления: 2014-01-04