Нерастворимые фосфаты

Фосфоритная мука - самое дешевое из всех фосфорных удобрений. По объему производства и применения она занимает второе место после суперфосфата. Приготовление фосфоритной муки весьма просто. Фосфорит освобождается от посторонней примеси (гипса, песка и др.), затем дробится и размалывается до состояния тонкой муки (80% муки должно проходить через сито с диаметром 0,17 мм). Выпускается фосфоритная мука со следующим содержанием Р₂О₅ (%): высший сорт - 25; первый сорт - 22, второй сорт - 19. Как правило, для производства фосфоритной муки используются низкопроцентные фосфориты, малопригодные для химической переработки.

Усвоение фосфорной кислоты из фосфоритной муки зависит от кислотности почвы (актуальной, обменной и гидролитической), тонины помола, сопутствующих удобрений, особенностей некоторых растений лучше усваивать фосфорную кислоту из труднодоступных соединений. Процесс разложения фосфоритной муки можно представить уравнением

Са₃(РО₄)₂ + 2Н₂СО₃ = 2СаНРО₄ + Са(НСО₃)₂,

[ППК]2Н⁺ + Са(НСО₃)₂ → [ППК]Са²⁺ + 2Н₂СО₃

Фосфоритная мука получила в нашей стране широкое распространение. Серьезным недостатком фосфоритной муки является то, что она сильно пылит. Для преодоления этого неблагоприятного физического свойства фосфоритную муку смешивают с хлористым аммонием, что исключает пылеватость удобрения и повышает содержание лимонно-растворимого фосфора в 1,5 раза. Соотношение N:Р₂О₅ = 1:1; содержание каждого питательного элемента по 14%; с расплавленным дисульфатом калия при 205-210°С в течение 50-60 мин. в шнековом смесителе: пылеватость исчезает, Р₂О₅~16% (в том числе 70% лимонно-растворимой), К₂О - до 17%.

Вивианит (болотная руда) Fe₃(PО₄)₂∙8H₂О (28% Р₂О₅) - фосфорнокислая закисная соль железа. Встречается под слоем торфа в виде белесой массы. Это удобрение является хорошим источником фосфора для культур на дерново-подзолистых, серых лесных почвах и выщелоченных черноземах. Вивианит легко разрыхляется при высыхании и неплохо рассеивается.

Фосфорные удобрения различаются по химическому составу, содержанию в них фосфорной кислоты, растворимости и доступности их растениям. Эффективность их зависит от свойств удобрений, зональных особенностей почв, а также от агрохимических методов оптимизации применения фосфорных удобрений.

Особенности применения фосфорных удобрений с учетом растворимости фосфорного соединения заключаются в следующем:

- фосфаты, растворимые в воде, можно применять на всех почвах, под все культуры и в разных приемах;

- эффективность фосфатов, растворимых в слабых кислотах, зависит от почв - на кислых почвах действие их может быть сильнее (томасшлак, термофосфаты), чем суперфосфатов;

- труднорастворимые удобрения эффективны на кислых почвах Нечерноземной зоны и на северных черноземах (выщелоченных, деградированных). Однако на всех почвах более устойчивое положительное действие на урожай растений оказывают суперфосфат и преципитат.

В зависимости от свойств почв труднорастворимые фосфаты лучше вносить под зябь, чтобы удобрения смешивались с большим объемом почвы, а легкорастворимые должны иметь меньший контакт с почвенными частицами в целях меньшего поглощения и закрепления фосфорной кислоты удобрения почвой (т.е. последнее лучше вносить в рядки, лунки, борозды).

Эффект действия фосфорных удобрений обусловливается способностью отдельных растений усваивать фосфорную кислоту из труднорастворимых соединений. Растения нуждаются в фосфоре с начального периода своей жизни, так как они не только увеличивают урожай, но и улучшают его качество (сахаристость свеклы, крахмалистость картофеля и т.д.), повышают зимостойкость озимых культур, ускоряют созревание.

КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ

Удобрения, содержащие калий, производят из природных солей. Значительные залежи калийных солей имеются в России, Канаде, Германии, Франции, США, Испании и других странах.

Соликамское месторождение расположено по западному склону северной части Уральского хребта вблизи городов Соликамск и Березники. Калийные соли залегают под толщей наносных пород. Верхняя часть пласта представлена карналлитом КС1∙MgCl₂∙6Н₂О с примесью NaCl, CaSО₄∙2Н₂О, глины и других, содержащим до 17% К₂0. Карналлит имеет пеструю окраску от сочетания желтого, оранжевого, бурого и красного цветов, обусловленных примесью тонкодисперсных частиц железного блеска (Fe₂О₃). Ниже карналлита залегает мощный пласт сильвинита (mKCl + nNaCl) (m и n - числа непостоянные). Этот пестроокрашенный минерал, содержащий 10-25% К₂О, является основным сырьем для получения хлористого калия.

Заволжское месторождение в России отличается содержанием преимущественно более ценных сернокислых солей. Основные минералы: полигалит, каинит, глазерит (3K₂SО₄-NaSО₄) и др. Главные пункты залегания этих солей находятся в Саратовской и Оренбургской областях, а также в Башкирии.

Большие месторождения калийных солей имеются на Украине в Ивано-Франковской и Львовской областях. В минералах этих месторождений преобладают лангбейнит (K₂SО₄∙2MgSО₄), каинит (КCl∙MgSО₄∙3Н₂О), полигалит (K₂SО₄∙MgSО₄∙2CaSО₄∙2H₂О), шенит (K₂SО₄∙MgSО₄∙6Н₂О). Это сырье перерабатывают на Стебниковском и Калушском комбинатах. В отличие от Соликамского месторождения здесь к солям примешано до 30% ила.

Белорусские залежи калийных солей (в Полесье), которые, по-видимому, являются продолжением прикарпатских месторождений, представлены сильвинитом, карналлитом и галитом. На базе белорусских залежей калийных солей близ г. Солигорска действуют шахты и калийные комбинаты.

Жилянское месторождение в Актюбинской области (Казахстан) представлено в основном полигалитом. Присутствуют также карналлит, сильвинит, глазерит и др. Природная полигалитовая соль является хорошим сырьем для производства сульфата калия, сернокислых калийно-магниевых солей и комплексных минеральных удобрений. После размола она может быть использована как сульфатная форма калийно-магниевого удобрения (13-15% К₂О, 6-7% MgO).

Как удобрение могут быть использованы и другие минералы, содержащие калий. К ним можно отнести алюмосиликат калия и натрия - нефелин (Na, K)₂О∙А1₂О₃∙2SiО₂, спутник апатита в Хибинском месторождении. Содержание калия в нем составляет 5-6%. Он нерастворим в воде, но в кислых почвах происходит частичное обменное разложение нефелина. В нем содержится также 10-13% Na₂0 и 8-10% СаО, поэтому на кислых почвах он может оказывать и нейтрализующее действие. Используют его только как местное удобрение на кислых, торфяных почвах.

Кроме этого, при производстве алюминия из нефелина в отход поступает карбонат калия, содержащий 63-67% К₂О. Это весьма ценное калийное удобрение, особенно для культур, чувствительных к хлору.

Калийные удобрения можно подразделить на сырые калийные соли и концентрированные калийные удобрения.

Сырые калийные соли (сильвинит, каинит) получают путем механической переработки природных калийных солей, которая сводится к дроблению и размолу соли и производится в непосредственной близости к источникам добычи. Обычно для этой цели используются наиболее концентрированные пласты месторождения. Менее же концентрированные идут на переработку. Первое время для удобрения больше использовались сырые калийные соли, а затем они стали вытесняться концентрированными удобрениями. Причина этого в том, что они содержат много балласта, который удорожает расходы на транспорт и внесение этого удобрения. Из сырых калийных солей наиболее распространены следующие.

Сильвинит (КС1+NaCl) содержит 12-18% К₂О и 35-40% Na₂О. Стандарт - 15% К₂О. Он гигроскопичен, при хранении слеживается, мало транспортабелен. Для предотвращения этого рекомендуется тщательное его перелопачивание.

Каинит (КCl∙MgSО₄∙3H₂О) с механической примесью каменной соли (NaCl), CaSО₄, MgSО₄ и др. Содержание К₂О около 10-12%. Представляет собой размолотую каинито-лангбейнитовую породу. Хорошее удобрение для сахарной свеклы на черноземах. Смешивая каинит и хлористый калий, получают калийную соль (30-40% К₂0).

Вследствие малой транспортабельности сырые калийные соли используются лишь в районах их добычи и в ограниченных размерах. Основная их часть используется для получения высококонцентрированных калийных удобрений.

Хлористый калий (КС1-63,2% К₂О) – основное калийное удобрение в России. Представляет собой белый мелкокристаллический продукт, имеет незначительную гигроскопичность, часто слеживается. В технических сортах, идущих на удобрение, содержится 50-60% К₂О.

Хлористый калий получают из природных калийных солей различными методами:

- основан на различной растворимости хлористого калия и других компонентов сырых калийных солей. Размолотый сильвинит растворяется при температуре 110°С в так называемом растворительном щелоке, представляющем собой насыщенный раствор NaCl. В этом щелоке будет растворяться только КС1 сильвинита, a NaCl остается нерастворимым и выпадает в осадок. Кристаллический осадок КС1 содержит 56,9-61,9% К₂О;

- технологические способы производства хлористого калия: 1) принцип флотации - способ разделения мелких твердых частиц различных веществ, основанный на различии в их смачивании, разделяются минералы сильвин (КС1) и галит (NaCl); в водный раствор тонко измельченной руды при взмучивании добавляют реагент-собиратель, который адсорбируется на поверхности кристалликов хлористого калия, при пропускании через пульпу воздуха сильвин вместе с пузырьками воздуха всплывает на поверхность, концентрат КС1 в виде пены обезвоживается, сушится и получается высококонцентрированное калийное удобрение; 2) метод извлечения хлористого калия, основанный на различной плотности компонентов и использованием центробежной силы аппарата гидроциклон.

Необходимо значительное расширение производства крупнокристаллического и гранулированного калия, так как мелкокристаллический калий имеет неудовлетворительные физические свойства, из него нельзя приготовить высококачественную тукосмесь с гранулированным суперфосфатом и гранулированной аммиачной селитрой. Внесение такой тукосмеси центробежными разбрасывателями приводит к расслоению (сегрегации) удобрений, следовательно, и неравномерному их внесению. Крупнокристаллический калий меньше поглощается почвой (как и гранулированный суперфосфат) и более длительное время находится в доступном для растений состоянии. При внесении хлористого калия в крупных кристаллах необменное поглощение калия почвой снижается на 30% и больше вследствие меньшего контакта его с почвой, поэтому его использование большее эффективно.

Калийная соль (41-44% К₂О) получается путем смешивания хлористого калия с сырыми калийными солями, чаще с тонко размолотым сильвинитом, а иногда и каинитом. Смешанные калийные соли - наиболее подходящее удобрение для свеклы, овощных культур семейства крестоцветных (брюквы, капусты, редиса, турнепса), моркови и других растений, отзывающихся на натрий, магний (на легких почвах) и другие элементы. По внешнему виду калийная соль - мелкие пестроокрашенные кристаллы. По техническим требованиям содержит не менее 40% К₂О. Выпускается и 30%-я калийная соль - смесь сильвинита с каинитом.

Сульфат калия-магния (шенит) - калимагнезия- двойная соль сернокислого калия и магния (K₂SО₄∙MgSО₄) содержит 26-28% К₂О. Получают из каинито-лангбейнитовой породы; используется под картофель, особенно на легких почвах.

Калимаг(16-19% К₂О) производится из лангбейнита (K₂SО₄∙2MgSО₄) после размалывания минерала и удаления из него NaCl выщелачиванием. Примерный химический состав этого удобрения: K₂SО₄- 39%, MgSО₄- 55, NaCl - 1, нерастворимого остатка - 5%.

Сульфат калия (K₂SО₄) содержит 45-52% К₂О. Производится методами обменного разложения КС1 и MgSО₄ и термического восстановления. Сульфат калия производится путем переработки лангбейнитовой соли. Это удобрение обладает хорошими физическими свойствами, совершенно негигроскопично и не слеживается. Оно особенно ценно для культур, чувствительных к хлору (картофеля, табака).

Калий-электролит(39-42% К₂О) представляет собой смесь КС1 и хлоридов натрия и магния. Отход, получающийся при производстве магния из карналлита, выпускается в Соликамске.

Калийсодержащая цементная пыль(14-35% К₂О) - отход производства цемента, содержащий карбонат (К₂СО₃), бикарбонат (КНСО₃) и сульфат калия (K₂SО₄). В ней содержатся также СаСО₃, MgO (3-4%), кремнекислота, полуторные окислы и некоторые микроэлементы. Отсутствие хлора в цементной пыли позволяет с успехом применять ее под культуры, чувствительные к нему (картофель, гречиху, виноград, табак, цитрусовые и др.). Она хорошо растворима в воде и вполне доступна растениям. Однако содержащийся в ней К₂СО₃ обладает высокой гигроскопичностью и расплывается на воздухе. Цементную пыль можно использовать для приготовления фосфата калия, а также гранулировать.

Зола используется как местное калийно-фосфатно-известковое удобрение. Хорошее удобрение для всех культур, а для чувствительных к хлору она лучше соликамских калийных удобрений. Калий в золе содержится в виде К₂СО₃ - поташа. Фосфор золы усваивается растениями не хуже, чем из преципитата и томасшлака и, в отличие от суперфосфата, не связывается в труднорастворимые фосфорные соединения. Наличие в золе извести устраняет отрицательное действие поташа на структуру почвы. В золе содержатся также и микроэлементы, количество калия, фосфора и кальция в ней зависит от почвенно-климатических условий, вида растения, его возраста и т.д. Доза золы под вспашку или культивацию в качестве удобрения 5-6 ц/га. Торфяную золу и отзол для нейтрализации кислотности вносят в количестве 1,5-3 т/га (лучше всего под вспашку).

Об обеспеченности сельскохозяйственных культур калием наиболее объективно можно судить по содержанию его в почве в обменной форме. Обеспеченность пахотных почв калием в нашей стране лучше, чем фосфором, однако более одной трети площадей имеют низкий и средний уровень его содержания и нуждаются во внесении калийных удобрений.

Эффективность калийных удобрений зависит от типа и гранулометрического состава почвы, наличия усвояемого калия в почве, потребности культуры в нем, следовательно, и насыщенности севооборота интенсивными культурами, количества атмосферных осадков и температуры, степени унавоженности почвы, от уровня применения азотно-фосфорных удобрений, способа заделки удобрения, формы калийного удобрения, применяемого под ту или иную культуру, и т.д. Высокоэффективны калийные удобрения на дерново-подзолистых почвах, красноземах, серых лесных почвах и северных черноземах. Особенно бедны обменным калием дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы, осушенные торфяники и торфяно-болотные почвы.

Основные пути повышения эффективности калийных удобрений [13], следующие:

- правильное их применение с учетом природно-экономических условий районов и обеспечения почвы подвижными формами калия;

- повышение уровня культуры земледелия, окультуренности почв, оптимальное насыщение почвы севооборотов другими видами удобрений, т.е. сбалансированное питание сельскохозяйственных культур калием в сочетании с другими питательными элементами;

- известкование кислых почв;

- внесение калия в севообороте, прежде всего, под культуры с высокой отзывчивостью на калий и окупаемостью калийных удобрений урожаем (картофель, сахарная свекла, овощи, кормовые корнеплоды, травы и др.);

- подбор форм калийных удобрений с учетом биологических требований сельскохозяйственных культур. Так, сернокислый и хлористый калий в равной степени влияют на повышение урожая большинства сельскохозяйственных культур - зерновых, льна, конопли, хлопчатника, чайного куста, овощей, трав, ранних, среднеранних и среднеспелых сортов картофеля. Бесхлорные формы калия способствуют повышению урожайности гречихи, проса и некоторых сортов табака, увеличению содержания сахара в ягодах отдельных сортов винограда, содержанию крахмала в клубнях поздних сортов картофеля и улучшению качества льноволокна;

- правильный подбор сроков и способов внесения удобрений. В большинстве зон страны эффективность калийных удобрений возрастает при внесении их осенью под зяблевую вспашку (кроме песчаных почв и заливаемых пойм). Этим достигаются равномерное распределение калия в пахотном слое почвы и вымывание хлора в нижележащие горизонты в осенне-зимний и весенний периоды;

- оптимизация доз калийных удобрений с учетом складывающихся и прогнозируемых метеорологических условий. При низкой температуре затрудняется поступление калия в растения. Калийные удобрения в большинстве случаев улучшают физические свойства зерна, особенно если избыточное количество осадков выпадает в июле, в период его налива и созревания (больше 80 мм), при недостатке калия в этот период формируется мелкое и щуплое зерно.

- полное обеспечение оптимальными дозами калия в сочетании с другими питательными элементами торфяных, как вновь осваиваемых, так и старопахотных, торфяно-болотных почв, которые очень бедны этим элементом (0,02-0,3 % валового содержания). В этих почвах калий весьма подвижен, не накапливается в пахотном слое и практически полностью используется растениями в первый год внесения. Действие удобрений возрастает при двойном регулировании (орошении и осушении) этих почв. Особенно эффективно применение удобрений на этих почвах под овощи и кормовые корнеплоды.