§ 40. Фосфорные удобрения

Сырьем для производства фосфорных удобрений, фосфора и всех фосфорных соединений служат апатитовые и фосфоритовые руды. В состав обоих видов сырья входит минерал фтор-апатит Ca₅(PО₄)₃F. Апатитовые руды вулканического происхождения, фосфориты же представляют собой морские осадки.

В дореволюционной России были известны и разрабатывались лишь маломощные месторождения фосфоритов низкого качества. Поэтому событием огромного народнохозяйственного значения было открытие в 20-х годах месторождения апатита на Кольском полуострове, в Хибинах. Здесь построена крупная обогатительная фабрика, которая разделяет добываемую горную породу на концентрат с высоким содержанием фосфора и примеси - "нефелиновые хвосты", используемые для производства алюминия, соды, поташа и цемента.

Мощные месторождения фосфоритов открыты в Южном Казахстане, в горах Кара-Тау.

Самое дешевое фосфорное удобрение - это тонко измельченный фосфорит - фосфоритная мука. Фосфор содержится в ней в виде нерастворимого в воде фосфата кальция. Поэтому фосфориты усваиваются не всеми растениями и не на всех почвах. Основная масса добываемых фосфорных руд перерабатывается химическими методами в вещества, доступные всем растениям на любой почве. Это воднорастворимые фосфаты кальция: дигидрофосфат кальция Са(Н₂РO₄)₂, входящий в состав суперфосфата, смесь NH₄H₂PO₄ и (NН₄)₂НРO₄ - аммофос, гидрофосфат кальция СаНРO₄ (преципитат), плохо растворимый в воде, но растворимый в слабых кислотах и др. Для производства растворимых фосфатов необходима фосфорная кислота. Как ее получить из природного сырья?

При взаимодействии фосфата кальция с серной кислотой образуются почти нерастворимый сульфат кальция и водный раствор фосфорной кислоты:

Продукты реакции разделяют посредством фильтрования. В этой реакции участвуют вещества: одно - в твердом, другое - в жидком состоянии. Поэтому для увеличения ее скорости сырье предварительно тонко измельчают и в ходе реакции перемешивают с серной кислотой. Реакция идет с выделением теплоты, за счет которой часть воды, поступающей с серной кислотой, испаряется.

Фосфорную кислоту получают в промышленности и другим способом. При взаимодействии природных фосфатов с углем при температуре около 1600°С получается фосфор в газообразном состоянии:

Эту реакцию проводят в электрических дуговых печах. Фосфор сжигают и получают фосфорную кислоту взаимодействием образующегося фосфорного ангидрида с водой.

По этому способу получается более чистая кислота, чем по первому. Она может быть получена и из низкокачественных фосфатов. Благодаря электрификации страны этот способ получил в последние годы широкое применение.

Действуя на измельченные природные фосфаты фосфорной кислотой, получают "фосфорное удобрение с довольно высоким содержанием Р₂О₅, так называемый двойной суперфосфат:

Взаимодействием фосфорной кислоты с аммиаком получают еще более ценное удобрение - аммофос, сложное удобрение, содержащее наряду с фосфором также и азот.

Двойной суперфосфат, и в особенности аммофос, находят в нашей стране наиболее широкое применение. Из других удобрений, получаемых на основе фосфорной кислоты, укажем на так называемый преципитат (в переводе с латинского "осадок"). Он получается при взаимодействии фосфорной кислоты с известняком:

Гидрофосфат кальция СаНРO₄, в отличие от дигидрофосфата, плохо растворим в воде, но растворим в слабых кислотах, а значит, и в кислых почвенных растворах и поэтому хорошо усваивается растениями.

Раньше в течение более 100 лет в качестве фосфорного удобрения применяли почти исключительно так называемый простой суперфосфат, который получается при действии серной кислоты на природный фосфат кальция без отделения фосфорной кислоты. Получается смесь дигидрофосфата кальция и сульфата кальция. Это удобрение с низким содержанием питательного вещества - до 20% Р₂О₅. Сейчас он еще производится на ранее построенных заводах, но по перспективному плану развития производства минеральных удобрений в нашей стране новых заводов простого суперфосфата не будут строить.

При производстве фосфорной кислоты (по одному из рассмотренных способов) и простого суперфосфата расходуются большие количества серной кислоты. Разработаны и получили применение на заводах способы получения фосфорных удобрений, не требующие, серной кислоты. Например, действуя на фосфатное сырье азотной кислотой, получают раствор, содержащий фосфорную кислоту и нитрат кальция. Раствор охлаждают и отделяют кристаллы нитрата кальция. Нейтрализуя раствор аммиаком, получают аммофос.

1. Каково содержание минерала фторапатита в хибинской апатитоне-фелиновой породе, если концентрат содержит 39,4% Р₂O₅ и если предположить, что фторапатит полностью выделен?
2. Почему тонкое измельчение фосфоритов повышает эффективность фосфоритной муки? Почему фосфоритную муку целесообразно вносить в почву до посева под зяблевую вспашку и хорошо перемешивать с почвой? Как объяснить, что действие фосфоритной муки наблюдается в течение нескольких лет?
3. Вычислите теоретическое содержание Р₂O₅ в простом и двойном суперфосфате.
4. Составьте уравнение реакции между средним фосфатом и азотной кислотой. Вычислите, сколько 50-процентного раствора азотной кислоты требуется согласно этому уравнению для взаимодействия с концентратом, содержащим 39,4% Р₂О₅.