Фосфорные удобрения

Фосфор необходим растениям для синтеза белков клеточных ядер — нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органических соединений. Он накапливается в растениях в довольно больших количествах. Растения как объекты питания обеспечивают фосфором организмы животных, а также человека. В табл. 2 приведено содержание фосфора Р в продуктах питания растительного и животного происхождения.

Таблица 2

Природа создала много кладовых фосфорного сырья, в том числе и в нашей стране. Эти кладовые состоят из апатитов и фосфоритов. В группе минералов под общим названием апатиты наиболее распространены фосфаты состава Са₅Х(РО₄)₃, где Х = F^-, Cl^-, ОН^-. Соответствующие минералы называют фторапатитом, хлорапатитом, гидроксидапатитом. Наиболее распространен фторапатит. Апатиты входят в состав изверженных магматических пород. Осадочные породы, в которых содержится апатит с включениями частичек посторонних минералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами.

В далекие геологические эпохи фосфориты образовались путем минерализации скелетов животных (кости, как известно, состоят в основном из фосфата кальция) или осаждением из воды фосфатных ионов ионами кальция. В природе встречаются аморфные и кристаллические фосфориты. Первые легче поддаются химическому и микробиологическому разложению. Поэтому на некоторых почвах измельченные фосфориты (фосфоритная мука) использовались в качестве удобрений без заводской химической переработки. Для этой же цели применяется костяная мука, которую получают размалыванием обезжиренных костей. Минеральная часть костной ткани состоит из гидроксидапатита Са₅ОН(РО₄)₃. Следует отметить, что люди применяли кости для удобрения полей с древнейших времен. Теперь мы знаем, что особенно большой эффект костяная мука дает на кислых почвах.

В прошлом на Руси были весьма популярны суточные (томленые) щи. Они вкусны и весьма полезны. Основными компонентами суточных щей являются мясо с костями и квашеная капуста. Горшок со сваренными щами помещали в хорошо прогретую русскую печь, которая удерживала тепло целые сутки. Молочная и другие органические кислоты квашеной капусты способствовали расщеплению белков и растворению минеральной части костей. Для этого требовалось время и повышенная температура. Немногие оставшиеся свидетели вспоминают, что косточки в суточных щах были настолько мягкими, что могли быть пережеваны. По существу, процесс взаимодействия гидроксидапатита костей с кислотами напоминает переработку фосфоритов и апатитов в суперфосфат. Из малорастворимых фосфатных соединений под действием кислот получаются более растворимые кислые фосфаты кальция. Эти же химические превращения происходят при внесении костяной муки в кислые почвы.

Фосфориты и особенно апатиты, основой которых является средняя соль Са₃(РО₄)₂, малорастворимы в воде. Поэтому растениям трудно извлекать из них фосфор. Кислая соль СаНРО₄ растворима лучше и ее растворимость увеличивается в присутствии органических кислот, встречающихся в почвах. Однозамещенная соль Са(H₂PO₄)₂растворима в воде относительно хорошо. Таким образом, химики могут помочь растениям в усвоении фосфора переводом средней соли Са₃(РО₄)₂ в кислые СаНРО₄ или Са(H₂PO₄)₂. С точки зрения различной растворимости среднего и кислых фосфатов понятно, почему фосфоритная мука дает наилучшие результаты на кислых (подзолистых и торфяных) почвах. Понятно и то, что перед употреблением фосфоритной муки не рекомендуется известковать почву, так как это приводит к понижению ее кислотности.

Химическая сущность производства наиболее дешевого фосфорного удобрения — суперфосфата — сводится к обработке фторапатита серной кислотой:

Недостатком суперфосфата является низкое содержание в нем фосфора. Сульфат кальция (гипс) можно рассматривать лишь как транспортный балласт. Правда, для подзолистых и супесчаных почв, в которых содержится мало серы, сульфат кальция оказывается полезным для некоторых растений, потребляющих много серы — бобовые, крестоцветные и др. Однако для большинства растений гипс практически бесполезен.

Для получения удобрения с более высоким содержанием фосфора проводят процесс в две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту:

2Ca₅F(PO₄)₃ + 10H₂SO₄ = 6H₃PO₄ + 10CaSO₄ + 2HF

Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на новую порцию сырья:

Ca₅(РO₄)₃ + 7H₃PO₄ + 5H₂O = 5Ca(H₂PO₄)₂ • Н₂О+ HF

Образующийся продукт называют двойным суперфосфатом потому, что в отличие от простого суперфосфата он содержит примерно вдвое больше питательного вещества. Для устранения слеживаемости и обеспечения хорошей рассеиваемости суперфосфат гранулируют.

Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком (суспензией гашеной извести):

H₃PO₄ + Са(ОН)₂ = CaHPO₄ • 2Н₂O

Полученный таким образом продукт называют преципитатом. Он обладает хорошими физическими свойствами, не слеживается, хорошо рассеивается.

При внесении в почву суперфосфаты взаимодействуют с гидрокарбонатом кальция и в сравнительно короткий срок превращаются в соответствии с уравнением

Ca(H₂PO₄)₂ + Ca(HCO₃)₂ = 2СаНРO₄ + 2СO₂ + 2Н₂О

При большом содержании карбонатов, т. е. при низкой кислотности почв, превращение может пойти дальше:

Ca(H₂PO₄)₂ + 2СаСО₃ = Ca₃(PO₄)₂ + 2СO₂ + 2Н₂O

В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂, который малодоступен для питания растений.

Таким образом, для эффективного использования удобрений нужно знать и регулировать кислотность почв. Наличие в почве в больших количествах соединений железа (III) и алюминия (III) также снижает эффективность фосфорных удобрений, так как данные ионы образуют с фосфатными ионами малорастворимые соли.

“Химия вокруг нас” Ю.Н.Кукушкин

Обсудить на форуме