Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур огромное значение имеет внесение в почву элементов, необходимых для роста и развития растений. Эти элементы вносятся в почву в виде органических (навоз, торф и др.) и минеральных (продукты химической переработки минерального сырья) удобрений. Производство последних является одной из важнейших отраслей химической промышленности, тесно связанной с производством серной кислоты и связанного азота.
Вырабатываемые химической промышленностью минеральные удобрения подразделяются на:
а) фосфорные (главным образом простой и двойной суперфосфаты и преципитат);
б) азотные (сульфат аммония, аммиачная селитра, кальциевая и натриевая селитры);
в) калийные (хлористый калий и смешанные калийные соли);
г) борные, магниевые и марганцевые (соединения и соли, содержащие эти элементы).
Природные соединения фосфора – фосфориты и апатиты – содержат фосфор в виде нерастворимого третичного фосфата Ca3(PO4)2, который плохо усваивается растениями. Для получения легко усваиваемых удобрений фосфориты подвергают химической переработке, заключающейся в превращении нормальной соли в кислую. Таким путем приготовляют наиболее важные фосфорные удобрения – суперфосфат, двойной суперфосфат и преципитат.
Для получения суперфосфата мелко размолотый природный фосфорит смешивают с таким количеством серной кислоты, чтобы на одну молекулу третичного фосфата кальция приходилось две молекулы серной кислоты. Смесь энергично перемешивают и загружают в особые непрерывно действующие камеры, где реакция заканчивается:
Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2
В результате реакции получается смесь гипса с первичным фосфатом Ca(H2PO4)2, сравнительно легко растворимым в воде. Эта смесь в измельченном или гранулированном виде и называется суперфосфатом.
Простой суперфосфат – удобрение со сравнительно невысоким содержанием питательных веществ (14 – 20% усвояемой P2O5). Более эффективным и транспортабельным является двойной суперфосфат, представляющий собой продукт разложения природного фосфата не серной, а фосфорной кислотой. Количество усвояемой P2O5 в двойном суперфосфате составляет 40 – 50%.
Преципитат представляет собой фосфорное удобрение, в состав которого входит вторичный фосфат кальция Ca2(HPO4)3 или CaHPO4, нерастворимый в воде, но растворяющийся в кислотах находящихся в почве.
Для приготовления преципитата с начла выделяют из фосфорита свободную фосфорную кислоту, действуя на фосфорит серной кислотой в количестве большем, чем это надо для получения суперфосфата:
Ca3(PO4)2+3H2O=3CaSO4+2H3PO4
Затем раствор фосфорной кислоты сливают с осадка, содержащего гипс и другие нерастворимые примеси, и прибавляют к нему известкового молока, т.е. извести, разболтанной в воде, в таком количестве, чтобы образовался вторичный фосфат:
H3PO4+Ca(OH)2=CaHPO4·H2O+H2O
Кристаллический осадок отделяют от жидкости и осторожно, чтобы не удалить входящую в состав кристаллов воду, высушивают. Полученная соль, если она не потеряла кристаллизационной воды, хорошо усваивается растениями.
Описанные выше фосфорные удобрения называются простыми, так как содержат только один из необходимых растению элементов. Более перспективными являются сложные минеральные удобрения, содержащие несколько питательных веществ. К удобрениям такого типа относятся: аммофос, калийная селитра и нитрофоска.
Первое из этих веществ получается путем взаимодействия фосфорной кислоты с аммиаком. В зависимости от степени нейтрализации образуется моноаммонийфосфат NH4H2PO4 и диаммонийфосфат (NH4)2HPO4. Калийная селитра представляет собой двойное удобрение, содержащее азот и калий. Получается она в результате обменного разложения хлористого калия и натронной или аммиачной селитры. Нитрофоска – тройное удобрение, содержащее азот, фосфор и калий. Получают нитрофоску сплавлением фосфата аммония (NH4)2HPO4, азотнокислого аммония NH4NO3 и хлористого или сернокислотного калия.
До революции производства минеральных удобрений в России практически не было; вся продукция нескольких мелких заводов составляла в 1913 г. только 89 тыс. т. Строительство новых заводов началось лишь в 1925–1926 гг. и приобрело в дальнейшем большой размах.
Особенно выросло производство минеральных удобрений после окончания второй мировой войны. Если в 1940 г. было произведено всех минеральных удобрений только 3,2 млн. т, то в 1954 г. выработка удобрений составила почти 8 млн. т, а через 10 лет – уже 25,6 млн. т.