Как делают удобрения: от азота воздуха до гранул в поле

Удобрения производят тремя принципиально разными способами в зависимости от питательного элемента. Азотные удобрения синтезируют химически: берут азот из воздуха и водород из природного газа и получают аммиак, а уже из него делают мочевину, аммиачную селитру и другие формы. Фосфорные и калийные удобрения добывают и обогащают из природного минерального сырья. Производство удобрений в России масштабно и полностью обеспечивает внутренний рынок.

Как делают азотные удобрения

Основа всех азотных удобрений: аммиак (NH3). Его синтезируют по методу Габера-Боша: смесь азота и водорода в соотношении 1:3 при давлении 150–300 атмосфер и температуре 400–500 °C пропускают над железным катализатором. Азот берут прямо из атмосферного воздуха, разделяя его криогенным методом. Водород получают конверсией природного газа с водяным паром: при температуре 700–900 °C метан реагирует с паром, образуя водород и углекислый газ.

Готовый аммиак хранят в жидком виде под давлением и используют как сырьё для дальнейших стадий. Мочевину (карбамид) получают реакцией аммиака с углекислым газом при 170–190 °C и давлении 130–200 атмосфер. Расплав мочевины упаривают до 99,5% сухого вещества и гранулируют: в грануляционных башнях высотой 50–80 метров жидкость распыляют сверху, капли застывают на лету и падают вниз в виде шариков диаметром 1–4 мм. Аммиачную селитру получают нейтрализацией аммиака азотной кислотой: реакция идёт с выделением тепла, продукт затем также упаривают и гранулируют.

Производство фосфорных удобрений

Сырьём служат апатитовые концентраты (Кольский полуостров) и фосфориты. Первый шаг: разложение сырья кислотой. При сернокислотном способе апатит реагирует с концентрированной серной кислотой: образуется фосфорная кислота и нерастворимый сульфат кальция (фосфогипс). Фосфорная кислота идёт на производство двойного суперфосфата и диаммонийфосфата (ДАФ). При азотнокислотном разложении получают азотно-фосфорные удобрения (нитрофоски).

Двойной суперфосфат производят обработкой апатита фосфорной кислотой в смесителях. Полученная пульпа гранулируется в барабанных грануляторах и сушится горячим воздухом при 70–90 °C. Готовые гранулы содержат 45–49% усвояемого P2O5 против 14–20% в простом суперфосфате, что снижает транспортные расходы.

Калийные удобрения: от рудника до склада

Калийные удобрения производят из сильвинитовых и карналлитовых руд. В России крупнейшие месторождения находятся в Пермском крае (Верхнекамское месторождение). Руду добывают шахтным методом на глубинах 300–700 метров, поднимают на поверхность и перерабатывают на обогатительных фабриках.

Обогащение идёт флотационным или галургическим методом. При флотации руду дробят, смешивают с водой и реагентами: частицы хлорида калия прилипают к пузырькам воздуха и всплывают, а хлорид натрия оседает. При галургическом способе используют разницу в растворимости солей при разных температурах: горячий рассол растворяет KCl лучше, чем NaCl, а при охлаждении хлорид калия выпадает в осадок. Готовый продукт сушат, при необходимости гранулируют и покрывают антислёживающими реагентами.

Комплексные и органоминеральные удобрения

Комплексные удобрения (NPK) содержат все три макроэлемента в одной грануле. Их производят двумя путями: химическим синтезом (нитрофоски, нитроаммофоски): реакции азотной кислоты с апатитом дают продукт, к которому добавляют калийную соль; или смешением (тукосмеси), когда готовые азотные, фосфорные и калийные удобрения физически перемешивают в нужном соотношении на узлах смешения прямо перед поставкой агрохозяйствам.

Органоминеральные гуматные удобрения делают иначе: к минеральной основе добавляют гуминовые кислоты, которые извлекают щелочным гидролизом из бурого угля (леонардита) или торфа. Гуматы улучшают усвоение питательных веществ и структуру почвы, поэтому их норма внесения значительно ниже обычных минеральных форм.

Масштаб отрасли в России

Россия занимает одно из первых мест в мире по производству минеральных удобрений. Крупнейшие производственные узлы расположены в Новгородской, Тульской, Пермской, Кемеровской областях и Татарстане. Мощности страны в несколько раз превышают внутренние потребности сельского хозяйства, поэтому значительная часть продукции идёт на внешние рынки. Только мочевины и аммиачной селитры выпускается свыше 10 млн тонн в год.