Как производят фосфорные удобрения: от апатита до готового продукта
Фосфорные удобрения производят из горных пород, богатых соединениями фосфора: апатитов и фосфоритов. Сырьё разлагают серной или азотной кислотой, получая растворимые соли фосфора, которые затем концентрируют, нейтрализуют и гранулируют. Весь цикл — от добычи руды до упакованного мешка с гранулами — занимает несколько суток и проходит на крупных химических комбинатах.
Сырьё: откуда берётся фосфор
Главный источник фосфора для промышленности — апатит, минерал с формулой, включающей кальций, фосфор, кислород и галогены. Апатитовые руды добывают открытым или подземным способом. В России крупнейшие месторождения сосредоточены на Кольском полуострове: хибинские апатито-нефелиновые руды содержат 15–18 процентов пятиокиси фосфора. Фосфориты как более бедное сырьё (6–12 процентов пятиокиси фосфора) добывают в Поволжье и Сибири.
Добытую руду дробят, измельчают в шаровых мельницах и флотационным методом обогащают: пузырьки воздуха выносят зёрна апатита на поверхность пульпы, отделяя их от пустой породы. Полученный апатитовый концентрат содержит уже 39–40 процентов пятиокиси фосфора и поступает на химический передел.
Производство суперфосфата: кислотное разложение
Простой суперфосфат получают, обрабатывая молотый апатит концентрированной серной кислотой (68–75 процентов) в реакторах-денситаторах. Реакция экзотермическая: смесь разогревается до 100–120 градусов Цельсия, из неё выделяется фтористый водород, который улавливается абсорберами. Полученная масса содержит однозамещённый фосфат кальция и балластный гипс. Её выдерживают в камерах дозревания 4–6 суток, затем измельчают и гранулируют в барабанных грануляторах с добавлением пара и воды.
Двойной суперфосфат производится по схожей схеме, но вместо серной кислоты используют фосфорную, что позволяет получить продукт без балластного гипса с содержанием усвояемого фосфора до 43–46 процентов. Это делает двойной суперфосфат значительно более концентрированным удобрением при той же массе.
Производство аммофоса и диаммофоса
Аммофос — наиболее распространённое комплексное удобрение, содержащее фосфор и азот. Его получают нейтрализацией экстракционной фосфорной кислоты аммиаком в трубчатых реакторах. Реакция идёт при температуре 100–130 градусов с выделением водяного пара. Готовая пульпа поступает в башенный или барабанный гранулятор, где формируются гранулы диаметром 2–5 мм. После грануляции их сушат в барабанных сушилках при температуре 100–120 градусов, охлаждают, обеспыливают и покрывают тонким слоем кондиционирующей добавки (парафин или аминовые соединения), препятствующей слёживанию при хранении.
Диаммофос отличается более высокой степенью нейтрализации кислоты аммиаком: соотношение аммиак/кислота выше, что даёт гранулы с содержанием азота около 18 процентов и фосфора около 46 процентов. Диаммофос более щелочной и применяется на кислых почвах.
Контроль качества и экология производства
На каждой стадии лабораторные службы контролируют содержание усвояемого и водорастворимого фосфора, влажность, гранулометрический состав и механическую прочность гранул. Гранулы не должны разрушаться при транспортировке, поэтому нормируется показатель истираемости.
Экологическая составляющая производства включает несколько узловых точек. Фтористые газы, выделяющиеся при разложении апатита, улавливают в скрубберах и превращают в кремнефтористый натрий или фтористый алюминий, используемые в металлургии и стекольной промышленности. Сточные воды очищаются на локальных станциях нейтрализации с осаждением фосфатов. Фосфогипс — крупнотоннажный побочный продукт при производстве экстракционной фосфорной кислоты — накапливается в штабелях и частично используется в строительной индустрии как добавка к цементу или сырьё для гипсовых вяжущих.
Российские химические комбинаты входят в число ведущих производителей фосфорных удобрений в мире. Их продукция поставляется в десятки регионов для нужд сельского хозяйства: фосфор необходим растениям для формирования корневой системы, накопления энергии в клетках и созревания плодов, поэтому спрос на фосфорные удобрения остаётся стабильным вне зависимости от конъюнктуры рынка.
