Как производят минеральные удобрения: от природного сырья до гранулы

Минеральные удобрения производят из трёх групп сырья: азот берут из воздуха методом синтеза аммиака, фосфор получают из апатитовых и фосфоритовых руд, калий добывают из месторождений сильвинита и карналлита. На выходе получают гранулы или кристаллы с нормированным содержанием питательных элементов.

Азотные удобрения: аммиак и его производные

Производство азотных удобрений начинается с синтеза аммиака по методу Габера-Боша. Смесь азота (из воздуха) и водорода (из природного газа или нафты) сжимают до давления 150–300 атмосфер и нагревают до 400–500 градусов в присутствии железного катализатора с добавками оксидов алюминия и калия. Реакция: N2 + 3H2 = 2NH3. Степень конверсии за один проход невысока (15–25%), поэтому непрореагировавшие газы отделяют от аммиака и возвращают на рецикл. Производительность современного агрегата синтеза составляет 1000–1500 тонн аммиака в сутки. Из аммиака затем получают карбамид (мочевину), аммиачную селитру и сульфат аммония. Карбамид синтезируют, реагируя аммиак с углекислым газом при давлении 130–200 атмосфер и температуре 180–195 градусов. Раствор карбамида концентрируют выпариванием до 95–99% и гранулируют в башнях приллирования: раствор распыляют сверху, капли застывают в падении и образуют сферические гранулы диаметром 1–4 мм.

Фосфорные удобрения: от руды до суперфосфата

Исходное сырьё — апатит-нефелиновая руда (основные месторождения в Мурманской области) или фосфориты. Руду дробят и обогащают флотацией, получая апатитовый концентрат с содержанием P2O5 не менее 38–39%. Простой суперфосфат производят, обрабатывая концентрат серной кислотой: Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 = 3Ca(H2PO4)2 + 2CaF2 + HF. Реакция идёт в непрерывных камерах-реакторах, смесь затем выдерживают в складах-«созревателях» 5–20 суток для завершения реакции. Двойной суперфосфат получают обработкой апатита фосфорной кислотой: продукт содержит более 42–46% P2O5 против 18–20% в простом. Фосфорная кислота сама является промежуточным продуктом и производится экстракционным методом из апатита и серной кислоты.

Калийные удобрения: горно-химическое производство

Основное калийное сырьё в России — руды Верхнекамского месторождения. Сильвинит содержит смесь KCl и NaCl, иногда с примесями карналлита и гипса. Руду добывают подземным способом на глубине 350–500 метров, дробят и обогащают флотационным или галургическим (растворение-кристаллизация) методом. Флотация основана на различной смачиваемости минералов: KCl флотируется с помощью аминов и всплывает в виде пены, NaCl остаётся в хвостах. Готовый хлористый калий содержит 60–62% K2O. Сульфат калия, менее агрессивный для почв, производят реакцией хлорида калия с серной кислотой или кизеритом (MgSO4) по реакции Манхейма при температуре 600 градусов в трубчатых реакторах.

Сложные удобрения и гранулирование

Современные комплексные удобрения (диаммофоска, нитроаммофоска, аммофос) содержат два или три питательных элемента в одной грануле, что упрощает внесение и снижает логистические издержки. Их производят смешением растворов или взаимодействием нескольких кислот с аммиаком в трубчатых реакторах. Ключевая стадия получения товарной формы — гранулирование. Барабанные грануляторы-сушилки (БГС) одновременно формируют гранулы и высушивают их при температуре 80–120 градусов. Итоговая влажность гранул не должна превышать 0,3–1,5% в зависимости от типа удобрения. Для предотвращения слипания гранулы покрывают масляной или аминной антислёживающей добавкой в дозаторах-опудривателях. Размер товарной гранулы, как правило, 2–4 мм. Готовую продукцию насыпают в биг-бэги по 500 или 1000 кг либо фасуют в мешки по 50 кг для розничного рынка.