Основные правила смешивания удобрений
Для успешного применения смесей удобрений они должны быть сыпучими и однородными по своему составу. В процессе приготовления, транспортировки и внесения (а также хранения) различных смесей не должно происходить потерь питательных веществ и их превращений в менее усвояемые для растений формы.
В процессе приготовления и хранения смесей их компоненты могут проявлять довольно высокую реакционную способность и вступать в химическое взаимодействие друг с другом; происходят реакции обменного разложения. Качество получаемых смесей, их химический состав и физическое состояние во многом определяются теми химическими процессами, которые имеют место при смешивании удобрений. Скорость химических реакций зависит от свойств односторонних удобрений. При приготовлении смесей нужно правильно подходить к выбору односторонних удобрений, учитывая их взаимодействия между собой. Нельзя смешивать удобрения, если при этом они теряют питательные вещества или превращаются в плохую по физическим свойствам массу, не поддающуюся механизированному внесению.
Ввиду высокой гигроскопичности получающейся смеси не следует смешивать между собой, а также включать одновременно в смесь аммиачную селитру и мочевину. Нельзя смешивать аммиачные формы азотных удобрений (аммиачную селитру, сульфат аммония, фосфаты аммония — аммофос, диаммофос) с удобрениями, обладающими активными щелочными свойствами (например, с фосфатшлаками, термофосфатами, цианамидом кальция, цементной пылью, содержащей калий в карбонатной форме, поташом), во избежание потерь азота в виде аммиака.
Большое влияние на качество полученных смесей оказывает содержание влаги в исходных удобрениях, так как от этого в значительной мере зависит скорость химических реакций между составляющими смесь компонентами. Содержание влаги в удобрениях резко возрастает с повышением температуры хранения.
Например, смесь мочевины с двойным суперфосфатом и хлористым калием при исходной влажности 0,2% через 1 мес хранения при температуре 4 °C содержала 6,6% влаги, при 20 °C — 8,3 и при 40 °C — 24,9%.
Смесь мочевины с аммонизированным суперфосфатом и хлористым калием с исходной влажностью 0,6% через 1 мес хранения при 4 °С содержала воды 3,5%, при 20 °С — 5,3 и при 40 °C — 24,9%.
Повышенная влажность удобрений значительно снижает их сыпучесть и не обеспечивает равномерного внесения в почву.
В ВИУА исследовалось влияние влажности отдельных форм минеральных удобрений на их сыпучесть. Фактором А служил размер гранул, фактором В — увлажнение. Полученные результаты были обработаны методом дисперсионного анализа.
Установлено, что доля участия отдельного фактора в варьировании показателя сыпучести для каждой изученной формы различна (табл. 107).
Однако у всех изученных форм показатель сыпучести в значительной мере (на 32,6—52,0%) зависел от фактора увлажнения.
В процессе складирования минеральных удобрений для бестарного хранения, при загрузке в транспортные средства, а также при внесении центробежными разбрасывателями отмечается разрушение гранул и повышение содержания пыли и мелкой фракции. Например, при засыпке удобрений в склад с высоты 17 м содержание гранул основной фракции 1—2,5 мм в мочевине уменьшалось на 15—25%, а при загрузке в транспортные средства — на 2—3% и более.
Влажность исходных компонентов оказывает большое влияние на прочность гранул. Под прочностью гранул минерального удобрения понимается их способность сохранять размеры и форму под воздействием внешних сил. Различают статическую и динамическую прочность, а также истираемость гранул.
Под статической, или механической, прочностью на раздавливание понимают прочность гранул минерального удобрения, определяемую усилием разрушения гранул данного размера при одноосном сжатии между двумя параллельными плоскостями.
Под динамической понимают прочность гранул минерального удобрения, определяемую степенью разрушения гранул при ударе о твердую поверхность с определенной силой.
Прочность гранул минерального удобрения, определяемая степенью разрушения под воздействием сил трения, характеризует истираемость гранул.
В опытах ВИУА влажность смесей из аммиачной селитры и двойного суперфосфата на 30-й день хранения в складских условиях возросла в.2—3 раза. При этом максимальное снижение механической прочности гранул аммиачной селитры на раздавливание составило около 36%, а двойного суперфосфата — около 38%, на 1,5—19,8% изменился гранулометрический состав смесей вследствие слипания мелких частиц и снижения их содержания в продукте. Следовательно, необходима дальнейшая работа по улучшению качества аммиачной селитры и двойного суперфосфата, чтобы приготовленные на их основе смеси при хранении не снижали свои качественные показатели. В другой смеси, составленной из мочевины, аммофоса и хлористого калия, при повышении ее влажности с 0,5 до 4,8% прочность гранул мочевины снизилась с 396 до 0 (гранулы отсутствовали), а аммофоса — с 81,5 до 25,0 кгс на 1 см2.
Результаты исследований, проведенных в ВИУА, показали, что в смесях удобрений статическая прочность гранул составляющих их компонентов зависит от состава смеси, уровня насыщения атмосферы водяными парами, а также температуры воздуха окружающей среды.
Аммиачная селитра, как правило, сохраняла достаточно удовлетворительную прочность в смесях с двойным суперфосфатом (и хлористым калием) только при незначительном насыщении атмосферы водяными парами (20—40% относительной влажности воздуха); в смесях с аммофосом вполне удовлетворительная прочность отмечена и в условиях 66%-ной относительной влажности воздуха.
В условиях сильного насыщения окружающей среды водяными парами наблюдалось снижение статической прочности гранул не только азотного, но и фосфорного компонентов.
Некоторые результаты исследований ВИУА по влиянию влажности на прочность отдельных форм минеральных удобрений приведены в таблице 108.
Более рыхлые гранулы легче разрушаются при транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах, что приводит к их пылению и увеличивает потери удобрений. Одной из причин невысокого качества распределения минеральных удобрений по поверхности поля центробежными метателями является дробление гранул в процессе их разброса.
В исследованиях НИУИФ изучалась разрушаемость гранул двойного суперфосфата и нитроаммофоски и процессе рассева. Для нитроаммофоски установлено, что количество разрушенных гранул увеличивается с уменьшением их прочности и при статической прочности 9,8 кгс на 1 см2 составило 6,9%, а при 41 кгс на 1 см2 — 2,1 %.
У двойного суперфосфата со средней статической прочностью, равной 30 кгс на 1 см2, количество разрушенных гранул в зависимости от размера колебалось от 1,6 (фракция 1—3 мм) до 4,7 (фракция 2—3 мм). Этот показатель для фракции 1—2 мм составил 2,4%, а 3—4 мм — 4,3%.
Приблизительная оценка разрушения гранул различной прочности в процессе разгрузки минеральных удобрений представлена в таблице 109.
На основании данных, приведенных в таблице 109, можно сделать вывод, что для того чтобы содержание мелкой фракции не превышало 3%, прочность гранул должна быть не ниже 20 кгс на 1 см2. Эту величину и следует принимать за оптимальный нижний предел прочности гранул.
Верхнего предела ограничения прочности гранул для минеральных удобрений не существует. Однако при статической прочности более 80 кгс на 1 см2 резко повышается расход энергии на дробление крупных гранул и быстро изнашиваются дробилки, затрудняется или становится невозможной полная нейтрализация кислотности двойного суперфосфата. Таким образом, оптимальная прочность гранул удобрений должна ограничиваться, по-видимому, пределами 20—80 кгс на 1 см2. Приведем этот показатель для выпускаемых в России удобрений (в кгс на 1 см2): аммофос — 30—100, нитрофоска — 60—80, нитроаммофоска — 60—80, суперфосфат простой — 10—20, суперфосфат простой аммонизированный — 35—60, суперфосфат двойной — 15—25.
По мнению НИУИФ, удобрения, получаемые методом прилирования и имеющие гранулы строго сферической формы с оплавленной поверхностью (аммиачная селитра, карбамид, нитроаммофос), разрушаются при той Же прочности гранул в меньшей степени. По данным ЦИНАО, при разгрузке карбамида с прочностью гранул 10 кгс на 1 см2 машиной МВС-4 увеличение мелкой фракции составляет 3,2%, а ленточным транспортером — 0,9%. Таким образом, требования к прочности гранул, полученных методом прилирования, должны быть несколько ниже указанных.
Из всех удобрений наименьшую прочность имеют гранулы мочевины. В некоторых зарубежных образцах, например в ГДР, гранулы мочевины отличаются более высокой статической прочностью, чем отечественные (табл. 110).
Один из важных показателей качества минеральных удобрений — их динамическая прочность, характеризующая устойчивость гранул к воздействию ударных нагрузок. В некоторых странах этот показатель определяют для многих видов удобрений. Например, в ВНР были испытаны 27 образцов удобрений (аммиачная селитра, мочевина, суперфосфат, сложные удобрения и др.) на динамическую прочность по фракциям 0,5 мм, 0,5—1, 1—2, 2—3, 3—4 мм и крупнее. В нашей стране определение показателя предусмотрено только для хлористого калия (ГОСТ 4568—83). При этом ГОСТ 21560.3—82. «Метод определения динамической прочности и истираемости» не предусматривает определение этого показателя с учетом гарантийного срока хранения. Между тем знание динамической прочности очень важно для гигроскопических удобрений, поставляемых насыпью, так как установлено, что поглощение влаги гранулами ведет к снижению их сопротивляемости ударным нагрузкам.
В ВИУА были проведены исследования по изучению показателя динамической прочности и истираемости гранул отдельных видов и форм минеральных удобрений, характеризующих их устойчивость к разрушению. Результаты исследований выявили, что для отдельных видов и форм минеральных удобрений показатель динамической прочности и истираемости гранул колеблется в довольно широких пределах — от 67 до 76% (продукт с ГЗК) для аммиачной селитры, до 97% — для двойного суперфосфата.
Большое влияние на показатель, характеризующий разрушаемость гранул, оказывает содержание влаги в удобрении. По мере увлажнения гранулы удобрения становились более рыхлыми, а количество неразрушенных гранул при испытаниях их на динамическую прочность и истираемость уменьшалось (табл. 111).
При повышенном содержании влаги в минеральных удобрениях их гранулы теряют хрупкость. Для аммиачной селитры это состояние наблюдали при влажности 1,7—2,0%, для мочевины — около 1%, для хлористого калия — свыше 3%.
В ряде случаев динамическая прочность и истираемость гранул минеральных удобрений находились в тесной связи со статической прочностью. Это относится ко всем изученным фракциям двойного суперфосфата, большинству образцов нитроаммофоски, аммофоса и нитроаммофоса. По мере снижения статической прочности гранул при увлажнении удобрения снижается и показатель их динамической прочности и истираемости (табл. 112).
Следовательно, повышение влажности удобрения снижаем прочностные свойства его гранул как при испытании на ударные нагрузки и истираемость, так и при испытании на сжатие (давление).
Применение некачественных удобрений приводит к потере удобрениями свойств сыпучести вследствие их уплотняемости, слипаемости и слеживаемости при транспортировке и хранении.
При хранении удобрений наряду с уплотняемостью отмечается слипаемость отдельных частиц. Это явление наблюдается в поверхностном слое гигроскопичных удобрений при хранении их насыпью, а также при хранении в недостаточно герметичных бумажных мешках. Кроме того, явление слипаемости наблюдается в удобрениях, выпущенных с повышенной влажностью. При подсушивании удобрений слипаемость, как правило, устраняется. В отличие от слипаемости, слеживаемость не устраняется и высушиванием продуктов. В этом случае необходимо применение специальных дробильных аппаратов.
По данным Чехии, дробление слежавшихся удобрений увеличивает содержание гранул размером меньше 1 мм (пыли) на 3—7% и снижает средний размер зерен на 0,1—0,12 мм. По мнению специалистов, слеживаемость минеральных удобрений зависит от множества взаимосвязанных факторов, однако основными факторами, определяющими склонность удобрений к слеживанию и уплотнению в реальных условиях их хранения и транспортировки, являются влажность продукта и величина уплотняющей нагрузки.
Так, в исследованиях ВНИПИагрохим при смешивании нитроаммофоса с хлористым калием с различной исходной влажностью продуктов в соотношении питательных веществ 1:1:1 степень слежалости смеси возрастала с 0 до 2,3 кгс на 1 см2, по мере возрастания влажности нитроаммофоса с 0,85 до 2,9%, а хлористого калия — с 0,5 до 1,1% (табл. 113).
Большое значение в смешивании удобрений имеет также их кислотность или щелочность. Удобрения, содержащие свободную кислоту или обладающие щелочным характером, химически активно взаимодействуют как между собой, так и при смешивании с другими удобрениями.
Действующими стандартами предусмотрено содержание свободной фосфорной кислоты в простом гранулированном суперфосфате не более 2,5%, а в двойном — 5,С%. Исследования ВИУА, проведенные со смесями различного состава, показали, что смеси на двойном суперфосфате увлажнились значительно сильнее, чем на простом. Так, на 40-й день хранения содержание влаги возросло: в смесях из Naa, Pc гр. и Kx — с 2,4—2,9 до 2,5—4,8%; в смесях из Nм, Pc гр. и Kx — с 1,2—1,8 до 1,5—2,3%, а в смесях из Nм, Pc дв. и Kx — с 1,6 до 3,6—3,8%.
Отрицательное действие высокой кислотности Pc дв. особенно отчетливо проявилось при хранении смесей в увлажненных условиях. Так, в одном из опытов смеси хранили при 80%-ной относительной влажности воздуха. Уже на 10-й день содержание влаги в смеси из Naa, Pc дв. и Kx возросло с 1,6 до 6,1 %, а в смеси из Nm, Pc дв. и Kx — с 1,7 до 3,8%. При этом статическая прочность гранул Naa снизилась на 57%, a Pc дв. в первой смеси — на 68, а во второй. — на 40%. С повышением температуры воздуха окружающей среды влажность смесей возрастала, а прочность гранул снижалась.
Полученные результаты свидетельствуют, что Pc дв. вследствие высокой кислотности является нежелательным компонентом смесей. В связи с тем что смеси на его основе не всегда выдерживают продолжительное хранение, их заблаговременное приготовление нецелесообразно.
Нередко при добавлении к смесям нейтрализующих материалов (известняковой, доломитовой муки и др.) отмечаются потери аммиака.
В одном из опытов ВИУА смесь сульфата аммония и суперфосфата содержала 12,2% азота, а в такой же смеси, хранившейся, с 20% доломитовой муки, было обнаружено 10,8% азота В тройной смеси, состоящей из сульфата аммония, суперфосфата и хлористого калия, содержалось 10,7% азота, а при добавлении к ней 20% доломитовой муки азота стало 9,3%.
Особого внимания заслуживают смеси с фосфоритной мукой. Эффективность смесей, приготовленных на суперфосфате и фосфоритной муке в соотношении 1:1 и внесенных в занятом пару или под зябь на кислых дерново-подзолистых почвах и выщелоченных черноземах, не уступает смесям, приготовленным на чистом суперфосфате. Это позволяет увеличить ресурсы усвояемых фосфатов для земледелия. Для кислых почв целесообразно готовить смесь калийных удобрений с фосфоритной мукой.
Если необходимо внести под вспашку азотное и фосфорное удобрения, можно готовить удобрительную смесь из аммиачной селитры и фосфоритной муки. Такая смесь не слеживается и сохраняет сыпучесть продолжительное время. При этом содержание лимоннорастворимой Р2О5 в удобрений повышается в 1,5 раза. В одной из опытов, проведенных в США, также установлено, что присутствие NH4NO3 и KCl способствует повышению растворимости P2O5 фосфоритной муки.
В опытах НИУИФ для предотвращения распыляемости фосфоритной муки была использована повышенная гигроскопичность смеси аммиачной селитры с мочевиной. При добавлении к фосфоритной муке 10% смеси указанных азотных удобрений отмечалось резкое снижение распыляемости фосфоритной муки при сохранении стабильной работы высевающего аппарата разбрасывателя.
Нельзя смешивать суперфосфат, особенно порошковидный, непосредственно с аммиачной селитрой, так как смесь очень быстро превращается в липкую массу из-за образования более гигроскопичной кальциевой селитры. Происходят следующие реакции:
Первая реакция указывает на возможность выделения окислов азота, вторая — на ухудшение физических свойств смеси в результате образования более гигроскопичной кальциевой селитры.
При смешивании суперфосфата с мочевиной выделяется кристаллизационная влага, которая увеличивает влажность смесей.
В одном из опытов ВИУА при смешивании стандартных форм мочевины, двойного суперфосфата и хлористого калия вследствие химического взаимодействия между компонентами выделялось в свободном состоянии от 12,2 до 64,7 г кристаллизационной воды (на 1 кг смеси). При смешивании подсушенных продуктов количество высвободившейся кристаллизационной воды снизилось до 7,2—13,5 г (на 1 кг смеем).
Смесь из суперфосфата с сульфатом аммония цементируется в плотную массу, которую перед внесением а почву необходимо измельчать и просеивать. При смешивании масса сначала разогревается и делается влажной в результате выделения воды: Ca (H2PO4)2*H2O - (NH4)2SО4 → 2NH4H2PО4 + CaSO4 + H2O; затем образуется гипс: CaSO4+ 2Н2О = CaSO4*2Н20.
