Использование мочевины в смесях удобрений
В последние годы в мировом производстве минеральных удобрений возрос выпуск мочевины (карбамида).
В европейских странах наибольшее распространение мочевина получила в Италии и Польше. В ГДР также поставлена задача значительного расширения производства азотных удобрений, в основном мочевины и аммиака. Наиболее широко мочевину применяют в странах Азии и Латинской Америки. Так, в 1981 —1982 гг. в Перу мочевина составила 69,2% потребленных азотных удобрений, в Мексике — 36,2, в Японии — 16,2%. В Индии в 1981 — 1982 гг. было использовано в виде мочевины 3,1 млн. т азота, или 79,4% всех потребленных азотных удобрений.
Наиболее крупные производители этого удобрения в мире — Китай (3,3 млн. т азота), Индия (2,5 млн. т азота), США (1,4 млн. т азота).
Мочевина — одно из наиболее концентрированных твердых азотных удобрений, поставляемых в настоящее время сельскому хозяйству. Она обладает хорошими физическими свойствами. Поэтому весьма важно использовать ее в качестве компонента смесей. Однако вопросы применения мочевины в смесях удобрений изучены еще недостаточно. При смешивании мочевины с другими минеральными удобрениями гигроскопичность ее сильно увеличивается. В связи с этим при хранении необходимо изолировать мочевину от других удобрений и тщательно очищать и промывать транспортные средства от остатков ранее перевозившихся удобрений.
Установлено, что в кислой и щелочной среде мочевина подвергается гидролизу. Механизм гидролиза мочивины следующий: в кислой среде CO(NH2)2 + H+ ⇄ NH4+ + HCNO; HCNО + H3О+ ⇄ NH4+ +CО2; в щелочной CO(NH2)2 + ОН- ⇄ NH3 + OCN-+ H2O; ОCN- + H2О ⇄ NH3 + HCО2-.
Исследования ВИУА показали, что мочевина в отличие от других крупнотоннажных традиционных форм удобрений обладает щелочными свойствами (табл. 117).
Смеси на мочевине гигроскопичны, что приводит к их слипанию, они начинают мазаться. Во избежание этих явлений, вызванных наличием мочевины, в Японии предложен метод получения мочевинных комплексов, особенно мочевинно-гипсовых, которые совершенно не гигроскопичны и являются хорошим компонентом для смешанных удобрений.
Некоторые специалисты полагают, что на качество смесей благоприятно влияет смешивание мочевины с такими удобрениями, которые при гидролизе образуют кислые растворы, нейтрализующие освобождающийся аммиак.
Многие авторы ухудшение физических свойств смесей мочевины с суперфосфатом объясняют способностью первой быстро вступать в химическое взаимодействие с монокальцийфосфатом и вытеснять в свободное состояние его кристаллизационную воду. По мнению одних исследователей, образуется двойная соль — Ca(H2PO4)2*4CO(NН2)2, по мнению других — фосфат мочевины и дикальцийфосфат.
В исследованиях, проведенных в Испании, смесь мочевины с суперфосфатом сохраняла устойчивые физические свойства не более 20 ч после ее приготовления. Через 24 ч после приготовления смеси наблюдались потери азота, составляющие 1—1,5%. В связи с этим некоторые специалисты не рекомендуют смешивать мочевину с суперфосфатом.
В ВИУА изучали свойства смесей, приготовленных с мочевиной. Для сравнения брали смеси на аммиачной селитре. В качестве фосфорного компонента использовали суперфосфат простой, порошковидный и гранулированный, а также аммофос. Калийным компонентом служил мелко- и крупнокристаллический хлористый калий, а нейтрализующим материалом — доломитовая мука в дозе 5—15% массы смеси. Для приготовления смесей использовали удобрения с содержанием влаги и питательных веществ согласно ГОСТу и техническим условиям на эти удобрения.
Изучение показало, что при хранении смеси на мочевине так же, как и на аммиачной селитре, склонны к увлажнению. Смеси на мочевине увлажнялись в результате выделения в свободное состояние кристаллизационной воды. При длительном хранении они сохраняли устойчивые физические свойства только при введении в их состав щелочной добавки в количестве не менее 15% массы смеси. Уменьшение дозы нейтрализующего материала до 5—10% повышало гигроскопичность смесей.
Более детальное изучение поведения мочевины в смесях удобрений и определение возможных потерь азота из них показало, что мочевина проявляет высокую реакционную способность и быстро вступает в химическое взаимодействие с составными частями смеси. Особенно высокой была ее химическая активность в смесях, содержащих хлористый калий. При его включении в состав смеси влажность повышалась в 3,5—4 раза по сравнению со смесью без калия. Более сильное увлажнение смеси NPK, составленной из мочевины, суперфосфата и хлористого калия, по сравнению со смесью NP некоторые авторы объясняют образованием CaCl2 — более гигроскопичного продукта, чем мочевина.
Наличие в составе смеси хлористого калия иногда приводит к потерям азота. В исследованиях ВИУА также отмечались потери азота, достигавшие 1,35%, или 11,1 % от первоначального содержания, когда в состав смеси вводили хлористый калий. Изменения в содержании влаги в смесях, вызванные различными условиями хранения, не оказывали существенного влияния на размеры потерь азота (табл. 118).
За рубежом для снижения гигроскопичности смесей на мочевине не рекомендуют включать в их состав хлориды, особенно хлористый калий, так как образующиеся в результате химического взаимодействия продукты, главным образом CaCl2 и NH4Cl, отличаются гигроскопичностью, при этом увеличиваются потери азота.
При сравнительном изучении свойств смесей удобрений в ряде случаев смеси на мочевине по своим физическим свойствам превосходили смеси на аммиачной селитре. Например, в опытах НИУИФ мочевина в качестве азотного компонента имела преимущество перед аммиачной селитрой по влиянию на слеживаемость, рассеваемость и уровень сегрегации при транспортировке и внесении смесей с соотношением N:Р2О5:К2О = 1:1:1. В опытах ВИУА отмечены случаи, когда смеси на мочевине при аналогичных условиях хранения насыщались влагой более интенсивно, чем смеси на аммиачной селитре. По-видимому, указанные особенности в поведении мочевины в смесях связаны с различными условиями увлажнения и температуры воздуха в период приготовления и хранения смесей и различной реакцией смесей на аммиачной селитре и мочевине на эти условия. Было проведено детальное изучение отношения смесей на аммиачной селитре и мочевине к различным условиям температуры и влажности окружающей среды. Смеси различного состава хранили при 30, 60 и 90%-ной относительной влажности воздуха при температуре 4, 20 и 30 °C. Сравнительное изучение свойств смесей на аммиачной селитре и мочевине, проведенное в строго контролируемых условиях температуры и влажности воздуха, показало, что при хранении в постоянных условиях температуры и насыщения влагой окружающей среды смеси аммиачной селитры с простым или двойным суперфосфатом и хлористым калием увлажнялись сильнее, чем на мочевине (табл. 119).
Следует отметить, что с повышением температуры воздуха до 30 °С абсолютные показатели содержания влаги в смесях возрастали. Поэтому в условиях умеренного насыщения атмосферы водными парами (60%-ной относительной влажности воздуха) уже при температуре 20 °C к концу трехмесячного срока хранения содержание влаги в удобрениях значительно превосходило исходное, а при 30 °C увеличивалось в 2—3 раза. В смесях на аммофосе с участием как мочевины, так и аммиачной селитры содержание влаги во все сроки определения было значительно ниже, чем в соответствующих смесях на кислых формах фосфорных удобрений (суперфосфат простой и двойной), то есть для смесей, приготовленных на аммофосе, ухудшение свойств с повышением температуры и влажности воздуха отмечается в меньшей степени, чем для смесей, в состав которых входят кислые формы фосфорных удобрений.
Результаты исследований показали, что качество полученных смесей зависит от реакционной способности составляющих компонентов, а также от условий увлажнения и температуры окружающей среды. При повышении температуры воздуха и увеличении степени насыщения атмосферы водяными парами (от 30 до 90% относительной влажности воздуха) скорость химических реакций между составляющими смесь удобрениями возрастает, а качество полученной смеси ухудшается. Отмеченные закономерности в первую очередь имеют отношение к смесям состава NK или NPK с участием хлористого калия.
Исследованиями ВИУА установлено, что трехкомпонентная смесь, составленная из мочевины, суперфосфата и хлористого калия, при влажности, превышающей 5%, имеет весьма неудовлетворительную сыпучесть. Аналогичная смесь с аммиачной селитрой теряет сыпучесть при влажности 8—9%. Поэтому при приготовлении таких смесей необходимо учитывать конкретные погодные условия (температуру и влажность воздуха), так как эти факторы в значительной мере определяют сыпучесть полученных смесей.
