Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

Összetett műtrágyák

Összetett műtrágyák

Általában két, esetenként három tápelemet tartalmaznak egy vegyületben, előállításuk kémiai módszerekkel lehetséges. A nitrogént és foszfort tartalmazó összetett műtrágyákat többnyire kálisó hozzákeverésével NPK-trágyává egészítik ki.

Az összetett műtrágyák termelése és felhasználása az elmúlt évtizedekben világszerte fellendült. Alkalmazásuk előnyei: a nagyobb hatóanyag-tartalmú műtrágyák szállítási, raktározási és kiszórási költségei kisebbek, mint az azonos hatóanyagot tartalmazó egyszerű műtrágyáké. Agrokémiai szempontból előnyös, hogy az összetett műtrágyákban valamennyi műtrágyaszemcse azonos összetételű, ami kedvezően befolyásolja a növények tápanyagfelvételét. A növények gyökérzete a tápanyagokat egy helyen találja. Az egyes elemek elősegíthetik egymás felvételét, pl. a foszfor felvétele nitrogén jelenlétében fokozott.

Az összetett műtrágyákat változó N:P:K aránnyal állítják elő, azonban a hazai választék nem megfelelő, csak részben biztosítja a növények kiegyensúlyozott ellátását. A kedvezőtlen arányú összetett műtrágyák szükség szerint egyszerű műtrágyákkal kiegészíthetők. Az összetett műtrágyákat alaptrágyaként használják. A nitrogénadag őszi-tavaszi megosztása úgy biztosítható, hogy kis nitrogéntartalmú NPK-műtrágyát adunk ősszel, tavasszal pedig nitrogénműtrágyával fejtrágyázunk. Az összetett műtrágyák nitrogén és kálium komponense vízoldható, a foszfor egy része citrátoldható.

Ammónium-foszfátok

Foszforsavat ammóniával semlegesítve, az ammonizálás mértékétől függően mono-, di- és triammónium-foszfát képződik. Műtrágyaként csak mono- és diammónium-foszfát alkalmazható. A mono- és diammónium-foszfát állandó összetételű, hatóanyag-tartalma a következő:

Megnevezés P2O5% N%

Monoammónium-foszfát (MAP) 61,7 12,2

Diammónium-foszfát (DAP) 53,8 21,2

A tápanyagok aránya e műtrágyákban nem kedvező, a foszfortartalom többszöröse a nitrogénnek, ezért nitrogénnel dúsítva is előállítják az ammónium-foszfátokat. A MAP és DAP a kevert és folyékony műtrágyák komponenseként is felhasználható.

Monoammónium-foszfát, NH4H2PO4

Előállítható termikus és extrakciós foszforsavból, semlegesítéssel:

H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4 –123,94 kJ

Az extrakciós foszforsav vas-, alumínium- és kalciumtartalma is kicsapódik a semlegesítés során. A terméket hűtéssel kristályosítják ki a bepárolt oldatból, majd 100–110 °C-on szárítják. Magasabb hőmérsékleten ammóniaveszteség léphet fel. Kálisó hozzákeverésével NPK-műtrágya állítható elő.

Diammónium-foszfát, (NH4)2HPO4

Előállítható közvetlenül a foszforsav és ammónia reagáltatásával, illetve monoammónium-foszfátból:

H3PO4 + 2NH3 = (NH4)2HPO4 –198,93 kJ,

NH4H2PO4 + NH3 = (NH4)2HPO4 –77,99 kJ.

Az ammóniaveszteség csökkentésére a foszforsav ammonizálását két lépcsőben végzik. Kálisóval kiegészítve NPK-műtrágya készíthető.

Ammónium-foszfát-nitrát

Foszforsav és salétromsav együttes ammonizálásával állítható elő. A salétromsavat teljes mértékben ammonizálják, a foszforsavat csak részben. Az így előállított termék ammónium-nitrátot,mono- és diammónium-foszfátot tartalmaz. Kálisóval keverve NPK-műtrágya állítható elő.

Karbamid-ammónium-foszfát

Az ammónium-foszfát nitrogéntartalmának növelése karbamid hozzáadásával is elérhető. Ezzel a nitrogén- és foszfortartalom kiegyenlíthető 30-30%-ra. Kálisó hozzákeveréssel 20-20-20 összetételű műtrágya állítható elő.

Ammónium-metafoszfát

Az ammónium-metafoszfát nagy foszfor- és kis nitrogéntartalmú műtrágya (73% P2O5 és 14% N). Előállítása foszfor-pentoxid, ammónia és víz egymásra hatásával történhet:

P2O5 + 2NH3 + H2O = 2NH4PO3

A műtrágya nitrogén- és foszfortartalmának 20–30%-a vízben lassan oldódik. Felhasználható a szuszpenziós műtrágyák foszforkomponenseként.

Ammonizált szuperfoszfát

A szuperfoszfát ammonizálásával a műtrágya összetétele és tulajdonságai megváltoznak. A szabadsav-tartalom semlegesítésével kedvezőtlen fizikai tulajdonsága (higroszkóposság, tapadás) megszüntethető. Az ammonizálás hatására NP-tartalmú összetett műtrágya képződik.

Az ammonizálás folyamán egyrészt a szabad foszforsav, másrészt a monokalcium-foszfát lép reakcióba az ammóniával.

NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4 (1)

NH3 + Ca(H2PO4)2 = CaHPO4 + NH4H2PO4 (2)

A foszforsav semlegesítődik, monoammónium-foszfát keletkezik (1), a vízoldható monokalcium-foszfát pedig citrátoldható dikalcium-foszfáttá alakul (2).

Ammóniafelesleg hatására, gipsz jelenlétében a monoammónium-foszfát előbb dikalcium-foszfáttá, majd trikalcium-foszfáttá alakul, végül hidroxi-apatit képződik.

NH3 + NH4H2PO4 + CaSO4 = CaHPO4 + (NH4)2SO4 (3)

2CaHPO4 + 2NH3 + CaSO4 = Ca3(PO4)2 + (NH4)2SO4 (4)

3Ca3(PO4)2 + CaSO4 + 2NH3 + 2H2O = 2Ca5(PO4)3OH + (NH4)2SO4 (5)

Az oldhatatlan vegyületek képződése kedvezőtlen, mivel a műtrágya vízoldható foszfortartalma csökken, foszfátreverzió jön létre. A reverzióban a szuperfoszfát fluortartalma is részt vesz, fluorapatit képződik.

3Ca3(PO4)2 + CaF2 = 2Ca5(PO4)3F. (6)

A foszfátreverzió elkerülhető az ammónia pontos adagolásával, magnézium- és különböző mikroelemvegyületek hozzáadásával. (Lásd mikroelemtartalmú ammonizált szuperfoszfát.)

Friss szuperfoszfát ammonizálásával 13–15% P2O5 és 6–7% N-tartalmú műtrágya állítható elő. A közvetlenül ammonizált szuperfoszfát feltáratlan nyersfoszfátot is tartalmaz, ezért célszerű érlelt szuperfoszfátot ammonizálni.

Nyersfoszfátok feltárása salétromsavval

Nyersfoszfátok salétromsavas feltárásával NP-tartalmú műtrágyákat állíthatunk elő. E műtrágyákat közös néven nitrofoszfátoknak is nevezik. A feltárás során a kiinduló anyagok arányától függően vagy monokalcium-foszfát, vagy foszforsav képződik, kísérősóként kalcium-nitrát keletkezik.

2Ca5(PO4)3F + 14HNO3 = 3Ca(H2PO4)2 + 7Ca(NO3)2 + 2HF. (1)

2Ca5(PO4)3F + 20HNO3 = 6H3PO4 + 10Ca(NO3)2 + 2 HF. (2)

Az első egyenlet alapján a szuperfoszfát gyártásához hasonlóan nitroszuperfoszfát állítható elő. A második egyenlet szerint foszforsav- és kalcium-nitrát-tartalmú oldat keletkezik, amelynek feldolgozási módjától függően különböző műtrágyák állíthatók elő.

Egyik lehetőség az oldat semlegesítése kalcium-hidroxiddal, ekkor a foszforsav dikalcium-foszfát formában kicsapható, az oldatban maradó kalcium-nitrát pedig kikristályosítható.

A feldolgozás másik lehetősége, az oldat ammonizálása. Az oldat közvetlen ammonizálása hidroxiapatit képződéséhez vezet.

3H3PO4 + 5Ca(NO3)2 + 10NH3 + H2O = Ca5(PO4)3OH + 10NH4NO3 (3)

A hidroxiapatit képződésének megakadályozására az oldatban a kalcium és foszforvegyületek arányát CaO/P2O5 < 2 értékre kell csökkenteni. Ez esetben az ammonizálás a következő egyenlet szerint megy végbe.

H3PO4 + Ca(NO3)2 + 2NH3 = CaHPO4 + 2NH4NO3 (4)

Az oldat kalciumtartalmának csökkentése, Kincses–Balla eljárása szerint úgy történik, hogy az oldat kalcium-nitrát-tartalmának 40%-át hűtéssel kikristályosítják, és ezután ammonizálják (4). Az eljárással 20-20% NP-tartalmú műtrágyát állítanak elő, amely kálium-kloriddal NPK-műtrágyává egészíthető ki.

A kikristályosított kalcium-nitrátot ammóniagázzal és szén-dioxiddal ammónium-nitráttá és kalcium-karbonáttá alakítják át:

Ca(NO3)2 + 2NH3 + CO2 + H2O = 2NH4NO3 + CaCO3↓.

A kalcium-karbonát kiválik az oldatból. A finomszemcsés csapadékot leszűrik, majd szikkasztják. Így nyerik a Péti mész néven elterjedt mésztrágyát. Az ammónium-nitrát a szokásos módon kinyerhető az oldatból.

Magnézium-ammónium-foszfát, MgNH4PO4

A magnézium-ammónium-foszfát három tápelemet tartalmazó nitrogén-, foszfor-, magnéziumműtrágya. Vízben kismértékben oldódik, ezért lassan hat. Az ipari termék 8% nitrogént, 40% foszfort és 14% magnéziumot tartalmaz. Előállítása két reakció alapján történhet:

H3PO4 + MgSO4 + 3NH4OH = MgNH4PO4 + (NH4)2SO4 + 3H2O

H3PO4 + NH4OH + MgCO3 = MgNH4PO4 + 2H2O + CO2

Készülhet mikroelem kiegészítéssel is, lásd mikroelemtrágyák.

Kálium-nitrát, KNO3

A kálium-nitrát 13% nitrogén és 45% kálium hatóanyagot tartalmazó, vízben jól oldódó műtrágya, ezért használható jól tápoldatok készítésére. Előállítása költséges, ezért többnyire csak vízkultúrákban (hidroponia) és a tápanyag-ellátással összekapcsolt öntözés (fertigation) céljaira használják. Előállítható a kálium-klorid és salétromsav egymásra hatásával vagy a következő cserebomlás szerint:

NH4NO3 + KCl = KNO3 + NH4Cl.

Az oldatból a kálium-nitrátot a két só oldhatósága közötti különbség alapján nyerik ki.

Kálium-metafoszfát, KPO3

Kis oldhatóságú, lassan ható, nagy hatóanyag-tartalmú összetett műtrágya. Foszfortartalma 60% P2O5, káliumtartalma 40% K2O. Előállítására két reakció ismert:

2KCl + P2O5 + H2O = 2KPO3 + 2HCl.

KCl + H3PO4 = KPO3 + HCl + H2O.

A reakció 800–900 °C-on megy végbe. A második reakció hasonló hőmérsékleten játszódik le, kiinduló anyagként extrakciós foszforsav is felhasználható. A kálium-metafoszfát mikroelem kiegészítéssel is készül.

Kérdések

1. Mi jellemzi az összetett műtrágyákat? Alkalmazásuk előnyei és hátrányai.

2. Milyen ammónium-foszfátokat ismer? Jellemezze hatóanyag-tartalmukat és tulajdonságaikat!

3. Milyen folyamatok kísérik a szuperfoszfát ammonizálását?

4. Milyen termékei ismertek a salétromsavas feltárásnak? Mi a Kincses–Balla-technológia lényege?

5. Hogyan állíthatunk elő magnézium-ammónium-foszfátot? Milyen tulajdonságokkal rendelkezik?

6. Mit tud a kálium-nitrátról?

7. Ismertesse a kálium-metafoszfát előállítását, tulajdonságait!