Минеральные удобрения подразделяются на азотные, фосфорные и калийные. Азотные удобрения включают аммиачную селитру, карбамид, аммиачную воду и нитрат аммония. Фосфорные — это суперфосфаты и фосфорные концентраты, а калийные — хлористый калий, сульфат калия и калийные смеси. Каждая группа характеризуется своей химической формулой, степенью растворимости и биологической доступностью для растений.
Азотные удобрения обладают высокой растворимостью, что обеспечивает быстрый рост растений. Основной промышленный процесс их получения — синтез аммиака по методу Хабера-Боша с последующим превращением в карбамид, аммиачную селитру или другие соли.
Фосфорные удобрения получают путем обработки фосфоритной руды кислотами. Суперфосфаты — результат реакции фосфоритов с серной или фосфорной кислотой, что позволяет извлечь фосфор в легко усвояемой форме.
Калийные удобрения чаще всего производятся из природных солей калия, содержащих KCl и K₂SO₄. Их применение регулирует водно-солевой баланс растений и повышает устойчивость к болезням.
Синтез аммиака по методу Хабера-Боша осуществляется при температуре 400–500 °C и давлении 150–250 атм с использованием железного катализатора. Основная реакция:
N2 + 3H2 → 2NH3
Для получения аммиака водород получают паровой конверсией метана:
CH4 + H2O → CO + 3H2
CO + H2O → CO2 + H2
Аммиак далее используется для производства карбамида:
2NH3 + CO2 → NH2CONH2 + H2O
и аммиачной селитры:
NH3 + HNO3 → NH4NO3
Эти продукты характеризуются высокой концентрацией доступного азота и различными способами внесения в почву.
Основным сырьём служат фосфориты, содержащие Ca₃(PO₄)₂. Для производства суперфосфата их обрабатывают серной кислотой:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
Для получения двойного суперфосфата используется фосфорная кислота, что увеличивает содержание P₂O₅ в конечном продукте до 40–50 %. Высокая кислотность продуктов обеспечивает их хорошую растворимость в воде, что ускоряет усвоение растениями.
Калийные соли добывают из природных месторождений или получают путём переработки солевых растворов. Основные виды:
Выбор формы зависит от типа почвы и требуемого эффекта на урожайность.
Производство удобрений требует строгого контроля химического состава, влажности и гранулометрического распределения. Основные показатели:
Высокие стандарты обеспечивают эффективное усвоение питательных элементов растениями и минимизацию негативного воздействия на окружающую среду.
Производство минеральных удобрений сопровождается выбросами NOx, SOx, CO₂ и пылевых частиц. Современные технологии включают системы улавливания газов, очистку сточных вод и использование катализаторов для снижения выбросов. Правильная переработка и применение удобрений минимизируют риск эвтрофикации водоемов и кислотных дождей, сохраняя баланс экосистемы.
Разработка более эффективных катализаторов для синтеза аммиака, внедрение технологий сухого гранулирования и производство удобрений с замедленным высвобождением действующих веществ позволяют увеличить урожайность и снизить экологическую нагрузку. Интеграция биотехнологий, включая микроорганизмы, способствующие фиксации азота и мобилизации фосфора, становится важным направлением в производстве современных минеральных удобрений.