Кіріспе

Фосфорлы тыңайтқыш. Суперфосфат – 1840 жылдары сүйектерді күкірт қышқылымен әрекеттестіру арқылы алғаш синтезделген химиялық тыңайтқыш. Бұл процеске кейіннен фосфат копролиттерін күкірт қышқылымен әрекеттестіру арқылы жақсартулар енгізілді. Содан кейін фосфорит сияқты фосфатқа бай басқа да кен орындары табылып, қолданысқа алынды. Ерігіш фосфат – барлық өсімдіктер үшін қажетті қоректік зат, ал суперфосфаттың пайда болуы ауыл шаруашылығы өнімділігін революциялады.

Тарих

Алғашқы фосфатқа бай тыңайтқыштар гуанодан, мал тыңайтқышынан немесе ұсақталған сүйектерден жасалған. Ол осы жаңалықты патенттеді және 1842 жылы қазылған динозаврлардың нәжісінен суперфосфатты өндірістік көлемде өндіруді бастады; бұл әлемдегі алғашқы химиялық тыңайтқыш еді. Эдвард Паккард Лоуестің жұмысының маңыздылығын сезініп, Киртон ауылынан қазылған копролиттерден осы жаңа тыңайтқышты өндіру үшін Ипсвичтегі диірменді жаңартты. 1850 жылдары ол Джозеф Фисонс басқаратын ұқсас жаңа фабриканың жанындағы Брамфордқа көшті. Бұл кәсіпорындар кейін Fisons тыңайтқыш компаниясының бір бөлігіне айналды. Алғашқы диірмен тұрған көшеге әлі күнге дейін Копролит көшесі деген ат берілген.

Ауыл шаруашылығының маңызы

Барлық өсімдіктер мен жануарларға қалыпты метаболизмді жүзеге асыру үшін фосфор қосылыстары қажет, тіпті өсімдіктерде олардың құрғақ массасының тек 2% құрауы мүмкін. Суперфосфаттың басқа қолжетімді фосфат көздерімен салыстырғанда бағасы салыстырмалы түрде арзан. Төмен бағасы, әсіресе ауыл шаруашылығына қажетті материалдардың құны маңызды рөл атқаратын дамып келе жатқан аймақтарда, оның кеңінен қолданылуына себеп болады. Фосфор, әдетте, ауа райының әсерінен және бактериялар мен топырақ микробиомының әрекеті арқылы ғана өсімдіктерге қолжетімді болады. Топырақтан шөгінділердің жуылуы су арналарында фосфаттың концентрациясын жоғарылатуы мүмкін. Суперфосфат түрінде фосфор қосу едәуір жоғары егін жинауға мүмкіндік береді. 2021 жылы шамамен 689 916 тонна суперфосфат өндірілді, оның жартысынан астамы Польшадан, ал қалған маңызды бөлігі Индонезия, Бангладеш, Қытай және Жапониядан шықты.

Құралымдары

Суперфосфаттың барлық түрлерінде маңызды мөлшерде ерігіш және өсімдіктерге сіңірілетін фосфат иондары бар, осы қасиет оларды қазіргі заманғы ауыл шаруашылығы үшін аса қажетті еткен.

Бірлік суперфосфат

Бірлік суперфосфаты фосфат таужынысын күкірт қышқылымен өңдеудің дәстүрлі әдісімен, шамамен 1:1 арақатынастағы Ca(H2PO4)2 және CaSO4 қоспасы түрінде өндіріледі.

Үш еселенген суперфосфат

Үш еселенген суперфосфат көптеген арнайы тыңайтқыштардың құрамына кіреді. Ол негізінен монокальций фосфатынан тұрады, Ca(H2PO4)2. Ол фосфатты тау жыныстарын фосфор қышқылымен өңдеу арқылы алынады. Көптеген арнайы тыңайтқыштар үш еселенген суперфосфаттан жасалады, мысалы, аммоний сульфаты және калий хлоридімен қосып дайындау арқылы. Типиктелген тыңайтқыш сападағы үш еселенген суперфосфат 45% P2O5eq, ал бір еселенген суперфосфат 20% P2O5eq құрайды. Бұл топырақтың pH деңгейін мұқият бақылау және басқару қажеттігін тудырады, себебі бұл топырақтың ұзақ мерзімді деградациясын болдырмауға көмектеседі. Өндіріс және тасымалдау процестері айтарлықтай мөлшерде CO2 шығарады, кейбір есептеулер бойынша суперфосфат өндірісі үшін 1,2 кг/кг, ал тасымалдау үшін 238 г/кг. Басқа дереккөздерде күкірт қышқылы үшін қажетті күкірттің мұнай және газды тазартудан толық қалпына келтірілетіні және суперфосфат өндіру реакциясы экзотермиялық екені айтылады: егер бөлінетін жылу толыққанды қайта пайдаланылса, бүкіл цикл өндіріс үшін 518 г/кг дейін теріс көміртектік ізге ие болуы мүмкін. Фосфатқа бай тау жыныстарының қоры шектеулі, ал "фосфордың шыңына" жету мерзімі 2022 жылдан бастап 30 жыл, немесе 2051 мен 2092 жылдар аралығында деп болжанады. Адам популяциясының өсуімен және тамаққа деген сұраныстың артуымен суперфосфатты тыңайтқыштардың болашақтағы қолжетімділігі азаюы мүмкін, сондықтан фосфаттың баламалы көздерін әзірлеу қажет болуы мүмкін. Көптеген өсімдіктер, әсіресе Гондванада пайда болғандар, фосфордың артық мөлшеріне сезімтал және арбускулярлы микоризамен байланыс арқылы қажеттілігін қанағаттандырады. Суперфосфат қолдануға төзбейтін өсімдіктердің мысалдары – Hakea prostrata және Grevillea crithmifolia. Микоризалық байланыстарға тәуелді көптеген құрлықтық орхидеялар да фосфат деңгейінің жоғарылауына ұқсас сезімталдық танытуы мүмкін, ал суперфосфатты тыңайтқыштарды қолдану олардың популяциясын азайтуы мүмкін. Өзендердің, көлдердің және теңіздердің эвтрофикациясы фосфат концентрациясының артуымен тікелей байланысты. Дегенмен, суперфосфаттың осы мәселеге қосқан үлесін анықтау қиын, себебі адам және жануарлар қалдықтарында фосфор қосылыстарының көптеген басқа да көздері бар. Wye өзеніндегі соңғы мәселелер қарқынды құс шаруашылығымен байланысты, нашар басқарылатын тауық тыңайтқышынан артық фосфат шығып жатыр.