Введение

Фосфорсодержащее удобрение. Суперфосфат – химическое удобрение, впервые полученное в 1840-х годах в результате реакции костей с серной кислотой. В дальнейшем процесс был усовершенствован реакцией фосфатных копролитов с серной кислотой. После этого были обнаружены и стали использоваться другие богатые фосфатами месторождения, такие как фосфорит. Растворимые фосфаты – незаменимый питательный элемент для всех растений, а появление суперфосфата произвело революцию в сельскохозяйственном производстве.

История

Первые удобрения, богатые фосфатами, изготавливались из гуано, животного навоза или измельченных костей. Он запатентовал свое открытие и в 1842 году начал промышленное производство суперфосфата из окаменелых экскрементов динозавров; это было первое в мире химическое удобрение. Эдвард Паккард, осознавая значимость работы Лоуэса, переоборудовал мельницу в Ипсвиче для производства этого нового удобрения из копролитов, добытых в деревне Киртон. В 1850-х годах он перенес производство в Брамфорд, рядом с аналогичной новой фабрикой, принадлежавшей Джозефу Фисонсу. Эти предприятия впоследствии вошли в состав компании по производству удобрений Fisons. Улица, где стояла первоначальная мельница, до сих пор называется Копролитной.

Сельскохозяйственное значение

Все растения и животные нуждаются в соединениях фосфора для поддержания нормального метаболизма, хотя в растениях они могут составлять всего 2% сухого веса. Суперфосфат относительно дешев по сравнению с другими доступными источниками фосфатов. Его низкая цена способствует широкому распространению, особенно в развивающихся регионах, где стоимость сельскохозяйственных ресурсов является существенным фактором. Фосфор может быть недоступен для растений, за исключением случаев выветривания и благодаря воздействию бактерий и почвенного микробиома. Вымывание осадочных пород из почвы может приводить к повышению концентрации фосфатов в водоемах. Внесение фосфора в виде суперфосфата позволяет значительно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур. В 2021 году было произведено около 689 916 тонн суперфосфата, более половины которого пришлось на Польшу, а значительные объемы – на Индонезию, Бангладеш, Китай и Японию.

Формулировки

Все формы суперфосфата содержат значительное количество растворимых и усвояемых фосфат-ионов, что является ключевым свойством, благодаря которому они стали незаменимы в современном сельском хозяйстве.

Однотонный суперфосфат

Одиночный суперфосфат производят традиционным способом извлечения фосфатной породы серной кислотой, представляющим собой приблизительную смесь 1:1 монокальцийфосфата Ca(H2PO4)2 и сульфата кальция CaSO4.

Тройной суперфосфат

Тройной суперфосфат является компонентом многих запатентованных удобрений. Он состоит главным образом из монокальциевого фосфата, Ca(H2PO4)2. Получают его обработкой фосфатной породы фосфорной кислотой. Многие запатентованные удобрения производятся из тройного суперфосфата, например, путем смешивания с сульфатом аммония и хлоридом калия. Типичный тройной суперфосфат, используемый в качестве удобрения, содержит 45% P2O5eq, одинарный суперфосфат – 20% P2O5eq. Это требует тщательного контроля и регулирования pH почвы для предотвращения долгосрочной деградации. Производство и транспортировка приводят к значительным выбросам CO2, которые, по некоторым оценкам, составляют 1,2 кг/кг при производстве суперфосфата и 238 г/кг при транспортировке. Другие источники отмечают, что если вся сера для серной кислоты извлекается из процессов очистки нефти и газа, а реакция получения суперфосфата является экзотермической, то при полном повторном использовании выделяемого тепла весь цикл может иметь отрицательный углеродный след, достигающий 518 г/кг только для производства. Запасы подходящих фосфатных пород ограничены, а оценки времени наступления "пика фосфора" варьируются от 30 лет с 2022 года до периода между 2051 и 2092 годами. По мере роста населения и увеличения спроса на продовольствие доступность суперфосфатных удобрений в будущем может оказаться под угрозой, что указывает на необходимость разработки альтернативных источников фосфата. Значительное число растений, особенно тех, что эволюционировали в Гондване, чувствительны к избытку фосфора, получая необходимое количество из симбиотических отношений с арбускулярной микоризой. Примеры растений, не переносящих внесение суперфосфатов, включают Hakea prostrata и Grevillea crithmifolia. Многие наземные орхидеи, зависящие от микоризных ассоциаций, могут проявлять аналогичную чувствительность к повышенным уровням фосфатов, и их популяции могут сокращаться при применении удобрений, содержащих суперфосфат. Эвтрофикация рек, озер и морей тесно связана с повышением концентрации фосфатов. Однако определить вклад использования суперфосфатов в эту проблему сложно из-за широкого спектра других источников фосфорных соединений в отходах жизнедеятельности человека и животных. Недавние проблемы на реке Уай были прослежены до интенсивного птицеводства, при котором избыток фосфатов поступает из-за плохого управления куриным пометом.