Суперфосфат: История, Производство и Значение для Сельского Хозяйства
Superphosphate
Суперфосфат: история, производство и значение фосфорных удобрений для сельского хозяйства. Улучшение урожайности с 1840-х годов! Фосфаты, копролиты, гуано.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
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.
Phosphorus containing fertiliser
Superphosphate is a chemical fertiliser first synthesised in the 1840s by reacting bones with sulfuric acid. The process was subsequently improved by reacting phosphate coprolites with sulfuric acid. Subsequently, other phosphate rich deposits such as phosphorite were discovered and used. Soluble phosphate is an essential nutrient for all plants, and the availability of superphosphate revolutionised agricultural productivity.
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.
The earliest phosphate rich fertilisers were made from guano, animal manure, or crushed bones. He patented the discovery, and in 1842, started producing superphosphate from fossilised dinosaur dung on an industrial scale; this was the first chemical manure produced in the world. Edward Packard, recognising the significance of Lawes' work, converted a mill in Ipswich to produce this new fertiliser from coprolites excavated in the village of Kirton. He moved his operation in the 1850s to Bramford next to a similar new factory operated by Joseph Fisons. These operations were destined to form part of the Fisons fertiliser company. The street where the original mill stood is still called Coprolite Street.
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.
All plants and animals need phosphorus compounds to carry out their normal metabolism even though in the case of plants it may constitute as little as 2% of their dry matter. Superphosphate is relatively cheap compared to other available sources of phosphate. The lower price contributes to its widespread adoption, particularly in developing regions where the costs of agricultural inputs are a significant consideration. and may be generally unavailable to plants except by weathering and through the action of bacterial and the soil microbiome. Leaching of sediments from soil can lead to elevated phosphate concentrations in the receiving watercourse. The addition of phosphorus as super phosphate enables much greater crop yields. In 2021, about 689,916 tonnes of superphosphate were produced with more than half from Poland and substantial amounts from Indonesia, Bangladesh, China and Japan.
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.
All formulations of superphosphate contain a significant proportion of soluble and available phosphate ions which is the key quality that has made them essential for modern agriculture.
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.
Single superphosphate is produced using the traditional method of extraction of phosphate rock with sulfuric acid, an approximate 1:1 mixture of |Ca(H2PO4)2 and |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.
Triple superphosphate is a component of many proprietary fertilisers. It primarily consists of monocalcium phosphate, |Ca(H2PO4)2. It is obtained by treating phosphate rock with phosphoric acid. Many proprietary fertilisers are derived from triple superphosphate, for example by blending with ammonium sulfate and potassium chloride. Typical fertiliser grade triple superphosphate contains 45% |P2O5eq, single superphosphate 20% |P2O5eq. This necessitates careful monitoring and management of soil pH to prevent long term soil degradation. Production and transport produce significant quantities of CO2 amounting in some estimates to 1.2kg/kg for the manufacture of superphosphate and 238 g/kg for transport. Other sources note that assuming all the sulfur for the sulfuric acid is recovered from oil and gas sweetening, and the reaction to produce superphosphate is exothermic: provided that the heat generated is fully re used, the whole cycle may have a negative carbon footprint as low as 518 g/kg for production alone. The availability of suitable phosphate rich rocks is limited and estimates of "peak phosphorus" vary between 30 years from 2022, or somewhere between 2051 and 2092. As the human population increases and the demand for food increases, the availability of superphosphate fertilisers in the future may be less secure, suggesting that alternative sources of phosphate may need to be developed. A significant number of plants, especially those that evolved in Gondwanaland, have a sensitivity to excess phosphorus, getting all that they need from associations with Arbuscular mycorrhiza. Examples of plants that are intolerant of the application of superphosphate include Hakea prostrata and Grevillea crithmifolia. Many terrestrial orchids which rely on mycorrhizal associations may have similar sensitivities to elevated phosphate levels and populations may be suppressed by applications of superphosphate containing fertiliser. Eutrophication of rivers, lakes and the sea has a very well documented link to increasing phosphate concentrations. However, teasing out the contribution made to this problem by the use of superphosphate is difficult because of the wide range of other sources of phosphorus compounds in both human and animal waste streams. Recent issues on the River Wye have been traced back to intensive poultry rearing with the excess phosphate coming from poorly managed chicken manure.