СОСТАВ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ NPК-УДОБРЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ

АННОТАЦИЯ

В работе изучен состав и свойства (температура кристаллизации, плотность, вязкость) жидких NPK-удобрений, полученных на основе аммонизации смеси из экстракционной фосфорной и азотной кислот до 4.51, 5.5, 6.5 с последующей добавкой в нитраммофосную пульпу хлорида калия. Показано, что жидкие NPK-удобрения со значением рН=6.5 и массовыми соотношениями N:P₂O₅:K₂O=1:0.5:0.3; 1:0.7:0.5 и 1:1:1 содержат от 8.66% до 12.96% N, от 6.48% до 8.67% P₂O_5общ. и от 3,89% до 8,67% K₂O. Коэффициент усвоения фосфора находится в диапазоне P₂O_5усв.:P₂O_5общ. = 96.26-99.12%, а P₂O_5водн.:P₂O_5общ. 88.40-94.62%. При этом пульпы жидкотекучие и легко транспортируются без каких-либо ограничений.

ABSTRACT

The work studies the composition and properties (crystallization temperature, density, viscosity) of liquid NPK fertilizers obtained by ammonization of a mixture of wet-process phosphoric and nitric acids to 4.51, 5.5, 6.5 with subsequent addition of potassium chloride to the nitramfossa pulp. It has been shown that liquid NPK-fertilizers with a pH value of 6.5 and mass ratios N:P₂O₅:K₂O=1:0.5:0.3; 1:0.7:0.5 and 1:1:1 contain from 8.66% to 12.96% N, from 6.48% to 8.67% P₂O_5total and from 3.89% to 8.67% K₂O. The phosphorus assimilation coefficient is in the range P₂O_5assim.:P₂O_5total = 96.26-99.12%, and P₂O_5aq.:P₂O_5total 88.40-94.62%. At the same time, the pulps are fluid and easily transported without any restrictions.

Ключевые слова: экстракционная фосфорная и азотная кислота, аммонизация, NPK-удобрения, состав, температура кристаллизации, плотность, вязкость.

Keywords: wet-process phosphoric and nitric acids, ammonization, NPK-fertilizers, composition, crystallization temperature, density, viscosity.

Минеральные удобрения, особенно азот (N) и фосфор (P), повышают урожайность зерновых, улучшая доступность питательных веществ в почве. Сбалансированное внесение N и P увеличивает урожай пшеницы на почвах с умеренным содержанием P₂O₅ (30-50 мг/кг) [1]. Азот служит ключевым элементом в удобрении пшеницы, причем обработки N120 дают превосходные результаты по сравнению с применением только фосфора, хотя их комбинированное использование (N×P) обеспечивает синергетический эффект в плане повышения урожайности культуры и плодородия почвы [2]. Более того, важны методы внесения удобрений; рядковое внесение не только улучшило доступность фосфатов, но и значительно повысила урожайность пшеницы, достигнув увеличения до 42% по сравнению с контрольными вариантами [3]. Помимо урожайности, минеральные удобрения также улучшили качество урожая - содержание белка, клейковины и крахмала - в сочетании с известкованием, демонстрируя улучшение почвенных условий и биологической активности [4]. Кроме того, сочетание минеральных и биоудобрений увеличило урожайность зерна и усвоение питательных веществ, при этом экономический анализ подтвердил рентабельность таких подходов [5]. Эти результаты подчеркивают ключевую роль минеральных удобрений в обеспечении устойчивой сельскохозяйственной продуктивности и важность для максимизации урожайности, так и для сохранения здоровья почвы.

Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) — это концентрированные растворы азота, фосфора, калия и микроэлементов, которые обеспечивают высокое усвоение питательных веществ [6]. Исследования показывают, что ЖКУ превосходят гранулированные удобрения по усвоению и значительно влияют на урожайность сельскохозяйственных культур. В полевых испытаниях внекорневое внесение жидких NPK-удобрений увеличило урожайность кукурузы на 9,10 т/га с коэффициентом экономической отдачи (R/C) 3.55, что подчеркивает их агрономическую и финансовую целесообразность. [7]. В другой работе выявлено, что урожайность кукурузы на аллювиальных почвах достигла пика в 4,83 т/га при сочетании 150 кг/га NPK Phonska с органическим жидким удобрением C.glomerata, повышая агрономическую эффективность до 21.81% [8]. Кроме того, применение ЖКУ при выращивании риса на мелководных заболоченных участках ускорило цветение и максимизировало урожайность до 4,2 т/га, особенно при применении их концентрации 9% с повышенной частотой [9]. Эти результаты совпадают с данными аналогов, где применение жидких NPK увеличила урожай кукурузы на 25-30% и снизила вымывание нитратов на 40%. В совокупности, эти данные подчеркивают преобразующий потенциал ЖКУ в повышении урожайности, эффективности использования питательных веществ и экологической устойчивости сельского хозяйства.

Целью настоящей работы – изучение процесса получения ЖКУ на основе смеси азотной и экстракционной фосфорной кислот, а также их физико-химических свойств.

Методы и материалы. В работе применяли экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК, 16,46% P₂O₅) производства АО «Ammofos-Maxam», 57%-ную HNO₃ и газообразный NH₃ производства АО «Maxam-Chirchiq». Процесс аммонизации смеси кислот проводили в специальном реакторе до достижения значений pH= 4,5; 5,5 и 6,5. Контроль pH аммонизированных смесей осуществляли с помощью иономера марки И-130М. Для получения жидких NPK-удобрений марок N:P₂O₅:K₂O=1:0.5:0.3; 1:0.7:0.5 и 1:1:1 в полученную нитроаммофосную пульпу вводили кристаллический хлорид калия (60% K₂O) и перемешивали до достижения однородного состава. После аммонизации продукты анализировали на содержание N_общ., общего, водорастворимого, усвояемого фосфора (P₂O_5общ., P₂O_5водн., P₂O_5усв.) и калия (K₂O) по стандартным методикам [10]. Температуру кристаллизации образцов ЖКУ определяли визуально, плотность - пикнометрическим методом, а вязкость - капиллярным вискозиметром ВПЖ-2 в диапазоне температур 30-80 °С.

Результаты и обсуждение. На рис. 1 представлена температура кристаллизации образцов ЖКУ в зависимости от рН среды и массового соотношения N:P₂O₅.

Рисунок 1. Температура кристаллизации жидких NPK-удобрений

Выявлено, что при повышенных значениях рН образование кристаллов в пульпе происходит при относительно низких температурах. Например, при диапазоне N:P₂O₅:К₂О=1:0.5:0.3-1 и рН=4.5, температура кристаллизации ЖКУ находится в пределах от +16.2 до +22.4°C. При рН=5.5 этот показатель составляет примерно от +8.3 до +21.9°C, а при рН=6.5 - от +7 до 19°C.

Из данных рис. 1 следует, что ЖКУ со значениями рН 5.5 и 6.5 являются более благоприятными для хранения и применения в осенне-весенний период в климатических условиях Центральной Азии.

Состав образцов жидких NPK-удобрений приведены в табл. 1

Таблица 1.

Химический состав жидких уравновешенных NPK-удобрений

Из неё видно, что чем выше pH, чем меньше содержание влажности в ЖКУ. Для исследуемых соотношений N:P₂O₅:K₂O и рН=6.5 состав жидких удобрений выглядит следующим образом: содержание N колеблется в пределах от 8.66% до 12.96%, P₂O_5общ. - от 6.48% до 8.67%, K₂O - от 3,89% до 8,67%. Коэффициент усвоения фосфора находится в диапазоне P₂O_5усв.:P₂O_5общ. =96.26-99.12%, а P₂O_5водн.:P₂O_5общ. 88.40-94.62%.

Реологические характеристики (плотность и вязкость) представлены на рис. 2. Результаты показывают, что при изученных температурах (30-80°С) жидкие NРK-удобрения со значением рН=5.5 и соотношения N:P₂O₅:K₂O=1:0.5:0.3 имеют плотность 1.299-1.273 г/см³ и вязкость 3.93-2.63 сПз, при N:P₂O₅:K₂O=1:0.7:0.5 – 1.310-1.284 г/см³ и 4.24-2.72 сПз, при N:P₂O₅:K₂O=1:1:1 – 1.325-1.297 г/см³ и 4.55-3.18 сПз, соответственно.

Рисунок 2. Плотность и вязкость ЖКУ при рН= 5.5 и 6.5

При таких соотношениях N:P₂O₅:K₂O и температурах для значения рН = 6.5 плотность и вязкость жидких NРK-удобрений колеблется в пределах 1.290-1.260 г/см³ и 4,62-2,98 сПз, 1,311-1,297 г/см³ и 5,00-3,43 сПз, 1,326-1,294 г/см³ и 5,57-3,60 сПз, соответственно.

Заключение

Основные выводы можно сформулировать следующим образом:

Повышение pH с 4.51 до 6.5 способствует снижению влажности ЖКУ (на 2–3%) за счёт усиления связывания воды ионами в нейтральной среде. Рост pH значительно увеличивает растворимость фосфора: от 93.46% при pH= 4.51 до 99.12% при pH= 6.5 (для N:P₂O₅:K₂O = 1:1:1), что увеличивает биодоступность питательных элементов для растений. Увеличение доли N, P₂O₅ и K₂O в составе (1:0.5:0.3 → 1:1:1) хотя снижает долю азота, но приводит к росту фосфора и калия. Это оптимизирует баланс питательных веществ, особенно в почвах с дефицитом фосфора и калия. Соотношение 1:1:1 демонстрирует максимальную стабильность параметров, таких как влажность (41.23%) и растворимость фосфора (99.12%). Повышение температуры и уменьшение массового соотношения N:P₂O₅:K₂O значительно влияет как на плотность, так и вязкость ЖКУ. Более высокие значения pH (6.56) приводят к увеличению вязкости по сравнению с более кислыми растворами.

Таким образом, это открывает возможность для разработки адаптивных формул, учитывающих специфику почв и климатических условий.

Список литературы:

1. Волынкина О.В. Урожайность яровой пшеницы и качество зерна при эффективном применении минеральных удобрений // Агрохимия. - 2024. - №8. - C. 27-36.
2. Ceclan O. A. et al. The influence of mineral fertilization and rotation in winter wheat (triticum aestivum) crop // Life science and sustainable development. – 2024. – Т. 5. – №. 2. – С. 72-77.
3. Галеева Л. П. Влияние минеральных удобрений на фосфатный фонд чернозёма выщелоченного и продуктивность зерновых культур // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). – 2024. – №. 2. – С. 25-36.
4. Svirina V. A., Chernogaev V. G. Influence of mineral fertilizers and liming on the dynamics of CO₂ emissions, crop yield and quality of crop products of crop rotation link // Vestnik Rossijskoj selʹskohozyajstvennoj nauki. – 2024. – №. 5. – С. 45-50.
5. Gomaa F. Impact of Combining Mineral and Biofertilizers on Bread Wheat (Triticum aestivum vulgare L.) Yield and its Economic Viability // Journal of Plant Production. – 2024. – Т. 15. – №. 9. – С. 485-494.
6. Ганиева Н. М. К. и др. Состав суспендированных жидких комплексных удобрений на основе Кызылкумской аммофосной пульпы и нитрата аммония // Universum: технические науки. – 2021. №. 2-3 (83). - С. 14-18.
7. Arifin Z. The effect of liquid NPK fertilizing on corn plants // AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing, 2019. – Т. 2120. – №. 1.
8. Munir J. The application of organic liquid fertilizer C. glomerata and NPK Phonska to enhance agronomic efficiency in maize cultivation on Alluvial soil // Sains Tanah. – 2024. – Т. 21. – №. 1. – С. 74-82.
9. Sumardi S. et al. Evaluation of the application of NPK liquid fertilizer on the growth performance and yield of the UBPR-6 rice line in shallow swampy areas // Jurnal Agroqua: Media Informasi Agronomidan Budidaya Perairan. – 2024. – Т. 22. – №. 2.
10. Винник М.М. и др. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов – М.:Химия, 1975. - 218 с.