07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Производство и потребление минеральных азотных удобрений
 08.09.2012

При возделывании культурных растений пользуются следующими источниками азота: органическими удобрениями, являющимися отходами растениеводства и животноводства, и азотом, получаемым из воздуха, угля и залежей селитры в Чили. Азот воздуха используется главным образом для производства цианамида кальция и синтетического аммиака. Азот из угля получают в виде отходов газового и коксового производства. По статистическим данным, мировое производство азотных удобрений выражается в следующих цифрах:

Производство и потребление минеральных азотных удобрений

За время с 1900 по 1929 г. мировое производство азота возросло с 297 тыс. до 2163,7 тыс. т, а к 1934 г. оно снизилось до 1897, 6 тыс. т. До 1900 г. производство азота ограничивалось разработкой залежей натриевой селитры в Чили и отходами коксового производства; в 1900 г. на натриевую селитру приходилось 2/3 всей добычи азота. С 1900 по 1929 г. производство натриевой селитры возросло с 198 тыс. до 499,3 тыс. т, а к 1934 г. оно снизилось до 130,1 тыс. т. В выработке азотных удобрений из отходов коксового производства после 1913 г. произошло мало изменений, за исключением некоторого понижения в период кризиса. Первая мировая война стимулировала развитие процесса связывания атмосферного азота; вторая мировая война удвоила мощность производства синтетического азота.
В 1900 г. еще не производились ни цианамид кальция, ни синтетический азот. В 1913 г. произведено 21,8 тыс. т синтетического азота, в 1924 г. - 319,9 тыс. т, в 1929 г. - 991,9 тыс. т и в 1934 г. - 1198,7 тыс. т. Производство синтетического азота является единственной отраслью промышленности, которая увеличила выпуск продукции во время кризиса; значение этого роста состоит в том, что он указывает направление развития различных отраслей промышленности.
Распределение мощностей производства азота в 1934 г. и выход продукции в отдельные годы по различным странам показаны в табл. 176.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

Производственная мощность азотной промышленности Германии равна суммарной производственной мощности США, Великобритании и Чили; в этих четырех странах в 1934 г. был сосредоточен 61% мировой производственной мощности и 57% мировой продукции азота. Важно подчеркнуть, что производство азота в 1934 г. составляло в Германии 52%, в Чили - 25%, в США и Великобритании - 80% от производства 1929 г. За тот же самый период производство азота сильно увеличилось во Франции, Японии, Бельгии, Советском Союзе, Италии и Голландии и слегка сократилось в Норвегии.
После первой мировой войны начался быстрый рост производства азота в США. Выработка азота из отходов угля зависит от применения угля, и те изменения, которые наблюдаются в продукции этой формы азота, видимо, отражают изменения в производстве кокса и газа из угля. В 1943 г. в США было получено 166,5 тыс. т азота из отходов производства.
В 1914 г. в США не производился синтетический азот, а уже к 1935 г. производство синтетического азота достигло 158 422 т, тогда как из угля было получено всего 104625 т. В 1944 г. производство синтетического азота в США равнялось 1067490 т.
Синтетический аммиак образуется под высоким давлением из водорода и азота в присутствии некоторых веществ, катализирующих эту реакцию. После 1930 г. свыше 50% мирового производства азота приходится на долю аммиака, полученного этим способом. Синтетический аммиак можно превратить в мочевину и нитратный азот или использовать его для производства фосфорнокислого аммония и аммиачной селитры. Его используют также для аммонизации суперфосфата. В 1934 г. в США действовали 2 крупных и 6 мелких заводов синтетического азота; в настоящее время там имеется около 23 заводов.
Для получения нитратного азота синтетический аммиак сжигают над платиновой сеткой. Нитратный азот используют для производства аммиачной и натриевой селитры.
Нитратный азот можно получить и прямым способом, соединяя кислород и азот при помощи вольтовой дуги. Нитратный азот растворяют в воде и затем соединяют его с натрием, кальцием или аммиаком для получения натриевой, кальциевой или аммиачной селитры. Этот процесс требует большого расхода электроэнергии и крупных капиталовложений в быстро изнашивающееся заводское оборудование. США не имеют заводов такого типа.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

Превращение синтетического аммиака в твердые удобрения представляет собой трудно разрешимую проблему. Кальциевая селитра ввиду низкого содержания азота, пока она достигнет фермы, становится дорогим удобрением, а вследствие поглощения ею влаги из воздуха ее трудно вносить в почву.
Низкое содержание азота в натриевой селитре делает и ее дорогим источником азота. Натрий, входящий в состав натриевой селитры, также удорожает ее стоимость. По этой причине производство синтетической натриевой селитры может быть ограничено производством соды, являющейся отходом других отраслей промышленности. Поскольку натрий, содержащийся в натриевой селитре, важен для некоторых культур, повышенная стоимость натриевой селитры может оправдать такую цену, которая сделает выгодным производство натрия специально для этой цели.
Мочевина и аммиачная селитра являются двумя наиболее дешевыми источниками азота в твердой форме, которые можно получить из синтетического аммиака; оба этих удобрения поглощают воду из воздуха, что придает им плохие физические свойства. Однако плохие физические свойства аммиачной селитры могут быть улучшены путем:
а) превращения мелких кристаллов аммиачной селитры в крупные гранулы, или производства крупнокристаллической аммиачной селитры;
б) покрытия частиц аммиачной селитры оболочкой из 0,5%-ной смеси вазелинового масла, канифоли и парафинового масла и последующего смешения их с 3-4% глинистых частиц;
в) упаковки и транспортировки аммиачной селитры при температурах ниже 37,8° в мешках из непромокаемого материала;
г) избежания долгого хранения аммиачной селитры летом и весной.
Можно производить смеси аммиачной селитры с доломитом, обладающие
хорошими физическими свойствами, но они не находят особенно широкого применения, так как из-за низкого содержания азота относительно дорого обходятся фермерам.
Натриевую селитру добывают выщелачиванием азотнокислого натрия из низкопроцентных залежей с последующим выпариванием воды. Снижение добычи чилийской селитры с 67% мировой добычи в 1900 г. до 7% в 1934 г., возможно, объясняется тем, что при таком способе добычи она обходится довольно дорого.
Цианамид кальция получают путем обработки карбида кальция газообразным азотом при 1000°. Карбид кальция образуется при нагревании смеси кокса с известняком. Производство цианамида кальция ограничивается большими затратами энергии на выработку карбида кальция и высокой стоимостью заводского оборудования. Правительство Соединенных Штатов выстроило цианамидный завод в Масл-Шолсе, Алабама, во время первой мировой войны, но завод этот никогда не работал и был частично демонтирован. Применяемый в США цианамид кальция производится главным образом у Ниагарского водопада в Онтарио, Канада.
Аммиачный азот, получаемый из промышленных отходов, улавливают водой или серной кислотой при производстве кокса и газа. В США в настоящее время улавливается свыше 96% аммиака, образующегося при коксовом производстве. Из каждой тонны угля может быть получено 11 кг азота в виде побочного продукта. От 80 до 85% азота, получаемого из промышленных отходов, поступает в продажу в виде сульфата аммония. В 1934 г. азот из угля получали на 77 заводах. Азот, получаемый из угля, является побочным продуктом, производство же кокса и газа из угля будет продолжаться независимо от того, улавливается или теряется азот из угля.
Фактически стоимость получения азота из промышленных отходов сводится к затратам на улавливание аммиака. Азот, получаемый из промышленных отходов, обычно продается с одинаковым успехом как во время кризисов, так и в период процветания благодаря отсутствию прямых затрат на производство аммиака. Во время кризисов получение азота из промышленных отходов хотя и сокращается немного, но все же может продолжаться без серьезных перебоев, тогда как на заводах синтетического азота в это время может произойти серьезное снижение производства азота вследствие того, что оно требует прямых затрат на производство аммиака.
Предполагалось, что получение аммиака из промышленных отходов стоит столько же, сколько и производство аммиака из азота и водорода. Если это верно, то в ближайшем будущем придется отказаться от получения аммиака из отходов, за исключением таких условий, когда его нельзя выпускать в воздух или в реки. Однако использование энергии и угля для производства синтетического аммиака, в то время как аммиак отходов теряется понапрасну, будет причинять экономический ущерб государству.
В 1953 г. Соединенные Штаты импортировали примерно 50% от производившегося в стране количества азота (табл. 177). Если учесть экспорт азота, то получится, что около 3/4 потребляемого азота производилось внутри страны.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

За время с 1880 по 1932 г. произошли заметные изменения в источниках азота, используемых для производства смешанных удобрений (табл. 178). В 1880 г. азот в смешанных удобрениях был на 88% представлен органическими формами, а в 1932 г. - всего на 18%. Органические формы азота включают хлопковый жмых и муку из отходов скотобоен, кормовая ценность которых в последние годы была значительно выше их удобрительной ценности. Сильно возросло использование аммиака и его солей: от ничтожного количества в 1880 г. до 68,6% от суммы всех удобрений в 1932 г. В 1932 г. основной формой аммиачного азота был сульфат аммония. После 1920 г. доля цианамида кальция, аммиачной селитры и мочевины в азоте смешанных удобрений возросла до 11%. Нитратный азот вводили в смешанные удобрения главным образом в виде аммиачной селитры.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

В 1939-1940 гг. в Соединенных Штатах непосредственно фермерам было продано натриевой селитры больше, чем всех других форм азотных удобрений (табл. 179). На Юге же непосредственно фермерам было продано натриевой селитры почти в два раза больше, чем всех других форм азотных удобрений, вместе взятых.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

Данные о потреблении азота в смешанных и односторонних азотных удобрениях приведены в табл. 180. Применение односторонних азотных удобрений увеличилось с 35% от общего количества азотных удобрений в 1925/26 г. до 46% в 1940/41 г. Азотные удобрения, отнесенные к примененным в чистом виде, были использованы для приготовления смешанных удобрений в хозяйстве, для подкормки и предпосевного внесения.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

По-видимому, при существовавших в недавнее время относительно благоприятных ценах на односторонние удобрения по сравнению со смешанными удобрениями свыше 50% азота может быть закуплено в виде односторонних удобрений. Если разница между стоимостью удобрений, смешиваемых в хозяйстве и на заводе, возрастает, то будут покупать больше односторонних и меньше смешанных удобрений; если разница будет уменьшаться, то уменьшится и покупка односторонних удобрений. Очевидно, производство смешанных удобрений может расшириться за счет выпуска высокопроцентных удобрений, в которых элементы питания стоят дешевле.
Воздух содержит примерно 78% азота. Над каждым квадратным километром земной поверхности находится такое количество азота, из которого можно получить около 135 млн. т натриевой селитры. Содержащийся в воздухе азот не связан ни с каким другим химическим элементом, вследствие чего культурные растения не могут усваивать его. Азот воздуха могут усваивать определенные виды бактерий, живущих в клубеньках на корнях бобовых растений и в органическом веществе почвы. Атмосферный азот должен соединиться с другими элементами, для того чтобы культурные растения могли использовать его.
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

В азотном производстве строительные и эксплуатационные расходы на извлечение из воздуха 1 кг азота и соединение его с другими элементами для перевода в усвояемую для растений форму выражаются в следующих цифрах:
Производство и потребление минеральных азотных удобрений

Для вычисления цены, уплачиваемой фермерами, нужно к приведенной выше стоимости добавить прибыль и транспортные расходы. Так как розничная цена азота в односторонних удобрениях обычно колеблется между 18 и 26 центами за 1 кг, то приведенные выше данные заставляют предполагать, что развитие азотнотуковой промышленности пойдет преимущественно по линии производства аммиачного азота. Стоимость превращения 1 кг аммиачного азота в нитратный, по неофициальным данным, равна примерно 2,2 цента. Действующие цианамидные заводы могут продолжать работать, но, по всей вероятности, не предполагается строительства новых цианамидных заводов. Заводы по производству нитратного азота могут прекратить работу, если они до сих пор не сделали этого.