Состояние и некоторые проблемы химии, технологии и эффективности удобрений

Состояние и некоторые проблемы химии, технологии и эффективности удобрений

Доктор технических наук Мельников Леонид Филиппович

Продукция азотно-туковой промышленности не совершенна не только в плане КПД использования сырья, эффективности действия питательных веществ, физико-химических, товарных свойств готовой продукции, но и экологической безопасности окружающей среды, биосферы и почвенного плодородия.

Извлечение фосфора из природного фосфатного сырья кислотными реагентами и получение на этой основе хорошо растворимых минеральных удобрений являются важными приёмами в решении вопросов технологии и повышения качества последних.

Естественно, что для производства удобрений необходимо было подобрать сырьё, найти методы и пути его переработки. Синтез тех или иных удобрений требовал, вместе с тем, глубоких теоретических знаний для решения вопросов инженерно-технического профиля. Химическая наука, её основные законы рождали и совершенствовали инженерно-техническую мысль - в этом суть прогресса. 

Развитие химии удобрений и дальнейшее внедрение её достижений в масштабное производство привели к строительству химических гигантов в Российской Федерации, Центрально-Азиатском регионе и других странах мира. Анализ тенденции развития и функционирования тех или иных рудников, промышленных и сельскохозяйственных предприятий в общемировом формате показывает, что получение целевых продуктов непременно сопровождается образованием огромных количеств жидких, твёрдых и газообразных отходов. Парадоксально, но уже на стадии научных и проектных разработок, а также в силу других причин специфического характера осуществляется планирование отходов, но при этом не прорабатываются методы их обезвреживания и утилизации. Вместо этого проектируются всевозможные шламонакопители, отстойники и другие непопулярные меры: вывоз за территорию предприятий и складирование на неопределённый срок, закачка в буровые скважины, сброс в естественные овраги, реки, моря, атмосферу, сжигание, упаковка в контейнеры и т.д.

Таким образом, рождается новая проблема - экологическая - один из парадоксов хозяйственной деятельности человека. 

В конкретном формате данной проблемы следует отметить, что технологические аспекты существующих производств, структурные особенности и свойства образующихся отходов, показывают разнообразную и богатейшую их химическую природу, при ближайшем рассмотрении которой становится вполне очевидной возможность кооперирования разнородных по своей химической сущности производств. В этом плане мировой опыт организации производств, особенно в химических отраслях, показывает, что для утилизации промышленных отходов лучшие результаты такой кооперации могут быть получены при сочетании предприятий, то есть, когда отходы, тепловые потоки одного из них могут служить сырьём и энергоносителями для другого производства. 

В контексте этой проблемы следует остановиться также на ассортименте и качестве выпускаемых удобрений (аммофос, аммофосфат, карбамид, аммиачная селитра и др.). Все они выпускаются в соответствии с ГОСТом, предусматривающим определённую влажность, прочность гранул, рассеиваемость, слёживаемость, содержание питательных элементов и т.д. На момент отгрузки удобрения с завода, казалось бы, действительно, всё идёт хорошо, но как только эта продукция попадает в хозяйства, оказывается, что не все товарные показатели соответствуют ГОСТу. Аммиачная селитра, карбамид, например, вместо рассыпчатых гранул приобретают форму мешка, монолита. Внести такое удобрение равномерно в почву уже не предоставляется возможным, а потому нередко на поле можно увидеть кое-как раздробленные куски этих удобрений или монолиты в форме мешков где-нибудь в системе поливочных коллекторов. 

Конечно, здесь можно было бы развить полемику по поиску "стрелочника", например, о несоблюдении требований складирования, хранения, плохие погодные условия и т.д. Однако эта проблема имеет место и как бы хозяйственники ни старались, они её не смогут решить, поскольку аммиачная селитра (в соответствии с ГОСТом) выпускается с влажностью не более 0,1%, уберечь которую от влияния относительной влажности воздуха, а стало быть, сохранить сыпучесть практически невозможно.

Вместе с тем, нельзя оставить без внимания и вопросы эффективности применяемых удобрений. Здесь следует отметить, что учёные не только доказали факт крайне низкого коэффициента использования питательных веществ растениями, но и выявили множество факторов, влияющих на эффективность удобрений. Среди этих факторов следует отметить форму питательных веществ, подаваемых в составе удобрений, их растворимость, влияние состава, разности и влажности почв, времени, биологические процессы, особенности почв и т.д. Если взять к примеру удобрения, в которых фосфор представлен в виде аммонийных, хорошо растворимых в воде солей, и удобрения, в которых фосфор представлен в форме кальциевых, магниевых и других фосфатов, плохо растворимых в воде, то эффект от их применения один - КПД не превышает 15-20% от внесённого количества фосфора. Остальные 70-80% фосфора закрепляются почвой, в связи, с чем возникает новая проблема - изыскание способов и средств по раскрепощению и мобилизации закреплённых почвенных фосфатов. Такая же картина просматривается и при применении азотных удобрений, КПД которых не превышает 30-40%, остальная часть этого питательного элемента разлагается, вымывается в подпочвенные горизонты и не только безвозвратно теряется, но и создаёт следующую проблему - экологическую в биосфере. 

Следовательно, форма удобрений и их высокая растворимость, по мнению многих учёных, является некоторым гарантом по обеспечению растений в период роста, развития и созревания доступными питательными веществами, однако высокие потери последних никак не вписываются в рамки экономического и экологического характера. 

Естественно, все эти проблемы не оказывались за пределами внимания исследователей, которые искали всевозможные средства для их решения. В этой связи следует обсудить круг вопросов, посвящённых карбамиду. Дело в том, что карбамид, помимо выполняемой функции удобрения, является хорошим комплексообразователем. Как оказалось, карбамид и его производные активно вступают во взаимодействие со многими минеральными кислотами и солями, комплексные соли которых иногда более растворимы, иногда менее растворимы, но долговечны и менее подвержены разложению, закреплению и вымыванию. На этой основе были получены такие удобрения, как нитрат карбамида, фосфат карбамида, тетракарбамид монокальцийфосфат, различные тукосмеси, кроме того, было установлено, что в присутствии карбамида и его производных увеличивается растворимость фосфатов. Последнее обстоятельство очень важно с точки зрения повышения коэффициента полезного действия фосфора, однако реализовать какую-либо технологию с участием карбамида учёным не удалось по причине неудовлетворительных физико-химических и товарных свойств конечных продуктов.

В мировой научной литературе уделено также большое внимание отходам и веществам гумусовой природы. Анализируя и обсуждая этот материал, совершенно не хочется выискивать какие-либо недостатки, недоделки в каждой конкретной работе. Разумеется, они есть, поскольку - это фрагменты, а фрагменты, как правило, не имеют законченности. Одни авторы, например, изучают состав и строение веществ гумусовой природы; другие разрабатывают методы их активации с помощью различных химических и физических приёмов с целью превращения их в растворимое состояние и дальнейшего использования полученных продуктов в различных отраслях народного хозяйства; третьи - на их основе разрабатывают различные способы получения удобрений, физиологически-, ростактивных веществ, обосновывают полезность как в чистом виде, так и в смеси с различными минеральными солями и удобрениями; четвертые - пытаются обосновать анионо- и катионообменивающие свойства этих препаратов, положительное влияние их на физико-химические и товарные свойства конечных продуктов, почвенные, микробиологические процессы и на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. 

Если же судить в целом, по большому счёту, то хочется выразить глубокое удовлетворение всем авторам, которые, так или иначе, причастны к проблеме повышения эффективности удобрений и мобилизации закреплённых фосфатов и использования для этих целей, в первую очередь, веществ и отходов гумусовой природы. И вот почему. Выдвинутый когда-то и пущенный во всю мощь в ход лозунг - химизация сельского хозяйства из-за чрезмерного старания и диктата той системы с течением времени утратил своё положительное значение и на протяжении многих лет работал не во благо, а во вред. В итоге насильственной химизацией был нанесён колоссальный ущерб окружающей среде и биосфере. Нет смысла повторяться, ибо об этом уже было сказано выше, следует только ещё раз подчеркнуть, что почвы на планете в результате этой акции почти полностью деградировали. Общие потери пахотных земель только за последние 50-60 лет составили на планете более 300 млн. га, а за всю историю земледелия потери превзошли всю площадь всей современной пашни. Совершенно очевидно, что в этом негативном процессе важнейшая роль должна быть отведена потерям гумуса, которые резко снижают устойчивость почв к эрозии, флуктуациям водного режима, химическому засолению и бактериальному загрязнению экосистем. В настоящее время только в СНГ для компенсации ежегодных потерь гумуса пахотными почвами требуется минимально около 1,5 млрд. т органических удобрений, тогда как реальные ресурсы вряд ли превышают 1,0 млрд. т в год. Эти простые примеры подчёркивают актуальность проблемы и трубят о кризисной экологической ситуации на планете.

Резюмируя вышеизложенное необходимо ещё раз подчеркнуть, что интерес учёных и исследователей ко всякого рода промышленным отходам чрезвычайно разнообразен и проявляется от стремления познания их состава, строения, способов переработки в полезные продукты и применения в народном хозяйстве до обоснования концептуального разрешения ряда научных и практических задач, возникающих в макросистеме: "сырьё - отход - удобрительные средства - почва - растение - урожай", и заключающихся или в создании безотходных технологий, или в использовании образующихся отходов в качестве сырья, например, для производства удобрений, ингибиторов, структурантов, физиологически активных и других веществ. 

Однако, несмотря на, казалось бы, очевидную выгоду, которую можно получить, если вовлечь в сферу производства удобрений огромные запасы вторичного и некондиционного сырья, промышленные отходы и вещества гумусовой природы, в нашей стране, к сожалению, до сих пор не решён главный вопрос − немедленная или плановая их утилизация, например, для масштабного производства и применения органических и органоминеральных удобрений, ввиду чего огромные количества жидких, твёрдых и газообразных отходов, которые можно было бы использовать для этих целей, получили прописку в отвалах, статус "сырьё на свалку" и на протяжении многих десятилетий наносят огромный ущерб окружающей среде во всём мире. 

Исправить создавшееся катастрофическое положение, особенно в регионах, где сконцентрирована большая промышленность, можно лишь в одном случае, если в наших странах будут приняты законы об отходах и безотходных технологиях, которые бы обязывали науку, министерства и ведомства при разработке и строительстве тех или иных предприятий в любой отрасли предусматривать обязательную утилизацию или обезвреживание отходов. Реализация выдвинутой концепции и принятие закона об отходах позволят вывести промышленные и сельскохозяйственные отрасли на совершенно новую ступень развития, при которой учёные, производственники, проектировщики, конструкторы и другие специалисты будут решать единую задачу - создание безотходного производства. Это, в свою очередь, позволит нам уберечь окружающую среду от загрязнения, неминуемые отходы превратить в сырьё и значительно повысить КПД использования природных ресурсов. Вместе с тем следует иметь в виду при этом, что прогресс, формируемый по воле и законам человека, не будет вступать в противоречие с законами природы, ибо эти законы − равновесия и гармонии − во все времена останутся самыми совершенными. Для доказательства этого и для обоснования правильности выбранного пути приведём всего лишь один пример.

Россия и другие страны СНГ, как известно, богаты своими лесными массивами. Известно также, что никому ещё не пришла в голову бредовая идея полить лес аммиаком или посыпать аммиачной селитрой и, тем не менее, лес растёт и сам себя воспроизводит. Нет смысла говорить о его пользе - это всем понятно, но, если задаться вопросом, почему и за счёт чего растёт лес, то ответ на этот вопрос можно получить, стоит лишь войти и углубиться в него. От 10-15 см до 1,5 м составляет его органический гумусовый слой, составленный из иголочек, листьев, веточек, кореньев, останков отмерших животных и т.д. Кроме того, этот органический гумусовый слой хорошо удерживает влагу. 

В этой связи, не опровергая напрочь известное изречение Ивана Владимировича Мичурина о том, что мы не можем ждать милостей от природы - взять их у неё наша задача, так вот взять, на наш взгляд, прежде всего, нужно тот путь, на который милостиво указывает нам природа. А путь этот − выращивание сельскохозяйственных культур на органической гумусовой основе. 

Исходя из вышеизложенного, следует основательно пересмотреть существующую политику производства и применения минеральных удобрений в направлении переориентации азотно-туковой промышленности на производство органических, органоминеральных удобрений и физиологически активных препаратов.