ÚVOD. Hlízkové bakterie Bobovité Mořští. Bradyrhyzobium japonicum Jetel luční ptáci

Transkript

1 ÚVOD Hlízkové bakterie Bobovité Mořští Bradyrhyzobium japonicum Jetel luční ptáci

2 Guano je mineralizovaný trus mořských ptáků, živících se rybami. GUANO

3

4 Běžná dávka kombinovaného hnojiva je kg na hektar a rok.

5 Lovochemie Ledek amonný s dolomitem 400 kt/rok Kapalná hnojiva 150 kt/rok NPK 70 kt/rok Ledek vápenatý 40 kt/rok Superfosfát 0

6

7

8

9

10

11 Dnes superfosfáty zastaveny Apatity se vzhledem k nízké rozpustnosti jako hnojivo nehodí. Nejstarší fosforečná hnojiva byla založena na evropských surovinách. Na počátku 19. století se používaly kosti (v podstatě je hydroxylapatit), na které se působilo kyselinou sírovou, čímž se získal předchůdce superfosfátu. (Ovocnému stromoví od večeře kosti K.J.Erben: Štědrý večer.) Ve druhé polovině 19. století se objevilo, že fosfor z železná rudy se shromažďuje v zásadité ocelárenské strusce. Rozdrcená struska, tzv. Thomasova moučka byl převážně Ca 3 (PO 4 ) 2 v částečně rozpustné formě. Obsahovala však zpravidla též významné množství nežádoucích těžkých kovů. Superfosfáty, vyrobené jednoduše nalitím kyseliny sírové na rozemletý apatit a strouháním vzniklého ztuhlého kašovitého produktu, se staly po sto let hlavním fosforečným hnojivem s obsahem okolo 20% P 2 O 5. Od roku 1960 se už nestaví nové výrobny superfosfátu a většina starých již je odstavena. K rozkladu fosfátů se hodila jakákoliv kyselina, takže se výrobny hnojiv často stavěly vedle provozů, z nichž odpadaly zředěné a znečištěné kyseliny např. vyčerpaná nitrační nebo sulfonační směs.

12

13

14

15 LEDEK AMONNÝ S VÁPENCEM PŘÍMÁ NEUTRALIZACE HLAVNÍ VÝROBA V LOVOCHEMII

16 Ledek amonný s vápencem Při rozkladu apatitu kyselinou dusičnou vzniká kyselá nitrosulfátová břečka, obsahující většinu iontů v roztoku. Neutralizací amoniakem by však došlo k retrogradaci tj. zmíněnému zpětnému vytvoření nerozpustného apatitu. Proto je třeba aspoň zčásti odstranit vápenaté ionty, nejlépe na základě vyloučení krystalů Ca(NO 3 ) 2 při nízkých teplotách. V Lovosicích se to provádí originální vymrazovací technologií, kdy se břečka ochlazuje přímým stykem z hluboce chlazeným benzínem. Filtrací se pak krystaly odstraní a dalším působením amoniaku a oxidu uhličitého se z nich získá dusíkem bohaté hnojivo Ca(NO 3 ) 2 + CO 2 + 2NH 3 + H 2 O? 2NH 4 NO 3 + CaCO 3, ledek amonný s vápencem. Vymražená břečka se po neutralizaci amoniakem a případném dodání dalších dusíkatých, draselných a stopových složek dá buďto granulovat, nebo se dá distribuovat jako kapalné hnojivo. Kapalná hnojiva se obtížněji dopravují a skladují, na druhé straně se snáze dávkují na pole. Větší farmy mají někdy vlastní, sezónně pracující mísírny kapalných hnojiv, nebo hnojiva dokonce připravují v pojízdných cisternách přímo na polích.

17 Sušení a granulace Sušení se provádí současně s granulací v granulační sušárně, což je například rotující šikmý válec metrového průměru o délce 10 m, kam se břečka nastřikuje na vrstvu suchého prachového produktu. Kapky břečky na sebe nabalují prach a vznikají granulované částice velikosti drobné rýže. Sušárnou proudí horké spalné plyny, které přesýpající se granulát vysuší. Na sítech se po usušení vytřídí příliš velké a příliš malé granule, které se semelou a vrátí jako prach do granulační sušárny. Granulovaná hnojiva se dobře skladují, při mírném zvlhnutí se příliš neslepují a dají se rozmetači dosti rovnoměrně rozsypávat na pole. Skladování je podstatné, protože hnojiva se dají aplikovat na pole jen v krátce vymezených obdobích roku, zatímco velké průmyslové výroby běží nepřetržitě.

18

19

20

21

22

23

24 NPK kyselá břečka NH 3 NH 3 NH 3 KCl NEUTRALIZAČNÍ REAKTORY neutralizovaná břečka SUŠÁRNA GRANULÁTOR spalné plyny horký vzduch suchý granulát SÍTA DRTIČ vratný prach (retour) tříděný granulát hnojiva Rozkladem mletého apatitu zředěnějšími kyselinami vzniká suspenze, která se technicky nazývá břečka. Dnes je tendence užít většího množství kyseliny a kyselou břečku potom neutralizovat plynným amoniakem. Provádí se zaváděním amoniaku ke dnu intenzivně promíchávané nádoby. Exotermní neutralizace způsobuje, že se z břečky odpařuje část vody. Vodíkové kationty jsou nahrazovány NH 4, hnojivo získává žádoucí dusíkatou složku a ph se dostává na úroveň vhodnou pro aplikaci hnojiv na půdu a rostliny. Zvýšením ph hrozí, že se ionty přeskupí i zpět na nerozpustný apatit. Proto je nutno provádět reakci rychle a vzniklé hnojivo rychle usušit. Velmi často se předtím do břečky přidává i draselná sůl, KCl, čímž se vytváří kombinované NPK hnojivo, obsahující všechny základní složky živin. Jinak je možno dodávat draslík i jako K 2 SO 4, KNO 3 nebo K 2 CO 3, pokud jsou dostupné v přijatelné ceně.

25

26 Speciální hnojiva Speciální, a samozřejmě dražší (např. zahrádkářská) kombinovaná hnojiva se míchají z jednotlivých chemikálií, draslík se často dodává ve formě potaše, K 2 CO 3, aby se vyloučily zbytečné a někdy dokonce škodlivé chloridové kationty. Fosfor se sem přináší jako trojitý superfosfát, Ca(H 2 PO 4 ) 2, nebo lépe s dusíkem jako (NH 4 ) 3 PO 4. Někdy se přidává i síra v elementární formě.

27 Lovochemie Ledek amonný s dolomitem 400 kt/rok Kapalná hnojiva 150 kt/rok NPK 70 kt/rok Ledek vápenatý 40 kt/rok Superfosfát 0

28 Minerální hnojiva Potřeba chemických látek v živé přírodě Hlavní stavební prvky rostlin jsou tvořeny celulózou a ligninem, zásobními látkami jsou cukry a tuky, tedy látky, obsahující jen uhlík, kyslík a vodík. Sušina rostlin je těmito prvky tvořena z 95%, při růstu si je rostliny berou z vody a oxidu uhličitého. Pro kvalifikovanou speciální činnost buněk však jsou důležité i další prvky, 2% N, 1% K, 0,5% P. 0,6% Ca, 0,4% S, 0,3% Mg a další tzv. stopové prvky. Tyto látky se v přírodním koloběhu dostávají rostlinám prostřednictvím půdního humusu z odumřelého biologického materiálu, při intenzivním zemědělství však je o jejich obsah půda soustavně ochuzována. Problémem jsou především prvky N, P a K, které se dodávají pomocí minerálních hnojiv. Na míru se podle typu půdy a požadavků pěstované plodiny připravují hnojiva s obsahem dalších prvků, včetně stopových. Kvantitativní množství živin se vyjadřuje u dusíku jednoduše, potřebný fosfor se ale přepočítává na odpovídající množství P 2 O 5 a draslík se přepočítává na množství K 2 O. U fosforu je někdy účelné ještě rozlišit P 2 O 5 ve formě rozpustné ve vodě a ve formě rozpustné ve slabé kyselině citronové (mající podobné účinky jako huminové kyseliny v půdě). Např. na vytvoření 1 kg pšeničného zrna je potřebné 18 g N, 10 g P 2 O 5 a 5 g K 2 O, znamená to, že se musí dodat 18 g rostlinám dostupného vázaného dusíku (například prostřednictvím 21,9 g amoniaku), 10 g P 2 O 5 znamená 4,4 g P vázaného v rozpustných fosforečnanech (například prostřednictvím 17,8 g Ca(H 2 PO 4 ) 2. H 2 O ), a 5 g K 2 O znamená 4,2 g kationu K (například prostřednictvím 8,1 g KCl ). Toto množství musíme ročně dodat do asi 2,5 m 2 půdy, na němž se produkuje 1 kg pšeničného zrna. Složení kombinovaných N-P-K hnojiv se vyjadřuje trojicí číslic, vyjadřujících procentický obsah N, P 2 O 5 a K 2 O. Např. hnojivo značené jako NPK označuje materiál, obsahujících ve 100kg : 9 kg dusíku, tolik fosforu jako je v 15 kg P 2 O 5 a tolik draslíku jako je v 21 kg K 2 O. Použitím kombinovaných hnojiv a jim přizpůsobených odrůd se hektarové výnosy základních zemědělských plodin (obilniny, brambory) za posledních sto let ztrojnásobily a proto se v rozvinutých zemích snižují osevní plochy. V roce 2003 se v ČR dodalo minerálními hnojivy na 1 ha zemědělské půdy 76 kg N, 15 kg P 2 O 5 a 11 kg K 2 O. Výměra zemědělské půdy přitom byla 4,3 miliony ha; z toho orná půda 3,1 miliony ha zbytek hlavně louky a pastviny. Fosforečná a kombinovaná hnojiva Apatity se vzhledem k nízké rozpustnosti jako hnojivo nehodí. Nejstarší fosforečná hnojiva byla založena na evropských surovinách. Na počátku 19. století se používaly kosti (v podstatě je hydroxylapatit), na které se působilo kyselinou sírovou, čímž se získal předchůdce superfosfátu. (Ovocnému stromoví od večeře kosti K.J.Erben: Štědrý večer.) Ve druhé polovině 19. století se objevilo, že fosfor z železná rudy se shromažďuje v zásadité ocelárenské strusce. Rozdrcená struska, tzv. Thomasova moučka byl převážně Ca 3 (PO 4 ) 2 v částečně rozpustné formě. Obsahovala však zpravidla též významné množství nežádoucích těžkých kovů. Superfosfáty, vyrobené jednoduše nalitím kyseliny sírové na rozemletý apatit a strouháním vzniklého ztuhlého kašovitého produktu, se staly po sto let hlavním fosforečným hnojivem s obsahem okolo 20% P 2 O 5. Od roku 1960 se už nestaví nové výrobny superfosfátu a většina starých již je odstavena. K rozkladu fosfátů se hodila jakákoliv kyselina, takže se výrobny hnojiv často stavěly vedle provozů, z nichž odpadaly zředěné a znečištěné kyseliny např. vyčerpaná nitrační nebo sulfonační směs. Rozkladem mletého apatitu zředěnějšími kyselinami vzniká suspenze, která se technicky nazývá břečka. Dnes je tendence užít většího množství kyseliny a kyselou břečku

29 potom neutralizovat plynným amoniakem. Provádí se zaváděním amoniaku ke dnu intenzivně promíchávané nádoby. Exotermní neutralizace způsobuje, že se z břečky odpařuje část vody. Vodíkové kationty jsou nahrazovány NH 4, hnojivo získává žádoucí dusíkatou složku a ph se kyselá břečka NH 3 NH 3 NH 3 NEUTRALIZAČNÍ REAKTORY spalné plyny horký vzduch suchý granulát SÍTA tříděný granulát hnojiva SUŠÁRNA GRANULÁTOR DRTIČ KCl neutralizovaná břečka vratný prach (retour) dostává na úroveň vhodnou pro aplikaci hnojiv na půdu a rostliny. Zvýšením ph hrozí, že se ionty přeskupí i zpět na nerozpustný apatit. Proto je nutno provádět reakci rychle a vzniklé hnojivo rychle usušit. Velmi často se předtím do břečky přidává i draselná sůl, KCl, čímž se vytváří kombinované NPK hnojivo, obsahující všechny základní složky živin. Jinak je možno dodávat draslík i jako K 2 SO 4, KNO 3 nebo K 2 CO 3, pokud jsou dostupné v přijatelné ceně. Různé plodiny potřebují různá množství živin. Rostliny pěstované na list (tráva, salát apod.) vyčerpávají především dusík, tam, kde rozhodují květy a plody, je vyšší spotřeba fosforu a draslíku. Běžná dávka kombinovaného hnojiva je kg na hektar a rok. Sušení se provádí současně s granulací v granulační sušárně, což je například rotující šikmý válec metrového průměru o délce 10 m, kam se břečka nastřikuje na vrstvu suchého prachového produktu. Kapky břečky na sebe nabalují prach a vznikají granulované částice velikosti drobné rýže. Sušárnou proudí horké spalné plyny, které přesýpající se granulát vysuší. Na sítech se po usušení vytřídí příliš velké a příliš malé granule, které se semelou a vrátí jako prach do granulační sušárny. Granulovaná hnojiva se dobře skladují, při mírném zvlhnutí se příliš neslepují a dají se rozmetači dosti rovnoměrně rozsypávat na pole. Skladování je podstatné, protože hnojiva se dají aplikovat na pole jen v krátce vymezených obdobích roku, zatímco velké průmyslové výroby běží nepřetržitě. Při rozkladu apatitu kyselinou dusičnou vzniká kyselá nitrosulfátová břečka, obsahující většinu iontů v roztoku. Neutralizací amoniakem by však došlo k retrogradaci tj. zmíněnému zpětnému vytvoření nerozpustného apatitu. Proto je třeba aspoň zčásti odstranit vápenaté ionty, nejlépe na základě vyloučení krystalů Ca(NO 3 ) 2 při nízkých teplotách. V Lovosicích se to provádí originální vymrazovací technologií, kdy se břečka ochlazuje přímým stykem z hluboce chlazeným benzínem. Filtrací se pak krystaly odstraní a dalším působením amoniaku a oxidu uhličitého se z nich získá dusíkem bohaté hnojivo Ca(NO 3 ) 2 + CO 2 + 2NH 3 + H 2 O 2NH 4 NO 3 + CaCO 3, ledek amonný s vápencem. Vymražená břečka se po neutralizaci amoniakem a případném dodání dalších dusíkatých, draselných a stopových složek dá buďto granulovat, nebo se dá distribuovat jako kapalné hnojivo. Kapalná hnojiva se obtížněji dopravují a skladují, na druhé straně se snáze dávkují na pole. Větší farmy mají někdy vlastní, sezónně pracující mísírny kapalných hnojiv, nebo hnojiva dokonce připravují v pojízdných cisternách přímo na polích. Speciální, a samozřejmě dražší (např. zahrádkářská) kombinovaná hnojiva se míchají z jednotlivých chemikálií, draslík se často dodává ve formě potaše, K 2 CO 3, aby se vyloučily zbytečné a někdy dokonce škodlivé chloridové kationty. Fosfor se sem přináší jako trojitý superfosfát, Ca(H 2 PO 4 ) 2, nebo lépe s dusíkem jako (NH 4 ) 3 PO 4. Někdy se přidává i síra v elementární formě.

30 Dusíkatá hnojiva Jako dusíkatá hnojiva se hodí některé látky, uvedené v kapitole o dusíku. Nejstarší síran amonný, (NH 4 ) 2 SO 4, získávaný původně z koksárenského plynu a svítiplynu, obsahuje pro některé půdy nevhodně mnoho síranových iontů. Výbušný ledek amonný, NH 4 NO 3, se musí míchat s nějakou inertní látkou, např. s vápencem. Odpadní kyselina dusičná se v MCHZ neutralizovala přebytkem vápence a vznikal dusičnan vápenatý, Ca(NO 3 ) 2, s vápencem, nazývaný komerčně ostravský ledek. Lepší využití NO X v závodě však vedlo ke snížení množství odpadní kyseliny a odstavení tohoto provozu. Jako dusíkaté hnojivo se dá použít kapalný amoniak, hrozí však snadné předávkování. Při předávkování dusíkatých hnojiv se rostliny v postižené lokalitě na dlouhou dobu vyhubí. Velmi dobře se pracuje s bohatým dusíkatým hnojivem, granulovanou močovinou, CO(NH 2 ) 2. To je látka, vyráběná v tlakovém reaktoru syntézou z NH 3 a CO 2, obvykle zařazovanou mezi organické technologie.

31