Суспензии: твердое в жидком

Суспензии – это смесь веществ, где очень маленькие частички твердого вещества более или менее равномерно распределены в жидком веществе во взвешенном состоянии.

Жидкие комплексные удобрения в зависимости от физического состояния делят на две группы: растворы и суспензии. В растворах вещества полностью растворены в воде, тогда как в суспензии растворены частично, и некоторые компоненты, в первую очередь калий, суспендированы в воде.

ЖКУ в виде растворов производят в двух основных формах: на основе ортофосфата аммония и полифосфата аммония.

Первые производят путем нейтрализации аммиаком (водный или безводный аммиак) ортофосфорной кислоты. Различие между разными ЖКУ состоит в марке фосфорной кислоты, используемой в процессе производства. Большинство фосфорной кислоты для жидких удобрений производится мокрым методом (экстракционная фосфорная кислота), при котором измельченная фосфоритная руда обрабатывается кислотами. Но некоторые ЖКУ производят на основе фосфорной кислоты, произведенной сухим методом – термическая фосфорная кислота (она является химически более чистой, с меньшим количеством примесей, но и цена на нее выше). Из-за низкой концентрации питательных веществ (до 30% NPK) ЖКУ на основе ортофосфорной кислоты рекомендуются для местного использования.

Вторые производят путем нейтрализации аммиаком суперфосфорной кислоты (полученной, в свою очередь, путем конденсации ортофосфорной кислоты). Благодаря высокой растворимости полифосфатов аммония, можно получать ЖКУ со значительно более высокой концентрацией, чем на основе ортофосфатов. В эти ЖКУ можно вводить значительное количество микроэлементов, в то время как большинство микроэлементов-металлов в присутствии ортофосфатов переходят в малорастворимые соединения. Базовые марки ЖКУ на основе полифосфатов аммония: 10:34:0, 11:37:0. Возможно дальнейшее добавление азотных и калийных компонентов.

При всех преимуществах жидких удобрений в виде раствора, они имеют один существенный недостаток: сравнительно невысокое содержание элементов питания, ограниченное их растворимостью.

Суспендированные удобрения – это двухфазные удобрения, в которых твердые частички (элементы питания растений) удерживаются во взвешенном состоянии в суспензии за счет добавления суспендирующего агента. При этом твердые частички сами могут быть как водорастворимыми, так и нерастворимыми.

Суспендированные ЖКУ сочетают в себе преимущества твердых и жидких удобрений – высокое содержание элементов питания и возможность приготовления смесей с разными соотношениями питательных веществ. Суспензии позволяют сочетать плюсы тукосмесей, в которые могут быть введены элементы питания в различных соединениях, с легкостью и равномерностью внесения, характерных для жидких удобрений.

В последнее время суспензии становятся все более популярными в странах Северной Америки. Основными преимуществами их является более низкая по сравнению с растворами цена составляющих, возможность присутствия в составе нерастворимых примесей, что делает их конкурентоспособными по сравнению с твердыми удобрениями.

Для СЖКУ не существует определенной линейки марок, поскольку появляется возможность их приготовления с широким диапазоном содержания элементов питания.

Выбор в пользу суспендированных жидких удобрений делается в первую очередь случае, если необходимо внесение высоких норм калийного компонента. Нужно заметить, что основной причиной для разработки суспензий именно и стала возможность вводить калийный компонент в ЖКУ. Наиболее популярными формулами суспензий являются как раз те, которые содержат достаточно высокие количества калия (например, 7-14-21, 3-10-30 или 4-12-24).

Введение в состав ЖКУ калийного компонента является основным «лимитирующим фактором», поскольку хлорид калия имеет низкую растворимость и при его введении в состав значительно снижается содержание всех элементов питания. ЖКУ в виде растворов, как правило, имеют низкое содержание калия (сложно добиться содержания выше 11% К₂О, часто встречаемая концентрация 9% – наиболее целесообразна для производства).

Для производства суспензий могут быть использованы следующие удобрения: калий хлористый, КАС (28-0-0 или 32-0-0), безводный аммиак, полифосфат аммония (10-34-0 или 11-37-0), фосфорная кислота (0-54-0 или 0-52-0) и другие фосфаты (диаммофос 18-46-0 и аммофос 11-52-0). Наиболее популярным фосфорным составляющим при приготовлении суспензий является раствор полифосфата аммония. Однако, экономическое давление толкает производителей к использованию более дешевых материалов, например, аммофоса, диаммофоса, фосфорной кислоты. При использовании фосфорной кислоты она нейтрализуется жидким аммиаком и к раствору добавляется калийный компонент.

Использование гранулированных продуктов, таких как аммофос, диаммофос или мочевина, для приготовления суспензий позволяет сделать удобрение более дешевым по сравнению с тукосмесями. Жидкая форма удобрения позволяет более равномерно распределить его по площади поля.

Приблизительная растворимость некоторых распространенных удобрений

Удобрение	Частей, растворимых в 100 частях холодной воды
Аммиачная селитра	118
Сульфат марганца	105
Нитрат кальция	102
Карбамид	78
Сульфат цинка	75
Нитрат натрия	73
Сульфат аммония	71
Сульфат магния	71
Хлорид кальция	60
Диаммофос	43
Хлорид калия	34
Аммофос	23
Нитрат калия	13
Суперфосфат (0-46-0)	4
Бура	1

Источник: MSU Ag Facts

Приготовление жидких удобрений, как растворов, так и суспензий, происходит с использованием двух типов процессов: горячее и холодное смешивание. Традиционно путем холодного смешивания готовят смеси полифосфата аммония (10-34-0), КАС (28 или 32 N) и калия хлористого. Для смешивания этих компонентов нет необходимости в подогреве.

Технология горячего смешивания предусматривает нейтрализацию ортофосфорной или суперфосфорной кислот аммиаком и дальнейшее добавление других компонентов уже методом холодного смешивания для достижения желаемой формуляции.

В качестве калийного компонента чаще всего используют калий хлористый, но может быть использован и более дорогой гидроксид калия. Последний позволяет получать растворы с более высоким содержанием калия, но его использование удорожает удобрение. Тогда более дешевым и равноценным по содержанию калия путем получения ЖКУ является приготовление суспензий с использованием калия хлористого.

В качестве дополнительного азотного компонента для растворов ЖКУ используют нитрат аммония (аммиачная селитра), мочевину и их смесь (КАС). Использование мочевины предпочтительнее при введении в состав калийного компонента, так как с нитратом аммония калий образует малорастворимое соединение.

Суспендированные удобрения могут содержать те же источники микроэлементов, что и сухие удобрения. Даже если они выпадают в осадок, они все равно остаются в суспензии и достаточно равномерно распределяются в смеси.

Затраты на производство суспендированных удобрений путем холодного смешивания равноценны приготовлению тукосмесей, а преимущества первых позволяют значительно увеличить эффективность от внесения.

Преимущества суспендированных удобрений те же, что и для жидких удобрений вообще. В общих чертах они сводятся к следующему:

(1) при надлежащем перемешивании не наблюдается седиментации частичек;

(2) экономится трудовой ресурс по сравнению с твердыми удобрениями;

(3) в удобрение могут быть добавлены вторичные макро- и микроэлементы в виде достаточно недорогих соединений, более дешевых и менее чистых, нежели используют для приготовления растворов;

(4) микроэлементы могут быть добавлены в бóльших количествах, по сравнению с растворами. При этом достигается наибольшая точность внесения их небольшого количества на большую площадь поля;

(5) в суспендированные удобрения можно добавлять бóльшие количества элементов, которые в других условиях образуют с фосфором малорастворимые соединения;

(6) гербициды и инсектициды, которые обычно не очень хорошо растворяются в растворах, могут быть успешно добавлены в суспензию;

(7) могут быть приготовлены суспензии с достаточно высокой концентрацией элементов питания. Общее содержание элементов питания в СЖКУ может превышать и 40% при разном соотношении элементов питания, но такие удобрения имеют менее привлекательные физические свойства;

(8) высокая тонина помола частичек удобрения в составе суспензии позволяет растениям быстро и эффективно поглощать элементы питания;

(9) по содержанию элементов питания суспендированные удобрения приближаются к твердым, в то же время сохраняя текучесть и гомогенность, при этом снижаются расходы на упаковку и грануляцию;

(10) суспендированные удобрения позволяют наиболее эффективно удовлетворить потребности культуры в элементах питания, поскольку формула удобрения может быть подобрана в соответствии с характеристиками почвы и потребностями самого растения.

Жидкие удобрения в виде растворов могут храниться достаточно длительное время, тогда как суспензии вносят на протяжении короткого периода после смешивания. При длительном хранении суспензий может произойти седиментация (оседание взвешенных частичек под влиянием силы тяжести), интенсивность которой зависит от размера частичек, плотности и формы суспендированных частичек, а также от плотности жидкой фазы, ее вязкости и характеристик суспендирующего агента. Для поддержания равномерности состава суспендированного удобрения часто требуется механическое перемешивание.

Для удержания СЖКУ от выпадения в осадок используются суспендирующие агенты (преимущественно глинистые материалы (например, аттапульгитовая и бентонитовая глины), кремниевая кислота, нефелиновые шламы и др.). Для приготовления 1 т удобрения расходуется 9-22 кг сухой глины. Рекомендуется 28%-я суспензия глины в чистом виде, в которую вначале вводят раствор ЖКУ, например, 10:34:0, а затем мочевину и нитрат аммония, и в последнюю очередь калий хлористый. Для приготовления суспензий пригоден красный флотационный калий хлористый с размером частиц 0,8-1 мм. В результате сумма питательных веществ в СЖКУ составляет 40% и более.

Существуют также ограничения по смешиванию СЖКУ с пестицидами. Некоторые контактные гербициды, например, паракват, дезактивируются в суспензии, взаимодействуя с негативно заряженными глинистыми частичками. В этом случае рекомендуется использовать суспендирующие агенты, не содержащие негативных зарядов (например, ксантановая камедь), хотя они, как правило, являются более дорогостоящими.

Суспендированные ЖКУ вносят преимущественно сплошным методом на поверхность почвы перед ее обработкой. При этом для применения суспензий необходим специальный комплекс машин, отличающихся от механизированных средств для внесения растворов ЖКУ.

В Украине суспендированные жидкие комплексные удобрения производит ЧАО «Днепровский завод минеральных удобрений» марок СЖКУ NP(S) 8-22(3) и 6-24(3). Их производство базируется на таких составляющих: аммофос, диаммофос и сульфат аммония.

Кроме основных удобрений, в виде суспензий производят также и водорастворимые удобрения, рекомендуемые для применения во внекорневые подкормки и в системе фертигации. Их преимуществом по сравнению с простыми растворами является более высокая концентрация элементов питания.

Это, например, удобрения торговой марки Omex производства британской компании Omex Agrifluids, удобрения Wuxal немецкой компании Aglukon Spezialdunger и удобрения FoliQ полькой компании Profert Polska. Отечественные компании пока не заявляли о производстве суспендированных удобрений, хотя исследования в этом направлении уже ведутся и можно ожидать их появления в ближайшие годы.

Суспендированная форма удобрений для листового внесения позволяет повысить концентрацию элементов питания в системе, в первую очередь макроэлементов. Также в качестве источника макроэлементов могут быть использованы более дешевые составляющие, например, калий хлористый или карбонат калия вместо более дорогостоящего гидроксида. То же касается и фосфорного компонента, в качестве которого может быть использован аммофос и диаммофос.

Что касается источников микроэлементов, то и тут часто они присутствуют в хелатной форме, при том в ненамного большем количестве, чем в растворах, поскольку остается проблема растворимости хелатов уже после их разбавления в баке опрыскивателя. Если используются более дешевые источники микроэлементов, то встает вопрос об их растворимости и эффективности вообще (например, какова эффективность оксидов металлов, даже если концентрация самого д.в. металла и «зашкаливает»).

В листовые суспензии также добавляется стабилизирующий агент, часто аттапульгитовая глина. Необходимым составляющим суспензий для листового внесения являются поверхностно-активные вещества, помогающие сохранять стабильность системы.

Основной проблемой суспендированных листовых удобрений остается стабильность суспензий. Особенно это имеет место при изменениях условий хранения, когда даже незначительные отклонения от норматива приводят к потере удобрением своих качеств. При этом происходят процессы коагуляции и перекристаллизации, приводящие к образованию малорастворимого осадка, забивающего форсунки опрыскивателя. Поэтому можно только посоветовать аграрию не закупать такие удобрения «в прок», а покупать под сезон у проверенного поставщика.

На стабильность суспензий влияют два основных фактора: размер частичек, который должен быть как можно меньше, и добавки в виде поверхностно-активных веществ, позволяющих уменьшить процессы коагуляции. Что касается размера частичек, то этот вопрос в какой-то мере решается применением новейших достижений в области нанотехнологий.

На сегодня разработка суспендированных листовых удобрений является новым веянием. Себестоимость производства суспензий не всегда ниже производства растворов, а часто даже выше, поскольку добавляется много промежуточных процессов.

эксперт рынка специальных удобрений Логинова Ирина

Инфоиндустрия

Читайте нас у Telegram