Bài 2: Phân Bón Vô Cơ | Chuyên đề học tập Hóa học 11 | Chuyên Đề 1: Phân Bón - Lớp 11 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 11)

I. PHÂN LOẠI PHÂN BÓN VÔ CƠ

Phân bón vô cơ được phân loại dựa vào nguồn gốc, số lượng nguyên tố dinh dưỡng hoặc hàm lượng của nguyên tố dinh dưỡng trong thực vật.

Bảng 2.1. Phân loại phân bón vô cơ

(Trang 12)

II. VAI TRÒ CỦA MỘT SỐ NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG TRONG PHÂN BÓN VÔ CƠ

Bảng 2.2. Vai trò của một số nguyên tố dinh dưỡng đối với cây trồng

⁽¹⁾ ATP là viết tắt của từ tiếng Anh Adenosine Triphosphate.

(Trang 12)

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN VÔ CƠ

1. Sản xuất phân đạm

Ammonia (NH₃) là nguyên liệu ban đầu của tất cả các quá trình sản xuất phân đạm. "Cuộc cách mạng xanh" giúp loài người thoát khỏi tình trạng thiếu lương thực bắt đầu từ việc sản xuất ammonia theo quy trình Haber-Bosch.

a) Sản xuất phân đạm dạng muối ammonium

• Ammonium sulfate

Phân đạm ammonium sulfate là một loại phân bón có tính acid (pH = 5,0), tan tốt trong nước ở nhiệt độ thường.

Về lí thuyết, ammonium sulfate được điều chế theo phản ứng:

2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄

Trong thực tế, ammonium sulfate được sản xuất một cách kinh tế hơn theo một trong các quy trình sau đây:

Quy trình 1. Từ nguyên liệu ammonia, carbon dioxide và thạch cao

Hấp thụ khí ammonia vào bể chứa nước và sục khí carbon dioxide ở áp suất cao (~5 bar) vào bể, thu được dung dịch ammonium carbonate:

2NH₃ + CO₂ + H₂O → (NH₄)₂CO₃

(Trang 14)

Cho thạch cao (CaSO₄.2H₂O) vào dung dịch ammonium carbonate để thực hiện phản ứng hoá học:

(NH₄)₂CO₃ + CaSO₄.2H₂O ⇌ (NH₄)₂SO₄ + CaCO₃ + 2H₂O.

Tách lấy phần dung dịch, làm bay hơi nước, thu được tinh thể ammonium sulfate.

Quy trình 2. Từ nguyên liệu khí lò luyện cốc và sulfuric acid

Trong quy trình này, ammonia trong khí lò luyện cốc (chiếm khoảng 10% thể tích) được tận dụng để sản xuất phân đạm. Ban đầu, khí lò cốc được dẫn vào nước để hoà tan ammonia. Sau đó, ammonia được chưng cất và cho phản ứng với dung dịch sulfuric acid, thu được ammonium sulfate.

2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄

• Ammonium nitrate

Ammonium nitrate được điều chế từ khí ammonia và nitric acid theo phản ứng:

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

Bên cạnh đó, ammonium nitrate còn được dùng để sản xuất phân bón CAN (calcium ammonium nitrate) ở dạng hạt, bổ sung calcium, magnesium; giúp khử chua, hạ phèn.

Phân bón CAN được điều chế bằng cách cho dung dịch ammonium nitrate (chứa nitric acid dư) tác dụng với bột đá dolomite (CaCO₃ · MgCO₃). Sau đó, CAN được làm khô trong máy sấy, thu được các hạt có kích thước phù hợp.

b) Sản xuất phân đạm urea

Đạm urea (H₂NCONH₂) là một phân đạm có hàm lượng dinh dưỡng cao nhất trong các loại phân đạm hiện nay.

Nguyên liệu chính dùng để sản xuất phân đạm urea là ammonia và carbon dioxide.

Phản ứng tổng quát trong quá trình sản xuất urea như sau:

Dung dịch urea tạo thành được cô đặc và làm bay hơi trong chân không, thu được sản phẩm urea khô ở dạng hạt.

2. Sản xuất phân lân

Phân lân chủ yếu gồm các loại: superphosphate đơn, superphosphate kép, phân lân nung chảy, quặng phosphate nghiền.

(Trang 15)

a) Superphosphate đơn

Nguyên liệu thường dùng để sản xuất phân lân là quặng apatite (quặng phosphate). Nguồn quặng của nước ta chủ yếu là mỏ apatite ở Lào Cai. Calcium phosphate tồn tại trong quặng apatite dưới dạng 3Ca₃(PO₄)₂.CaF₂ hoặc Ca₅(PO₄)₃F. Chất lượng quặng được xác định bằng hàm lượng diphosphorus pentoxide (P₂O₅).

Superphosphate đơn được sản xuất bằng cách cho quặng apatite tác dụng với dung dịch sulfuric acid đặc nhằm chuyển muối calcium phosphate không tan thành calcium dihydrogenphosphate dễ tan.

Hình 2.1. Quặng apatite khai thác tự nhiên.

Phương trình hoá học của phản ứng được viết ở dạng đơn giản hoá như sau:

Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ → Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄

Superphosphate đơn ở dạng bột hay hạt, có màu xám, có thành phần gồm calcium dihydrogenphosphate (Ca(H₂PO₄)₂) và calcium sulfate (CaSO₄).

Superphosphate đơn có hàm lượng dinh dưỡng thấp (16 – 20% P₂O₅), có lẫn nhiều CaSO₄ ít tan.

b) Superphosphate kép

Superphosphate kép được sản xuất theo hai giai đoạn sau:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 3CaSO₄ + 2H₃PO₄

Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ → 3Ca(H₂PO₄)₂

Superphosphate kép có hàm lượng dinh dưỡng cao (40 – 50% P₂O₅), không chứa CaSO₄ ít tan nên được sử dụng phổ biến.

c) Phân lân nung chảy

Phân lân nung chảy được sản xuất trong lò đứng bằng cách nung hỗn hợp gồm quặng apatite, đá xa vân (thành phần chính là magnesium silicate) ở nhiệt độ cao (1 450 – 1 500 °C).

Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra:

4Ca₅F(PO₄)₃ + 3SiO₂ → 6Ca₃(PO₄)₂ + 2CaSiO₃ + SiF₄

Sản phẩm nóng chảy từ lò ra được làm lạnh nhanh bằng nước, sau đó sấy khô và nghiền mịn. Sản phẩm thu được thường chứa 15 – 21% P₂O₅, 9 – 14% MgO, 30% CaO, 23% SiO₂, 7,5% Al₂O₃, 1,8% Fe và một số nguyên tố vi lượng (Fe, Al, Mn, Co,...).

Phân lân nung chảy thường có màu trắng xám hoặc xanh xám, có tính kiềm, thường dùng cho đất chua.

(Trang 16)

3. Sản xuất phân kali

Phân kali thường chứa potassium chloride (KCl) hoặc potassium sulfate (K₂SO₄), trong đó phân potassium chloride chiếm 80 – 90% tổng sản lượng phân kali.

Nguyên liệu chính để sản xuất phân KCl chủ yếu là quặng sylvinite có thành phần chứa KCl và NaCl. Quá trình tách KCl thực hiện bằng phương pháp hoà tan rồi kết tinh phân đoạn hoặc tuyển nổi.

4. Sản xuất phân ammophos

Phân ammophos là hỗn hợp gồm NH₄H₂PO₄ (ammonium dihydrogenphosphate) và (NH₄)₂HPO₄ (diammonium hydrogenphosphate) được tạo ra từ phản ứng giữa phosphoric acid với ammonia. Ngoài ra, ammophos còn chứa lượng nhỏ các muối ít tan trong nước như  NH₄Fe(HPO₄)₂, NH₄AI(HPO4)₂....

Khi trung hoà hoá phosphoric acid bằng ammonia thu được ba muối: NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄ và (NH₄)₃PO₄.

Muối (NH₄)₃PO₄ không bền, bị phân huỷ ở khoảng 30 °C.

(NH₄)₃PO₄ → (NH₄)₂HPO₄ + NH₃

Muối (NH₄)₂HPO₄ bền hơn, có tỉ lệ P₂O₅/N phù hợp với nhu cầu cây trồng hơn, bị phân huỷ ở khoảng 70 °C.

(NH₄)₂HPO₄ → NH₄H₂PO₄ + NH₃

Phân ammophos được sử dụng để sản xuất phân hỗn hợp NPK.

IV. SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN PHÂN BÓN VÔ CƠ

1. Sử dụng phân bón

a) Phân đạm

Phân đạm thường dùng cho các loại cây lấy lá, củ. Phân đạm có thể dùng bón thúc hoặc pha thành dung dịch bón để bón.

Sử dụng phân đạm phải căn cứ vào tính chất, thành phần của đất và của phân đạm để đạt hiệu quả cao. Ví dụ: đạm nitrate có độ tan lớn nên không bón vào ngày mưa để tránh bị rửa trôi. Đất có độ pH thấp không nên bón những loại phân bón làm tăng độ chua như phân đạm (NH₄)₂SO₄. Thông thường, trước khi sử dụng các phân đạm có đặc tính acid thì cần khử chua bằng vôi để cân bằng pH của đất.

b) Phân lân

Phân superphosphate phù hợp cho tất cả các loại đất (chua, trung tính, kiềm, nhiễm mặn), nhưng hiệu quả nhất là trên đất không chua hoặc ít chua. Không bón phân lân nung chảy trên những vùng đất hơi kiềm, kiềm mặn hoặc đất chua sa mạc trung tính.

Do phân superphosphate chứa hợp chất dinh dưỡng Ca(H₂PO₄)₂ dễ tan trong nước và được cây hấp thụ nhanh nên rất phù hợp với các loại cây ngắn ngày như đậu, đỗ, rau cải,....

(Trang 17)

Phân lân nung chảy ít tan trong nước, thích hợp với đất chua, đất đồi núi bạc màu, đất phù sa cũ; phù hợp với cây ăn quả, cây công nghiệp lâu năm, cây họ đậu, cây phân xanh,....

Phân lân nung chảy chỉ có thể chuyển hoá dạng dễ tan trong điều kiện đất chua và đất giàu chất hữu cơ.

c) Phân kali

Phân kali có thể dùng để bón lót không trộn vào đất hoặc bón thúc bằng cách phun dung dịch lên lá. Nhu cầu potassium tăng cao vào thời kì tăng trưởng ra hoa, tạo củ. Khi bón phân kali, ion K⁺ sẽ đẩy các ion Ca²⁺, Mg²⁺ ra khỏi keo đất, do đó bón lâu ngày đất mất các nguyên tố này để làm cho đất bị chua. Do vậy, phải bón vôi để khử chua, bổ sung Ca²⁺, Mg²⁺ cho đất.

Potassium chloride có thể bón cho nhiều loại cây và nhiều loại đất khác nhau, cũng có thể dùng bón thúc lúc cây sắp ra hoa hoặc bón lót. Phân này không nên dùng bón cho một số loại cây lương thực như chè, cà phê.

Phân potassium sulfate thích hợp cho các loại cây rau cải, cà phê, chè,... nhưng không nên dùng nhiều năm liên tục vì dẫn đến làm tăng độ chua của đất.

d) Phân hỗn hợp

Phân hỗn hợp phải sử dụng đúng liều lượng mới mang lại kết quả tốt cho cây trồng. Liều lượng phân bón NPK đều được ghi trên nhãn mác bao bì hướng dẫn của sản phẩm. Nên quan sát trạng thái của cây trồng, thời tiết và vụ mùa để điều chỉnh lượng phân bón NPK phù hợp nhất.

Phân bón cần được chia nhỏ để bón nhiều lần theo quy trình và bón theo từng giai đoạn phát triển của cây. Nếu tập trung trong một thời điểm với số lượng nhiều sẽ gây ra tình trạng lãng phí, gây ô nhiễm môi trường, cây trồng dễ bị nhiễm bệnh.

Chỉ bón phân khi cây khoẻ mạnh, không bón khi bộ rễ của cây đang bị tồn thương. Khi thời tiết nắng nóng, nên tưới nước sau khi bón phân đề phân không bị phân huỷ mất chất dinh dưỡng. Không nên bón phân khi trời mưa to đề tránh bón phân bị rửa trôi.

e) Phân vi lượng

Các nguyên tố vi lượng ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng cây trồng. Đối với cây ăn quả lâu năm, sau khi bón hoặc phun phân vi lượng hai năm liền thì nên bổ sung một lần phân vi lượng mới lại. Với cây hằng năm như lúa, ngô, đậu đỗ,... có thể phun lên tiếp nhiều năm cho đến lúc thấy không hiệu quả. Lưu ý rằng bón quá nhiều phân vi lượng có thể làm lá héo, cây chết, đặc biệt là cây non.

Có ba cách bón phân vi lượng thường dùng: bón thằng phân vào đất, trộn với phân bón khác, phun lên lá. 

(Trang 18)

2. Bảo quản

Các loại phân vô cơ dễ tan trong nước, hút ẩm mạnh, dễ bị phân huỷ dưới ánh sáng mặt trời. Vì vậy, quá trình bảo quản phân bón dựa theo nguyên tắc: đóng gói kín, để nơi khô ráo, thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp và không để lẫn các loại phân với nhau.

Với các phân bón có tính acid, cần chọn vật liệu bao bì chống acid như túi nilon, không đựng trong vật dụng bằng kim loại. Một số phân bón có thể gây nổ ở nhiệt độ cao (đặc biệt là ammonium nitrate) nên cần để xa nguồn lửa, tránh ánh nắng mặt trời trực tiếp.

Các sản phẩm phân bón thương mại thường có chỉ dẫn, hướng dẫn sử dụng và bảo quản trên bao bì hay các tờ rơi phát kèm theo sản phẩm.