The content of selected phosphorus forms in partially acidulated phosphate rocks enriched with sulfur

• Autorzy: Hoffmann K. , Zmuda J. , Skut J.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2014.21(1)3

Warianty tytułu

PL

Badanie zawartości wybranych form fosforu w fosforytach częściowo rozłożonych wzbogaconych w siarkę

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Sulfur enrichment becomes emerging issue in fertilizer production as levels of available compounds decrease over the years. Companies are in need of exact parameters and methods of enrichment. In this group PAPR-type fertilizers with this element are interesting solution. Specific technology of PAPRs production consists of phosphate rock acidulation with non-stoichiometric, in relation to production of superphosphates, amount of mineral acid (mainly orthophosphoric or sulfuric acids). Additional function of S after applying fertilizer to soil can be used in this. S in product made that way can be, after the process of mineralization, used by plants as a nutrient in form of sulfate ion SO4 2–, additionally it can act as an increasing factor in the phosphorus availability from PAPRs. In an optimal conditions (pH ~6.0–6.8) SO4 2– ions can activate conversion of undissolved part of fluorapatite (Ca5(PO4)3F), contained in phosphate rock, to available H2PO4 – and HPO4 2– phosphate ions. The aim of this research was the evaluation of contents of selected phosphorus forms in PAPR-type fertilizer enriched with S depending on a various methods of enrichment. The obtained products were characterized by constant ratio of S : P2O5 (1 : 1 w/w), value of degree of PAPR stoichiometric norm (PAPR = 0.5), constant amount of surfactant (5 cm3) and variable humidity, which was achieved by different amounts of water introduced into the system (0, 15, 35 % w/w). Method with less additional H2O (~15 % m/m) and surfactant added to slurry was selected for further studies. Although the best solution for industrial manufacturing might be the method with melted S, where usage of this medium and temperatures of 140 oC are easily achievable and facilitates production without adding dispensable water, which has a negative influence on granulation process. Next step was to study sulfur effect on PAPRs based on phosphoric acid enriched with sulfur using chosen method. Results revealed that PAPR = 0.5 is unaffected by addition of sulfur and might be best for mixing with sulfur-based fertilizers. Furthermore PAPR = 0.7 indicated decreases in P forms with addition of excessive amounts of elemental sulfur.

PL

Wzbogacanie nawozów mineralnych siarką elementarną staje się coraz bardziej widocznym problemem dla przemysłu nawozowego. Zakłady produkcyjne potrzebują specyficznych metod i parametrów procesu dodawania siarki. W tej grupie interesującym produktem są nawozy typu PAPR (Partially Acidulated Phosphate Rock). Specyficzna technologia produkcji nawozów PAPR polegająca na rozkładzie surowców fosforowych (głównie fosforytów) niestechiometryczną, względem reakcji wytwarzania superfosfatów, ilością kwasów mineralnych (głównie siarkowym lub fosforowym) pozwala na wykorzystanie dodatkowej funkcji siarki po aplikacji nawozu do gleby. S w tak przygotowanym układzie nawozowym może po uprzednim procesie mineralizacji (warunki optymalne: pH ~6,0–7,0; wilgotność ~60 %, temp. 20–30 oC) zostać wykorzystana przez rośliny jako składnik odżywczy w postaci jonu siarczanowego SO4 2–, a dodatkowo działać jako czynnik intensyfikujący przyswajalność fosforu z nawozu PAPR. W optymalnych warunkach (pH ~6,0 – 6,8) jony SO4 2– mogą aktywować konwersję nierozłożonej frakcji fluoroapatytu (Ca5(PO4)3F) zawartego w surowcu fosforowym do przyswajalnych jonów fosforanowych w formie H2PO4 – i HPO4 2–. Celem niniejszych badań była ocena zawartości poszczególnych form fosforu nawozów PAPR wzbogaconych w siarkę, uwzględniając różne metody wzbogacania. Analizy zawartości poszczególnych form P przeprowadzono metodyką analityczną zgodną z dyrektywą Wspólnoty Europejskiej w sprawie nawozów oraz z procedurami zawartymi w polskich normach. Otrzymane preparaty charakteryzujące się stałym stosunkiem S : P2O5 (1 : 1 m/m), wartością stopnia normy stechiometrycznej PAPR (PAPR = 0,5), oraz zmienną wilgotnością, co osiągnięto poprzez zmienne ilości wody wprowadzanej do układu (0, 15, 35 % m/m), uzyskiwały najwyższe zawartości przyswajalnych form P (P rozpuszczalny w wodzie: 8,13 % P2O5 m/m, P rozpuszczalny w obojętnym cytrynianie amonu: 10,15 % P2O5 m/m) dla metody dodawania siarki w postaci zawiesiny wodnej bez dodatku surfaktantu (H2O ~35 % m/m). Do dalszych badań laboratoryjnych wybrano metodę produkcji, gdzie dodatek H2O jest niższy (~15 % m/m), a surfaktant wprowadzony do zawiesiny wodnej S. Metoda stapiania S może być najlepsza do produkcji przemysłowej, gdzie stosowanie stopionej S lub temperatury rzędu 140 oC zostało opanowane w stopniu znacznie ułatwiającym produkcję bez dodawania zbędnej zawartości wody mającej niekorzystny wpływ na proces granulacji. Kolejnym krokiem było określenie wpływu zawartości siarki na produkty nawozowe typu PAPR wytworzone z zastosowaniem kwasu fosforowego wzbogaconego w siarkę elementarną, bazując na wybranej metodzie. Wyniki wykazały, że produkty o •PAPR = 0,5 nie są znacząco podatne na wprowadzenie siarki elementarnej do składu nawozu, co może być przydatne podczas komponowania mieszanek nawozów wieloskładnikowych. Ponadto dla produktów nawozowych typu PAPR o •PAPR = 0,7 wykazano tendencje spadkowe rozpuszczalnych form P wraz z zastosowaniem wyższych zawartości siarki elementarnej.

Słowa kluczowe

EN

phosphate fertilizers; partially acidulated phosphate rocks (PAPR); elemental sulfur; available phosphorus

PL

nawozy fosforowe; fosforyty częściowo rozłożone; PAPR; siarka elementarna; fosfor przyswajalny

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 21, nr 1
• Strony: 25--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Hoffmann K.

• Institute of Inorganic Technology and Mineral Fertilizers, Wroclaw University of Technology, ul. J. Smoluchowskiego 25, 50–372 Wrocław, Poland, phone: [phone]

autor

Zmuda J.

• Institute of Inorganic Technology and Mineral Fertilizers, Wroclaw University of Technology, ul. J. Smoluchowskiego 25, 50–372 Wrocław, Poland, phone: [phone]

autor

Skut J.

• Institute of Inorganic Technology and Mineral Fertilizers, Wroclaw University of Technology, ul. J. Smoluchowskiego 25, 50–372 Wrocław, Poland, phone: [phone]

Bibliografia

• [1] GUS. Environmental Protection 2011. Warszawa; 2011.
• [2] Kaczor A, Zuzańska J. Chem – Dyd – Ecol. 2009;14:69-78.
• [3] Haneklaus S, Bloem E, Schnug E. Folia Univ Agricult Stetin. 2000;204:17-32.
• [4] Pedersen CA, Knudsen L, Schnug E. Sulphur fertilisation. In: Sulphur in agroecosystems. The Netherlands; E. Schnug; 1998:115-133.
• [5] Chien SH, Prochnow LI, Tu S, Snyder CS. Nutr Cycl Agroecosys. 2011;89:229-255. DOI:10. 1007/s10705-010-9390-4.
• [6] Nachimuthu G, Guppy C, Kristiansen P, Lockwood P, Plant Soil. 2009;314:303-310. DOI:10.1007/s11104-008-9730-1.
• [7] Riley NG, Zhao FJ, McGrath SP. Plant Soil. 2000;222:139-147. DOI:10.1023/A:1004757503831.
• [8] Chien SH, Prochnow LI, Cantarella H. Adv Agron. 2009;102:261-316. DOI:10.1016/S0065-2113(09)01008-6.
• [9] Skut J, Hoffmann J, Hoffmann K. Przem Chem. 2012;91:1000-1006.
• [10] Regulation (EC) No 2003/2003 of the European Parliament and of the Council of 13 October 2003 relating to fertilizers (Text with EEA relevance), Official Journal of the European Union. L 304, 122.
• [11] Agriculture reports, Retrieved July 7, 2012, from: http://www.raportrolny.pl/index.php/home/zalecenianawozowe/92-zalecenia-nawozowe/2578-znaczenie-siarki-w-uprawach-rolniczych.html.
• [12] Kopeć M, Gondek K. Fertilizers and Fertilizing. 2004;1:62-74.
• [13] Hoffmann J, Korzeniowska J, Stanisławska-Glubiak E, Hoffmann K. Przem Chem. 2012;91:745-748.
• [14] Polish Committee for Standardization. (1988). Fertilizers – Methods used for measuring the phosphorus content. PN-C-87015-1988. Poland.