Табл. 1. Синтезированные фосфаты магния и микроэлементов
Табл. 2. Безводные двойные фосфаты магния и микроэлементов
Табл. 3. Характеристика растворимости гидрофосфатов магния-марганца
Табл. 4. Характеристика конденсированных фосфатов магния-марганца (кобальта, цинка
Гарантированное снабжение населения Украины безопасной для здоровья питьевой водой надлежащего качества в правовом, экономическом и организационном отношениях обеспечивается двумя основополагающими законодательными документами: Водным кодексом Украины [1] и Законом Украины «О питьевой воде и питьевом водоснабжении» [2]*.
В этих документах обозначен ряд конкретных задач, одной из которых является осуществление комплекса водоохранных мероприятий по использованию, охране вод и воспроизводству водных ресурсов на основе научно обоснованных государственных, межгосударственных и региональных программ. Ежегодные экономические потери Украины от неэффективного, нерационального природопользования и тотального загрязнения окружающей среды, в том числе и за счет вымывания минеральных удобрений с геохимическим стоком, составляют от 15 до 20% ее национального дохода [3].
Изменение химического состава, снижение качества природных вод в условиях интенсивного земледелия приводит к неблагоприятным, а порой и к необратимым последствиям для водных и наземных экосистем. Вымывание растворимых удобрений из корнеобитаемых слоев в более глубокие горизонты почвы загрязняет грунтовые воды, приводит к эвтрофикации водоемов, гибели флоры и фауны.
Одним из путей предупреждения этого фактора загрязнения природных вод является создание и применение новых видов удобрений пролонгированного действия с регулируемой скоростью высвобождения питательных веществ. Перспективными в этом плане являются минеральные удобрения на основе моно- и полифосфатов микроэлементов.
Практический интерес представляют впервые синтезированные на кафедре общей химии Национального аграрного университета Украины двойные моно- и полифосфаты микроэлементов (магния, марганца, кобальта, цинка) с различным строением аниона (линейные и циклические) и, соответственно, растворимостью в почвенных растворах [4–8]:
- средние фосфаты — MII 3–xMII х (PO4)2⋅nH2O;
- гидрофосфаты — MII 1–xMII хHPO4⋅nH2O;
- дигидрофосфаты — MII 1–xMII х (H2PO4)2⋅2H2O;
- дифосфаты — (MII 1–xMII х )2Р2О7;
- циклотетрафосфаты — (MII 1–xMII х )2Р4О12 (n = 4);
- полифосфаты — (MII 1–xMII х )(n +2)/2 PnO(3n + 1) (n = 2–8), где (MII = Mg,Mn,Co,Zn).
В табл. 1 и 2 представлена конкретная характеристика синтезированных фосфатов, отвечающих требованиям, предъявляемым к высококачественным пролонгированным фосфорным удобрениям. Среди них есть как монофосфаты (табл. 1, табл. 2 — средние фосфаты), так и конденсированные фосфаты (табл. 2 — дифосфаты, циклотетрафосфаты).Следует отметить, что химические свойства цитратнорастворимых двойных фосфатов циклического строения типа циклотетрафосфатов (табл. 2) применительно к их удобрительным характеристикам являются сегодня практически неисследованными.
Для оценки возможности использования полученных фосфатов в качестве удобрений пролонгированного действия, применение которых минимизирует загрязнение природных вод, была изучена их растворимость в стандартных агрохимических растворах, имитирующих среду почвенного поглощающего комплекса. Согласно полученным результатам, все двойные гидрофосфаты являются полностью цитратнорастворимыми.
Содержание в них водорастворимых фосфатов зависит от состава и для твердых растворов Мg1–хМnхHРО4 •3Н2О, например, уменьшается с 8,7 до 6,9% с увеличением содержания в них марганца и уменьшением магния (табл. 3). В табл. 4,на примере продуктов обезвоживания: Mg0,50Mn0,50(H2PO4)2 •2H2O, Mg0,50Со0,50)H2PO4)2 •2H2O И Mg0,50Zn0,50(H2PO4)2 •2H2O полученных при различных температурах, показана зависимость растворимости конденсированных фосфатов от состава полифосфатного аниона.
Результаты экспериментальных исследований показали, что свойства полученных конденсированных фосфатов в значительной степени обусловлены степенью поликонденсации фосфатного аниона [4–6]. В частности, их водная и цитратная растворимость уменьшаются при увеличении количества атомов фосфора в полифосфатном анионе (табл. 4).
Для полифосфатов: (Mg0,5Mn0,5)(n + 2)/2PnO(3n + 1)с n = 5, например, содержание водорастворимых фосфатов составляет 46,2% отн. (в перерасчете на Р2О5), цитратнорастворимых — достигает 69,3% и уменьшается до 42,6 и 55,7 % для полифосфатов с n = 7, полученных при 205 и 260°С, соответственно (табл. 4). Дальнейший нагрев до 330°С приводит к превращению образовавшихся ранее линейных полифосфатов в фосфат кольцевого строения — циклотетрафосфат.
Устойчивость циклических фосфатов к действию водных и цитратных растворов превосходит устойчивость полифосфатов линейного строения. Именно этим и объясняется резкое уменьшение содержания водои цитратнорастворимых фосфатов при повышении температуры их получения (табл. 4). Агрохимическая эффективность синтезированных конденсированных фосфатов, содержащих не более 20–30% питательных веществ в водорастворимой форме и практически 100% в усвояемой форме, значительно превосходит стандартные удобрения.
Способность к медленной отдаче фосфора, магния и микроэлементов обеспечивает высокий коэффициент их использования в качестве высококонцентрированного безбалластного удобрения с управляемой скоростью высвобождения питательных веществ. Количественные корреляции «условия получения — свойства» установлены для всех синтезированных монои полифосфатов микроэлементов.
Они составляют банк данных для реализации управляемого синтеза новых удобрений с регулируемыми соотношением микроэлементов и растворимостью. Обобщая полученные результаты, следует отметить, что использование удобрений пролонгированного действия с регулируемой скоростью растворения является одним из многих путей охраны природныхвод
* В России Федеральный закон «О питьевой воде и питьевом водоснабжении» до сих пор не принят.
