Trả lời nhanh
Phân bón hóa học được sản xuất từ ba nhóm nguyên liệu chính: khí nitrogen (N2) của không khí cùng hydrogen từ khí thiên nhiên hoặc nước để làm phân đạm; quặng apatit, photphorit để làm phân lân; quặng sylvinit, carnallit hoặc muối mỏ chứa kali để làm phân kali. Phân hỗn hợp NPK được phối trộn từ ba loại này.
Vì sao nguyên liệu phân bón lại là những chất này?
Cây trồng cần nhiều nhất ba nguyên tố dinh dưỡng là nitrogen (N), phosphorus (P) và potassium (K). Vì vậy nhà máy phải tìm nguồn chứa các nguyên tố đó với trữ lượng lớn và giá rẻ. Không khí chứa khoảng 78% N2 theo thể tích, còn P và K có sẵn trong các mỏ khoáng trong lòng đất.
Điểm cần nhớ: cây không hấp thụ được N2 hay quặng thô. Cây chỉ hút được ion tan như NH4+, NO3–, H2PO4–, K+. Nên nguyên liệu phải qua chế biến hoá học để thành dạng muối hoặc hợp chất mà cây hấp thụ được.
Bảng tóm tắt nguồn nguyên liệu theo từng loại phân
| Loại phân | Nguyên liệu chính | Sản phẩm tiêu biểu |
|---|---|---|
| Phân đạm | N2 (không khí), H2 (khí thiên nhiên, than, nước), CO2, axit HNO3, H2SO4 | Ure (NH2)2CO, NH4NO3, (NH4)2SO4 |
| Phân lân | Quặng apatit Ca5(PO4)3F, photphorit Ca3(PO4)2, axit H2SO4, H3PO4 | Supephosphate đơn, supephosphate kép, phân lân nung chảy |
| Phân kali | Quặng sylvinit (KCl·NaCl), carnallit (KCl·MgCl2·6H2O), muối mỏ, nước hồ muối | KCl, K2SO4 |
| Phân hỗn hợp, phức hợp | NH3, H3PO4, muối kali | NPK, (NH4)2HPO4, KNO3 |
Phân đạm: từ khí nitrogen đến ammonia
Mọi phân đạm công nghiệp đều bắt đầu từ ammonia. Nitrogen lấy từ không khí hoá lỏng rồi chưng cất, hydrogen lấy từ khí thiên nhiên hoặc than. Hai khí được tổng hợp ở nhiệt độ và áp suất cao:
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (xúc tác Fe, khoảng 450–500 °C, 200–300 atm)
Từ NH3, người ta sản xuất các loại phân đạm:
- Ure: 2NH3 + CO2 → (NH2)2CO + H2O (khoảng 180–200 °C, áp suất cao). Ure chứa khoảng 46% N nên là phân đạm giàu đạm nhất.
- Ammonium nitrate: NH3 + HNO3 → NH4NO3
- Ammonium sulfate: 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Axit HNO3 cũng đi từ NH3: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (xúc tác Pt, khoảng 850–900 °C); 2NO + O2 → 2NO2; 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3. Như vậy, gốc của cả ure lẫn ammonium nitrate đều là N2 trong không khí.
Phân lân: từ quặng phosphate
Quặng apatit và photphorit không tan trong nước, cây khó hấp thụ. Phải chuyển phosphate khó tan thành muối tan hoặc dễ tan.
- Supephosphate đơn: Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4. Sản phẩm là hỗn hợp Ca(H2PO4)2 và CaSO4, nên hàm lượng P2O5 thấp (khoảng 14–20%).
- Supephosphate kép: Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2. Không lẫn CaSO4 nên giàu lân hơn (khoảng 40–50% P2O5).
- Phân lân nung chảy: nung quặng apatit hoặc photphorit với đá serpentin (chứa magie silicat) ở nhiệt độ rất cao, làm nguội nhanh rồi nghiền. Phân này không tan trong nước, chỉ tan chậm trong axit yếu của đất chua.
Axit H2SO4 dùng ở đây lại điều chế từ lưu huỳnh hoặc quặng pirit. Vì thế ngành phân lân gắn chặt với ngành axit sulfuric.
Phân kali: từ quặng chứa muối kali
Phân kali thường chỉ cần tách và làm sạch muối có sẵn trong tự nhiên. Quặng sylvinit và carnallit được hoà tan, kết tinh phân đoạn để thu KCl. K2SO4 được dùng cho cây kị clo. Một số nơi còn thu muối kali từ nước hồ muối hoặc nước biển. Độ tan của KCl và NaCl thay đổi khác nhau theo nhiệt độ, nhờ đó tách được hai muối.
Phân hỗn hợp và vi lượng
Phân NPK được trộn từ phân đạm, lân, kali theo tỉ lệ cố định ghi trên bao (ví dụ 16-16-8). Phân phức hợp như (NH4)2HPO4 điều chế bằng cách cho NH3 tác dụng với H3PO4. Phân vi lượng dùng lượng rất nhỏ các hợp chất của Zn, Cu, B, Mo, Mn… ở dạng muối hoặc oxit.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng phân đạm làm từ đất hay từ quặng. Thực tế nguồn gốc là N2 của không khí.
- Nhầm supephosphate đơn với kép: đơn có CaSO4 (dùng H2SO4), kép dùng H3PO4.
- Nhầm độ dinh dưỡng: phân đạm tính theo %N, phân lân theo %P2O5, phân kali theo %K2O.
Mẹo nhớ: “Đạm lấy từ khí, lân lấy từ đá phosphate, kali lấy từ mỏ muối.”
Bài luyện tập
- Tính phần trăm khối lượng nitrogen trong NH4NO3.
Đáp án: M = 80; %N = 28/80 × 100% = 35%. - Tính độ dinh dưỡng của Ca(H2PO4)2 tinh khiết (tính theo %P2O5).
Đáp án: M Ca(H2PO4)2 = 234, mỗi mol chứa 2 nguyên tử P tương ứng 1 mol P2O5 (142). %P2O5 = 142/234 × 100% ≈ 60,7%. - Vì sao supephosphate kép giàu lân hơn supephosphate đơn?
Đáp án: Điều chế bằng H3PO4 nên sản phẩm không lẫn CaSO4 là chất không chứa lân.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên liệu chính để sản xuất phân đạm là gì?
Là khí nitrogen trong không khí và hydrogen (từ khí thiên nhiên, than hoặc nước). Hai khí này tổng hợp thành NH3, rồi từ NH3 tạo ra ure, ammonium nitrate, ammonium sulfate.
Phân lân được sản xuất từ quặng nào?
Từ quặng apatit Ca5(PO4)3F và photphorit Ca3(PO4)2. Quặng được xử lý bằng H2SO4 hoặc H3PO4 để thành supephosphate, hoặc nung chảy với serpentin để thành phân lân nung chảy.
Phân kali lấy từ đâu?
Từ các quặng chứa muối kali như sylvinit (KCl·NaCl), carnallit (KCl·MgCl2·6H2O), muối mỏ, hoặc nước hồ muối. Sau khi tách và làm sạch ta được KCl hoặc K2SO4.
Phân NPK được làm từ nguyên liệu gì?
Phân NPK được phối trộn từ phân đạm, phân lân và phân kali theo tỉ lệ nhất định, hoặc tạo từ NH3, H3PO4 và muối kali bằng phản ứng hoá học.