I concimi azotati sono sostanze ricche di azoto che costituisce uno degli elementi utili nella formazione delle cellule dei tessuti vegetali.
I concimi minerali o sintetici sono ottenuti con procedimenti chimici in appositi impianti industriali. Essi si suddividono in semplici se contengono uno solo dei tre elementi nutritivi principali: azoto, fosforo e potassio e complessi se, invece ne contengono più di uno.
I concimi minerali semplici si distinguono in concimi azotati, fosfatici e potassici. A loro volta i concimi azotati si suddividono in diverse specie.
Solfato ammonico
Il solfato ammonico (NH4)2SO4 è sintetizzato a partire da ammoniaca e acido solforico secondo la reazione:
2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Una miscela di ammoniaca gassosa e vapore acqueo è introdotta in un reattore che contiene una soluzione satura di solfato di ammonio e circa il 2-4% di acido solforico al 60%.
L’acido solforico è aggiunto per mantenere la soluzione acida. Il calore di reazione permette l’evaporazione dell’acqua presente nel sistema. Il solfato di ammonio può anche essere ottenuto dal solfato di calcio diidrato (CaSO4 · 2 H2O) per reazione con una soluzione di carbonato di ammonio:
(NH4)2CO3 + CaSO4 → (NH4)2SO4 + CaCO3
Il carbonato di calcio precipita mentre il solfato di ammonio rimane in soluzione.
Nitrato ammonico
Il nitrato ammonico NH4NO3 per uso agricolo è commercializzato in due tipi fondamentali:
- nitrato ammonico ad alto titolo ( titolo minimo in azoto al 33%)
- nitrato ammonico diluito con inerte, generalmente calcare o dolomite con titolo in azoto compreso tra il 23 e il 28%.
Il nitrato ammonico è ottenuto attraverso la reazione di neutralizzazione:
NH3(g) + HNO3(l) → NH4NO3(g) + 34.6 kcal/mol
La neutralizzazione può avvenire a pressione atmosferica o sotto vuoto ( sistema Fauser). La concentrazione della soluzione ottenuta deve avere valori finali diversi a seconda del sistema di solidificazione prescelto. Per il processo di prilling che consiste nella solidificazione di gocce di nitrato di ammonio fuso o in soluzione concentrata per raffreddamento in controcorrente d’aria la concentrazione minima richiesta è del 95-96%.
In tale maniera si ottiene un prodotto che deve essere ulteriormente essiccato per raggiungere valori di umidità accettabili. Si è così sviluppata la tecnica del cosiddetto prilled denso: generalmente la concentrazione della soluzione prima del prilling viene portata al 99.5% circa alla temperatura di 170-175 °C. In tal modo il nitrato di ammonio raccolto non richiede l’essiccamento finale, ma solo un raffreddamento fino ad una temperatura inferiore a 30-32 °C.
La necessità di portare il nitrato di ammonio a temperature inferiori ai 32 °C è correlata al suo caratteristico comportamento: il sale, possiede, infatti, cinque forme cristalline, ciascuna delle quali è stabile in un campo di temperatura come si può vedere dalla tabella
Tabella
| Forma cristallina | Range di temperatura in cui è stabile la forma cristallina (°C) |
| I Cubica | 169.6 – 125.2 |
| II Tetragonale | 125.2 – 84.2 |
| III Ortorombica | 84.2- 32.2 |
| IV Ortorombica | 32.2- 16.9 |
| V Tetragonale | Al di sotto di 16.9 |
Produzione
Nella produzione del nitrato di ammonio le forme di interesse pratico sono la IV e la III.
La transizione polimorfa ciclica: NH4NO3 (IV) ⇌ NH4NO3 (III) è causa di rottura dei cristalli a causa della variazione di volume e quindi una polverizzazione del prill ( gocce solidificate) o dei granuli. Questo fenomeno favorisce l’impaccamento di ammonio e la presenza di umidità accentua il fenomeno. Per questa ragione oltre al raffreddamento del nitrato di ammonio al di sotto dei 32°C si impiegano sostanze quali il nitrato di magnesio, borati e fosfati ammonici, atte a stabilizzare una delle due forme, generalmente la IV, nel campo di temperature di impiego.
Arrivata sul mercato dei concimi a metà degli anni ’30 del secolo scorso in vari formulati, l’interesse per l’urea H2NCONH2 si è accentuato a partire dal 1950 sia per il rapido sviluppo dei processi produttivi che ha portato alla diminuzione dei costi sia per un riconoscimento del suo valore fertilizzante.
Tali motivi sono da ricercarsi nell’alto titolo di azoto nel prodotto (46%) il più alto dei concimi solidi convenzionali che nella relativa assenza di problemi di trasporto, e di applicazione in campo.
L’urea è ottenuta tramite il processo Bosch-Meiser ; quest’ultimo consiste di due reazioni di equilibrio: la prima è una reazione esotermica tra ammoniaca e ghiaccio secco con produzione di carbammato:
2 NH3 + CO2 ⇌ H2N-COONH4
La seconda reazione di tipo endotermica prevede la decomposizione del carbammato in urea e acqua:
H2N-COONH4 ⇌ (NH2)2CO + H2O
Combinando entrambe le reazioni si ha un processo esotermico.
L’urea può essere assorbita dal vegetale anche attraverso organi aerei cosicché può essere impiegata nella concimazione per via fogliare, ma l’assorbimento più comune avviene per via radicale e in questo processo non è interessata tanto la molecola di urea, quanto i prodotti di demolizione e trasformazione biologica da essa derivati. Nel terreno sono, infatti, numerosi i microrganismi ureolitici in grado di produrre un enzima, l’ureasi, che provoca l’idrolisi dell’urea ad ammoniaca e biossido di carbonio.
Calciocianammide
La calciocianammide CaNCN è stato il primo concime azotato ottenuto per via sintetica, ma il suo uso è limitato dagli alti costi di produzione. Il processo industriale di sintesi della calciocianammide è il processo Frank- Caro basato sulla reazione tra carburo di calcio e azoto secondo la reazione:
CaC2 + N2 → CaNCN + C
La calciocianammide presenta i vantaggi di un’azione correttiva dell’acidità del terreno, di una rallentata cessione di azoto e di un’azione antiparassitaria ed erbicida. Per contro, oltre all’alto costo, vi sono il titolo di azoto relativamente basso, il pericolo di esplosioni in presenza di carburo di calcio e l’azione irritante sulla pelle e sulle mucose.
Nitrato di calcio
Il nitrato di calcio Ca(NO3)2 è andato in disuso per il basso titolo in azoto e per il costo elevato. Si ottiene per reazione diretta tra carbonato di calcio e acido nitrico concentrato secondo la reazione:
CaCO3 + 2 HNO3→ Ca(NO3)2 + CO2 + H2O
Il nitrato di calcio è un concime caratterizzato da un’azione pronta ed efficace avendo tutto l’azoto nella forma nitrica più facilmente assimilabile.