Produzione industriale dei fertilizzanti azotati

I fertilizzanti sono un gruppo di sostanze che servono a immettere o reintegrare i principi nutritivi che le piante traggono dal terreno per il loro accrescimento. La fertilizzazione di un terreno deve essere razionale in quanto il fattore limitante per la crescita e lo sviluppo di una pianta è rappresentato dal principio nutritivo indispensabile che è presente in quantità minore secondo la legge del minimo vitale. Tale legge fu enunciata da Liebig e viene descritta con l’esempio della botte del minimo. L’acqua in questa botte può raggiungere il livello della doga più corta.

legge del minimo

Allo stesso modo la crescita di una pianta è limitata da quella sostanza che per prima, rispetto alle altre non è disponibile in quantità sufficiente. Se per esempio questo elemento è il fosforo, il rendimento di un terreno non aumenterà anche dopo elevate somministrazioni di altri elementi nutritivi.

Gli elementi chimici ritenuti indispensabili alla vita vegetale possono essere distinti in macroelementi (carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo, magnesio, calcio e potassio) e in oligoelementi ( ferro, manganese, zinco, rame, boro, molibdeno, cloro, cobalto e silicio).

I fertilizzanti vengono suddivisi in base al macroelemento presente e si hanno:

  • ·         Fertilizzanti azotati
  • ·         Fertilizzanti fosfatici
  • ·         Fertilizzanti potassici

La dinamica dell’industria dei fertilizzanti si è sviluppata rapidamente nella seconda metà del ‘900 apportando un aumento della produzione agricola.

Per ottenere i fertilizzanti azotati si parte in genere dall’ammoniaca che reagendo con l’ossigeno dà acido nitrico che viene usato per l’acidificazione delle rocce fosfatiche per ottenere  il prodotto desiderato. I processi coinvolti in tale sintesi sono complessi e laboriosi e possono essere così schematizzati:

1)      Processo Haber per ottenere ammoniaca da idrogeno e azoto

2)      Processo Ostwald per ottenere acido nitrico dalla reazione tra ammoniaca e ossigeno

3)      Acidificazione delle rocce fosfatiche con acido nitrico per ottenere acido fosforico e nitrato di calcio

Nel processo Haber si fanno reagire azoto e idrogeno gassosi. L’azoto viene ottenuto dalla distillazione frazionata dell’aria liquida mentre l’idrogeno può essere ottenuto facendo reagire il metano con l’acqua secondo la reazione:

CH4 + H2O CO + 3 H2

La sintesi dell’ammoniaca viene effettuata a 200 atm e alla temperatura di 450-500 °C in presenza di ferro quale catalizzatore secondo la reazione:

N2 + 3 H2 2 NH3

Il processo Ostwald viene usato per ottenere acido nitrico dall’ammoniaca e avviene in due stadi:

nel primo stadio altamente esotermico l’ammoniaca viene convertita in monossido di azoto secondo la reazione:

4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g)  + 6 H2O(g)

Nel secondo stadio il monossido di azoto reagisce con l’ossigeno per dare diossido di azoto secondo la reazione:

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

Quest’ultimo reagisce con l’acqua per dare acido nitrico e monossido di azoto secondo la reazione:

3 NO2(g)   + H2O(l)   2 HNO3(aq)  + NO(g)

L’acidificazione delle rocce fosfatiche  con acido nitrico dà luogo alla formazione di acido fosforico e nitrato di calcio:

Ca3(PO4)2 + 6 HNO3 + 12 H2O → 2 H3PO4 + 3 Ca(NO3)2 + 12 H2O

Il trattamento del nitrato di calcio e dell’acido fosforico con ammoniaca dà luogo alla sintesi di alcuni sali che vengono usati quali fertilizzanti:

Ca(NO3)2 + 4 H3PO4 + 8 NH3 → CaHPO4 + 2 NH4NO3 + 8 (NH4)2HPO4

Un altro fertilizzante azotato molto utilizzato per il suo alto titolo in azoto è l’urea che viene sintetizzata in due stadi a partire dall’ammoniaca:

nel primo stadio l’ammoniaca reagisce con il diossido di carbonio per dare il carbammato di ammonio:

2 NH3 + CO2 →  H2NCOONH4

nel secondo stadioil carbammato di ammonio si decompone per dare urea e acqua:

H2NCOONH4 → (NH2)2CO + H2O

Altri fertilizzanti azotati sono il nitrato di ammonio e il solfato di ammonio che si ottengono a partire dall’ammoniaca secondo le reazioni:

NH3 + HNO3 → NH4NO3

2 NH3 + H2 SO4 → (NH4 )2SO4

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Author: Chimicamo

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