Где селитра зарыта
Мамонтова пещера в Кентукии – здесь в XIX в. активно шла добыча селитры. Фото: Daniel Schwen, commons.m.wikimedia.org
Селитра – это источник азота для растений. Поэтому справедливо ее будет так и называть – удобрением. Но если вы придете в магазин и попросите себе пару-другую килограммов селитры, продавец обязательно спросит – вам какую? В сельском хозяйстве (и не только в нем) применяют аммиачную, натриевую, калийную и кальциевую селитру. Другие виды – магниевую и бариевую – используют по большей части в промышленности. Поговорим о первых, они более распространены и привычны.
Селитра натриевая
Она же – нитрат натрия. Его применяют очень широко: это и удобрение, и «ингредиент» взрывчатых веществ, ракетного топлива, а еще натриевая селитра незаменима для промышленных процессов, например, в металлообработке.
По запасам натриевой селитры впереди планеты всей – Чили. Объемы месторождений со смешными названиями Тарапака и Икике эксперты оценивают в несмешные, а очень даже грандиозные 8 млрд тонн. Как выглядит это богатство? «Ужасающе бесплодно», как писал о западном побережье Перу и Чили немецкий путешественник XIX века Эмиль Пеппиг. На узкой полоске берега шириной всего несколько десятков километров и длиной чуть больше 1,2 тыс., зажатой между Андами и океаном, раскинулись две пустыни – Сечура и Атакама (это та, что считается самым сухим местом на Земле).
Вид с воздуха на месторождение нитрата натрия, Чили, 1937 г. Фото: Mary Meader collections.lib.uwm.edu
Почему же здесь так много природных нитратов (собственно, селитры)? Все из-за уникальных природных условий, читай – адской жары. Местная селитра благодаря своему составу даже выделена в отдельный вид – чилийская. Дело в том, что под палящим солнцем во время гроз происходит окисление азота в атмосфере. Так возникает азотная кислота, выпадающая на землю в виде раствора: при попадании в почву она-то и образует нитраты. Из-за отсутствия в пустынях растительности и влаги они не растворяются, а накапливаются в земле. Правда, нехватка хоть какой-то жизненной влаги (да и жизни как таковой) делает эти края весьма сложными не то что для существования человека, но даже для добычи самой селитры. Поселения рабочих, например, получают воду по трансчилийскому водопроводу – гигантской трубе длиной 350 км, которая берет свое начало в горных озерах Анд! Чтобы напоить водой одно-единственное дерево в этой пустыне, нужно потратить, как минимум, столько же воды, сколько потребляют два человека. Неудивительно, что, путешествуя по этому «ужасающе бесплодному» краю, здесь можно встретить развалины глинобитных поселков, принадлежавших некогда отважным добытчикам селитры. Сегодня здесь находятся «филиалы» только очень крупных предприятий по добыче «белого пороха». Более скромные запасы нитрата натрия находятся на юго-западе Африки, в пустыне Мохаве в Калифорнии, в Перу, а еще в Верхнем Египте неподалеку от Нила. Встречается минерал и в странах центральной Азии, в частности, в Казахстане и в Узбекистане – на левой стороне реки Амударья в Хорезмской области. В нашей стране запасы натриевой селитры есть в Забайкалье в районе Доронинских соляных озер и в Закавказье.
Такие месторождения представляют собой большие карьеры. В некоторых из них натриевая селитра залегает в виде пластов на глубине, в других – в верхней части. Сам минерал может иметь вид порошка, зерен или скоплений кристаллов. Нитратин – встречающаяся в природе форма нитрата натрия. Мелкие белые кристаллы образуют куски – в данном случае, комок 8,1 на 6,1 см, покрытый светло-коричневой глиной. Фото: John Sobolewski, mindat.org Как извлекают селитру из земли? Путем выщелачивания, то есть растворения в породе горячей щелочи, кислоты или любого другого реагента. После того как селитру растворят, ее охлаждают и таким образом получают кристаллы нитрата натрия. Правда, такая селитра содержит примеси солей. Для того чтобы получить почти идеально чистый продукт (его называют рафинированным) – процедуру необходимо повторить: растворить кристаллы, а затем снова их «собрать». Схема одного из старейших методов добычи селитры — метода Шанкса, который широко использовался раньше, до начала массового синтеза аммиака. Иллюстрация: JJorge Luis Cortés, sqm.com Получение селитры промышленным способом выглядит проще. Селитра является побочным продуктом производства азотной кислоты из аммиака. А еще ее можно получить путем простой химической реакции. Даже дома! Для этого нужно взять 10%-й раствор азотной кислоты и соду, а затем смешивать их друг с другом и наблюдать за тем, когда при добавлении соды кислота перестанет бурно кипеть. Затем процедить полученный раствор (да вот хотя бы через обычную салфетку), отделив воду от осадка. Этот осадок – и есть натриевая селитра. Селитра аммиачная Аммиачная селитра, или нитрат аммония, используется, прежде всего, в качестве азотного удобрения или для изготовления взрывчатки. Именно аммиачную селитру впервые начали выпускать в промышленных масштабах, и сегодня ее синтезируют только на заводах путем нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком. Полученный раствор нитрата аммония упаривают, кристаллизуют и высушивают. А чтобы улучшить физико-химические свойства селитры, в вещество добавляют разные примеси. Сам аммиак получают из природного газа в ходе химического процесса, в котором участвуют азот, водород и катализаторы (вещества, изменяющие скорость реакции) на базе железа. По оценкам экспертов, в нашей стране ежегодно производят около 10–12 млн тонн аммиачной селитры: по этому показателю у России первое место в мире. О важнейшей роли этого удобрения для отечественных аграриев говорит хотя бы тот факт, что в 2021 году правительство нашей страны вводило временный запрет на экспорт продукта, чтобы весенняя посевная кампания прошла без накладок. Селитра калийная Это тоже и ценное удобрение, и ингредиент приготовления пороха, и оксилитель, используемый в металлургии, и даже известный всем адептам правильного питания консервант Е252. Именно нитрат калия извлекали их пресловутых навозных куч, о которых мы писали выше. Сегодня открыто одно из самых богатых месторождений калийной селитры, и находится оно в индийском штате Раджастхан. Здесь залегает 2,4 млрд тонн калийных солей. Хотите представить масштаб этой цифры? Пожалуйста! Самая большая египетская пирамида - Гизы, по разным оценкам, весит примерно от 6 до 8 млн тонн. Для упрощения расчетов возьмем минимальное значение. Получается, что залежи индийского месторождения содержат 400 пирамид Гизы! Сопоставимым по значимости открытием по запасу этого минерала можно считать обнаружение крупнейшего Стассфуртского месторождения в Германии, которое в советские годы оценивали в 2 млрд тонн (333 пирамиды Гизы) соединений калия. Больше было только в самом СССР, в Соликамске - 6 млрд тонн (1000 пирамид Гизы!) в пересчете всех солей на окись калия. Сегодня в Соликамске и расположенном в 30 км от него городе Березники все так же добывают калийные соли и производят минеральные удобрения. К слову, на Россию приходится почти четверть мировых запасов самородной калийной селитры и активно ведется добыча этого минерала. В крупном Восточно-Сибирском калиеносном бассейне содержится примерно 60% всех российских запасов калийной соли, из этого объема исследовано пока около 3%.
Другие месторождения на территории страны – Гремячинское и Эльтонское – расположены в Прикаспийском бассейне. Они ценны тем, что в своем составе имеют повышенное содержание осадочных горных пород сильвинитов – важнейшего сырья для получения хлорида калия. Горная порода сильвинит.Фото: ПАО «Уралкалий», uralkali.com
Чтобы нагляднее представить современный способ добычи калийных солей – спустимся на глубину 400 метров в шахту в Березняках и окажемся на дне древнего Пермского моря, которое когда-то испарилось.
Что мы видим? Комбайн вгрызается мощными лопастями в горную породу, прорубая тоннель высотой в четыре с лишним метра. Эта махина добывает около 10 тонн руды в минуту! Специальная машина-транспортировщик грузит руду на конвейер, по которому она попадает в бункер и уже оттуда доставляется на поверхность. А дальше – все, как мы писали. Готовый продукт получают методом термического выщелачивания и последующей кристаллизации, или путем флотации – прилипания частиц материала к поверхности раздела двух фаз вещества – например, газа и жидкости. Пласты сильвинита (калийной породы) в шахте рудоуправления Березники-4 Фото: ПАО «Уралкалий», uralkali.com
Залежи калийной соли также разрабатывают в Северной Америке, Европе, Китае, Индии, Казахстане, Великобритании, Израиле и Иордании – и в ряде других стран – правда, в меньших объемах.
Химическим способом в промышленности вещество получают разными путями: нейтрализацией щелочей азотной кислотой или, например, абсорбцией (поглощением) калиевыми щелочами нитрозных газов. Селитра кальциевая Ее еще называют азотнокислым кальцием. Его добавляют в бетон (чтобы защитить его от мороза), используют в качестве рассола в холодильных установках, в производстве реактивов, стеклопластика, взрывчатых веществ и, конечно, это отличное щелочное удобрение. Нитрат кальция хорошо растворяется в воде и активно стимулирует рост корней и побегов растений. «Рецепт» приготовления кальциевой селитры прост: мел или природный известняк подмешивают в азотную кислоту, тем самым она нейтрализуется. А еще нитрат кальция получают в качестве побочного продукта при производстве азотной кислоты, когда так называемое известковое молоко (взвесь гашеной извести в воде) обогащают нитратными газами. И да, калийная селитра образуется при производстве удобрений, когда соли фосфорных кислот подвергают азотнокислотной переработке. Физические свойства кальциевой селитры можно повысить, добавив 4–7% аммиачной. А чтобы удобрение меньше впитывало влагу, примешивают гидрофобные вещества – гипс, парафинистый мазут. Как видим, селитра – понятие растяжимое. Она бывает разная, как и ее назначение и способ добычи. Но это не отменяет главного – все селитры важны, все селитры нужны! Авторы: Камила Мирзакаримова, Ольга Фадеева