Применение фосфора и его соединений

До 90 % добываемого фосфора потребляется аграрной отраслью^[1]. Фосфорные удобрения (суперфосфат, аммофос, диаммофос и др.) являются минеральными подкормками для роста и развития растений, созревания плодов. Кормовые фосфаты добавляют в корм животных и птиц для улучшения обмена веществ и укрепления костей. Например, простой суперфосфат в пересчёте на P₂O₅ содержит 16-20 % фосфора, двойной суперфосфат — до 45 %^[2].

Это самые массовые формы внесения фосфора в почву^[3]. Их выбирают под тип почвы и потребности культуры.

• Суперфосфат. Бывает простой (около 20 % P₂​O₅​) и двойной (до 46-50 % P₂​O₅​). Содержит ещё и серу, что полезно для крестоцветных и бобовых. Хорошо работает на нейтральных и слабощелочных почвах. Из‑за наличия гипса (сульфата кальция) гранулы медленнее растворяются, зато фосфор меньше фиксируется в почве.
• Аммофос (NH₄​H₂​PO₄​) — концентрированное удобрение, содержит 10-12 % азота и 44-52 % P₂​O₅​. Фосфор здесь в легкодоступной форме, а аммонийная форма азота не вымывается дождями. Часто используют при посеве в рядки — это даёт быстрый старт корневой системе.
• Диаммофос (ДАФ) ((NH₄​)₂​HPO₄​) — ещё более концентрированный продукт: примерно 18 % азота и до 46 % P₂​O₅​. Его ценят за универсальность: подходит и для основного внесения, и для подкормки. При этом в почве он временно подщелачивает прикорневую зону, поэтому на карбонатных почвах нужно следить за балансом.

Практические нюансы применения: фосфор в почве малоподвижен — он не «течёт» с водой, как нитраты, а остаётся там, где внесён. Поэтому суперфосфаты, аммофос и ДАФ чаще всего вносят локально (в рядки, лунки) либо заделывают в пахотный слой. На кислых почвах фосфор может связываться с алюминием и железом, на щелочных — с кальцием, становясь недоступным. Отсюда важность подбора удобрения и известкования/подкисления под конкретный тип почвы.

Фосфор — ключевой элемент энергетического обмена (АТФ, АДФ) и передачи генетической информации (ДНК, РНК), поэтому он критически важен на всех этапах жизни растения, но особенно — на ранних стадиях и при формировании урожая.

• Рост корней. Фосфор стимулирует деление клеток в меристемах и закладку боковых корней. При его недостатке корневая система развивается слабо, растение хуже усваивает воду и другие элементы. Именно поэтому фосфорные удобрения часто дают «стартовую» дозу при посеве.
• Цветение и формирование генеративных органов. Фосфор участвует в синтезе нуклеотидов и сахаров, необходимых для бутонизации и опыления. Его нехватка приводит к задержке цветения, опаданию бутонов и снижению завязываемости плодов.
• Созревание плодов и накопление веществ. Фосфор ускоряет созревание, улучшает качество плодов (сахара, масла, крахмал), повышает лёжкость и устойчивость к стрессам. У зерновых он влияет на налив зерна, у масличных — на накопление масла, у картофеля и корнеплодов — на крахмалистость.

Признаки дефицита фосфора: тёмно‑зелёная, иногда с фиолетовым оттенком окраска листьев, замедление роста, позднее цветение и слабое плодоношение. Чаще всего это проявляется на холодных или кислых почвах, где фосфор становится малодоступным, даже если его много в общей массе почвы.

В животноводстве и птицеводстве фосфор нужен не только для скелета, но и для энергетического обмена, работы мышц и нервной системы. В растительных кормах (зерно, солома, трава) фосфор часто находится в форме фитатов — они плохо усваиваются моногастричными животными (свиньи, птица). Поэтому используют минеральные добавки с высокой биодоступностью.

Распространённые кормовые фосфаты:

• Монокальцийфосфат — хорошо растворим, высокая усвояемость, часто применяется в комбикормах для птицы и свиней.
• Дикальцийфосфат (преципитат) — универсальный вариант, подходит для КРС, овец, коз.
• Трикальцийфосфат — классическая добавка для крупного рогатого скота и лошадей; содержит много кальция и фосфора, хорошо работает при балансировании рациона.

Зачем они нужны:

• Укрепление костей и зубов. Кальций и фосфор — основные компоненты костной ткани (в виде гидроксиапатита). Их соотношение в рационе строго нормируют: для разных видов животных и возрастных групп оно своё.
• Обмен веществ и энергия. Фосфор входит в состав АТФ — универсального источника энергии в клетках. При дефиците у животных падает продуктивность, ухудшается аппетит, снижается прирост массы.
• Репродукция и здоровье молодняка. Недостаток фосфора у беременных и лактирующих животных приводит к рождению слабого потомства, проблемам с опорно‑двигательным аппаратом у телят/поросят/цыплят.

Передозировка фосфора так же вредна, как и его нехватка: избыток нарушает баланс с кальцием, ухудшает усвоение микроэлементов и повышает нагрузку на почки. Кроме того, излишки фосфора в навозе попадают в окружающую среду и могут вызывать эвтрофикацию водоёмов, поэтому нормы внесения удобрений и добавки в корма рассчитывают с учётом всего цикла «поле — животное — навоз — почва».

Фосфор — входит в состав тёрочной массы зажигательной поверхности спичечных коробков, компонент пиротехнических изделий, фейерверков и др.

В металлургии фосфор добавляют в сплавы для повышения текучести и используют в качестве раскислителя. Раскисление — это процесс удаления из расплавленной стали растворённого кислорода. Кислород ухудшает механические свойства металла: делает его хрупким, снижает пластичность и ударную вязкость. Для раскисления в сталь добавляют специальные элементы-раскислители. В результате кислород связывается в прочные оксиды, которые всплывают в шлак или удаляются из металла.

Используют в процессе фосфатирования — нанесения антикоррозионного покрытия на сталь или чугун. При фосфатировании создают защитную плёнку из нерастворимых фосфатов (железа, цинка, марганца). Металл погружают в раствор с фосфорной кислотой и солями. Такая плёнка не только препятствует окислению, но и улучшает сцепление (адгезию) с лакокрасочными покрытиями или смазками. Часто фосфатирование используют как подготовительный этап перед окраской или нанесением других защитных слоёв.

Фосфор высокой чистоты используют для получения полупроводниковых фосфидов.

Фосфор — сырьё в производстве неорганических и органических фосфорсодержащих соединений.

Производство фосфорной кислоты, которая является основой множества продуктов (пищевые добавки, реактивы и др.).

Белый фосфор применяют в военной сфере благодаря трём ключевым свойствам: он легко загорается на воздухе, горит с очень высокой температурой и даёт густой белый дым.

• Дымовые шашки и завесы.

Белый фосфор используют для постановки дымовых завес, чтобы скрыть передвижение войск или работу техники. При горении белый фосфор образует плотный, непрозрачный белый дым (оксид фосфора, который затем реагирует с влагой воздуха и превращается в мельчайшие капельки фосфорной кислоты). Такой дым сильно снижает видимость.

• Боеприпасы.

Фосфор применяют в зажигательных и комбинированных боеприпасах (снарядах, минах, авиабомбах, ручных гранатах). Белый фосфор самовоспламеняется при контакте с кислородом. Температура его горения очень высока — обычно 800—1000 °C, а в отдельных условиях может превышать 1200 °C. Это позволяет поджигать горючие материалы (дерево, ткань, топливо) и повреждать небронированную технику.

• Напалм — белый фосфор добавляется для усиления зажигательных свойств.

Напалм — это вязкая горючая смесь, которую применяют для увеличения эффективности зажигательного оружия. Белый фосфор добавляют к таким составам, чтобы сделать их более надёжными и мощными.

В пищевой промышленности фосфаты удерживают влагу в мясных и рыбных продуктах, регулируют кислотность напитков, выполняют роль стабилизаторов, усилителей вкуса и др.

В химической промышленности из фосфатов производят удобрения, пестициды, химические реактивы и др.

Фосфаты используют в производстве аккумуляторов и топливных элементов. Они способствуют увеличению эффективности и ёмкости аккумуляторов.

Фосфат натрия использовался как умягчитель воды и усилитель действия поверхностно-активных веществ в синтетических моющих средствах. Например, триполифосфат натрия, гексаметафосфат натрия добавляют в моющие средства как комплексообразователи. Они связывают ионы жёсткости (кальция и магния), которые содержатся в воде, образуя с ними растворимые комплексы. Это предотвращает выпадение солей жёсткости в осадок (накипь) и повышает эффективность стирки.

Из-за эвтрофикации водоёмов применение фосфатов для СМС ограничено.

Органические и неорганические фосфаты замедляют горение пластиков, древесины, текстиля — являются эффективными антипиренами.

Фосфаты входят в состав многих лекарственных препаратов, зубных паст и порошков^[4].

Фосфиды используются в производстве полупроводниковых материалов для светодиодов, лазеров, в литий-ионных аккумуляторах, в производстве бронз как раскислитель, как компоненты сигнальных устройств и пиротехнических составов и др^[5].

• Сельское хозяйство.

В звероводстве (в частности, при выращивании норок) используют выпойку раствором ортофосфорной кислоты для профилактики повышенного рН желудка и мочекаменной болезни.

• Пищевая промышленность.

Ортофосфорная кислота зарегистрирована в качестве пищевой добавки E338. Применяется как регулятор кислотности в газированных напитках^[6].

• Химическая промышленность.
• Производство моющих средств.

Фосфорная кислота — компонент моющих и чистящих средств для удаления ржавчины, накипи, минеральных отложений и др.

• Металлургия

Применяется для травления металлов.

• Медицина

Входит в состав лекарственных препаратов, используется для приготовления фосфоросодержащих препаратов, а также широко применяется в стоматологии^[7].