42. फॉस्फेटिक उर्वरक: रॉक फॉस्फेट, बोन मील, बेसिक स्लैग (P FERTILIZERS: ROCK PHOSPHATE, BONE MEAL, BASIC SLAG)

फॉस्फोरस

इस तत्व की खोज 1669 में हुई थी और यह स्थलमंडल में फॉस्फेट के रूप में व्यापक रूप से वितरित पाया गया। यह ज्यादातर कैल्शियम फॉस्फेट (ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट - Tricalcium phosphate) के रूप में पाया जाता है। $Ca_3(HPO_4)_2$ को कई फॉस्फेटिक उर्वरकों के निर्माण के लिए मूल सामग्री माना जाता है। 50 से अधिक देश फॉस्फेटिक उर्वरक का उत्पादन करते हैं। फॉस्फेटिक उर्वरक का उत्पादन करने वाले शीर्ष पांच देश संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, रूस, भारत और ब्राजील थे। फॉस्फोरस को जब $O_2$ की प्रचुर आपूर्ति में गर्म किया जाता है, तो यह जलता है और $P_2O_5$ बनाता है जो पानी में घुलने पर मेटाफॉस्फोरिक एसिड (metaphosphoric acid) बनाता है।

$$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5 \text{}$$ $$P_2O_5 + H_2O \rightarrow 2HPO_3 \text{}$$

जब इस मेटाफॉस्फोरिक एसिड को पानी के साथ गर्म किया जाता है, तो यह ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (orthophosphoric acid) बनाता है जिसे आमतौर पर फॉस्फोरिक एसिड कहा जाता है।

$$HPO_3 + H_2O \rightarrow H_3PO_4 \text{}$$

इस ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड में तीन विस्थापनीय $H^+$ परमाणु होते हैं और इसलिए यह एक, दो या सभी तीन $H^+$ परमाणुओं को प्रतिस्थापित करके तीन वर्गों के लवण बनाता है। उदासीनीकरण चरणों में निम्न प्रकार से होता है:

1. $H_3PO_4 + KOH \rightarrow KH_2PO_4 + H_2O$ (मोनोपोटेशियम फॉस्फेट - Monopotassium phosphate)
2. $H_3PO_4 + 2KOH \rightarrow K_2HPO_4 + 2H_2O$ (डाइपोटेशियम फॉस्फेट - Dipotassium phosphate)
3. $H_3PO_4 + 3KOH \rightarrow K_3PO_4 + 3H_2O$ (ट्राइपोटेशियम फॉस्फेट - Tripotassium phosphate)

इसी प्रकार के कैल्शियम लवण इस प्रकार हैं:

1. मोनोकैल्शियम फॉस्फेट - $Ca(H_2PO_4)_2$: जल-उर्वरक। इसकी घुलनशीलता 100 ग्राम प्रति लीटर पानी है।
2. डाइकैल्शियम फॉस्फेट - $Ca_2(HPO_4)_2$ या $CaHPO_4$: साइट्रिक एसिड में उर्वरक। पानी में घुलनशीलता 0.25 ग्राम प्रति लीटर।
3. ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट - $Ca_3(PO_4)_2$: मजबूत अम्लों (strong acids) में अम्लीय मिट्टी। पानी में घुलनशीलता 0.005 ग्राम प्रति लीटर।

फॉस्फोरस के स्रोत एवं वर्गीकरण

खनिज भण्डार: यह स्वाभाविक रूप से खनिज भंडार के रूप में होता है जिसमें मुख्य रूप से $Ca_3(PO_4)_2$ या तो $CaF_2$, $CaCO_3$, $Ca(OH)_2$ या $CaCl_2$ के साथ संयोजित होता है। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले खनिज को "एपेटाइट" (Apatite) या "फॉस्फोराइट" या "रॉक फॉस्फेट" कहा जाता है, जिसका सामान्य सूत्र $_3 Ca X$ है।

1. स्रोत या निर्माण की प्रकृति के आधार पर वर्गीकरण:

• प्राकृतिक फॉस्फेट: 1. हड्डियाँ, 2. रॉक फॉस्फेट (RP)।
• उपचारित या औद्निर्माण / तैयारीिक: 1. सुपर फॉस्फेट, 2. बोन ऐश, 3. बोन सुपर।
• सिंथेटिक या बाय-प्रोडक्ट (Synthetic / by-product): 1. बेसिक स्लैग, 2. अमोनियम फॉस्फेट।

2. फॉस्फेट की घुलनशीलता के आधार पर वर्गीकरण:

• A. जल-उर्वरक फॉस्फेट:
  इनमें मोनोकैल्शियम फॉस्फेट या अन्य जल-उर्वरक फॉस्फेट जैसे अमोनियम फॉस्फेट शामिल हैं। पौधे $H_2PO_4^-$ आयन के रूप में P को अवशोषित करते हैं। मिट्टी में डालने पर, यह पानी में अघुलनशील रूपों में परिवर्तित हो जाता है। उदासीन और क्षारीय मृदाओं (neutral and alkaline soils) के लिए उपयुक्त, लेकिन अम्लीय मृदाओं के लिए नहीं।
  उदाहरण:
  1. साधारण सुपर फॉस्फेट (SSP) - 16% $P_2O_5$
  2. संकेंद्रित सुपर फॉस्फेट (TSP/CSP) - 46-48% $P_2O_5$
  3. मोनोअमोनियम फॉस्फेट (MAP) - 48% $P_2O_5$ (11% N)
  4. डाईअमोनियम फॉस्फेट (DAP) - 46% $P_2O_5$ (18% N)
  5. एम्मोफॉस (Ammophos A & B)
• B. साइट्रिक-उर्वरक फॉस्फेट:
  पानी में अघुलनशील, लेकिन एक प्रतिशत साइट्रिक एसिड में उर्वरक। उपलब्धता जल-उर्वरक P जितनी तेज नहीं होती है। यह अम्लीय और लेटराइट मृदाओं (lateritic and acidic soils) के लिए बहुत उपयोगी है, क्योंकि न्यून pH पर यह आसानी से स्थिरीकृत नहीं होता है और इसकी क्षारीय प्रतिक्रिया होती है।
  उदाहरण:
  1. बेसिक स्लैग - 14-18% $P_2O_5$
  2. डाइकैल्शियम फॉस्फेट (DCP) - 34-38% $P_2O_5$
  3. रेनेनिया फॉस्फेट - 23-26% $P_2O_5$
• C. अघुलनशील फॉस्फेट:
  जल और साइट्रिक एसिड दोनों में अघुलनशील। मुख्य रूप से ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट के रूप में मौजूद। उपलब्धता बहुत न्यून है और लंबी अवधि के लिए उपलब्ध होंगे। प्रबल अम्लीय मृदाओं (strongly acidic soils) या जैविक मृदाओं (organic soils) के लिए उपयुक्त।
  उदाहरण:
  1. रॉक फॉस्फेट - 30-40% $P_2O_5$
  2. कच्चा अस्थि चूर्ण - 20-25% $P_2O_5$
  3. वाष्पित अस्थि चूर्ण - 22-25% $P_2O_5$

1. रॉक फॉस्फेट

मिट्टी में फॉस्फेट खनिज ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट $Ca_3(PO_4)_2$ के रूप में $CaCO_3$, $CaF_2$, $Ca(OH)_2$ या $CaCl_2$ के संयोजन में पाया जाता है। प्राथमिक खनिज को 'एपेटाइट' (Apatite) कहा जाता है। एपेटाइट आग्नेय मूल का है जो ग्रेनाइट, नीस और बेसाल्ट के घटक के रूप में पाया जाता है। एपेटाइट के 5 महत्वपूर्ण रूप हैं: $Ca_{10}(PO_4)_6 X_2$ (जहाँ X = $CO_3$, $Cl_2$, $F_2$, $SO_4$ या $(OH)_2$):

1. कार्बोनेटो एपेटाइट - $[Ca_3(PO_4)_2]_3 CaCO_3$
2. फ्लोरो एपेटाइट - $[Ca_3(PO_4)_2]_3 CaF_2$ (सबसे सामान्य रूप)
3. क्लोरो एपेटाइट - $[Ca_3(PO_4)_2]_3 CaCl_2$
4. हाइड्रॉक्सी एपेटाइट - $[Ca_3(PO_4)_2]_3 Ca(OH)_2$
5. सल्फेट एपेटाइट - $[Ca_3(PO_4)_2]_3 CaSO_4$

भारत में फॉस्फोरिक भंडार त्रिची (तमिलनाडु), उदयपुर (राजस्थान) और सिंहभूम (बिहार) में पाए जाते हैं। त्रिची फॉस्फेटिक नोड्यूल्स (Trichy phosphatic nodules - उत्तूर क्षेत्र): इनमें 24-27% $P_2O_5$, 42-47% $CaCO_3$, 2-3% F, 4-9% $Fe_2O_3$ & $Al_2O_3$ होता है। उच्च फ्लोरीन (F) और सेस्क्विऑक्साइड ($R_2O_3$) सामग्री के कारण यह सीधे उर्वरक के रूप में या अन्य फॉस्फेटिक उर्वरक बनाने के लिए बहुत महंगा और अनुपयुक्त है जब तक कि F और $R_2O_3$ को हटाया न जाए। पिसा हुआ रॉक फॉस्फेट जो 200 मेश की छलनी से गुजरता है, बेचा जाता है।

2. अस्थि चूर्ण

बोन मील में ट्राइकैल्शियम फॉस्फेट होता है। हड्डियों को कुचल कर तैयार किया जाता है।

• कच्चा अस्थि चूर्ण: बिना किसी उपचार के हड्डियों को पीसकर तैयार किया जाता है। शेष मांस के रूप में मौजूद उर्वरक 2 से 4% के बीच उर्वरक प्रदान करता है। इसमें फैट होता है जो मिट्टी में डालने पर उर्वरक को रोकता है।
  कुल $P_2O_5$: 20% (अधिकतम)
  उपलब्ध $P_2O_5$ (2% साइट्रिक एसिड में उर्वरक): 8% (न्यूनतम)
  कुल उर्वरक: 3% (न्यूनतम)
• वाष्पित अस्थि चूर्ण: भाप के दबाव में हड्डियों को उबालकर प्राप्त किया जाता है। इस प्रक्रिया में वसा और कुछ अन्य पदार्थ निकल जाते हैं जिससे मिट्टी में उर्वरक आसानी से हो सके। उर्वरक की मात्रा न्यून हो जाती है लेकिन फॉस्फेट की मात्रा बढ़ जाती है।
  नमी: 7.0% (अधिकतम)
  कुल $P_2O_5$: 22.0% (न्यूनतम)
  उपलब्ध $P_2O_5$ (2% साइट्रिक एसिड में उर्वरक): 16.0% (न्यूनतम)
  इसे हमेशा बेसल के रूप में প্রয়োগ किया जाना चाहिए।

3. बेसिक स्लैग

यह इस्पात उद्निर्माण / तैयारी का उपोत्पाद (by-product) है। उच्च गुणवत्ता वाला स्टील प्राप्त करने के लिए लौह अयस्क से P हटा दिया जाता है (2% से अधिक P वाला स्टील भंगुर होता है)।

• थॉमस और गिल्क्रिस्ट विधि (Thomas and Gilchrist method - 1877): पिघले हुए कच्चे लोहे को चूने वाले कनवर्टर में डाला जाता है। चूना पिघलता है और एसिड बनाने वाली अशुद्धियों के साथ जुड़कर स्लैग बनाता है। इसमें 17-20% $P_2O_5$ होता है।
• ओपन हर्थ विधि (Open Hearth method - Modern): अशुद्धियों को लौह अयस्क (आयरन ऑक्साइड) द्वारा ही ऑक्सीकृत किया जाता है। इसमें 8-15% $P_2O_5$ होता है।

बेसिक स्लैग के गुण: मूल अशुद्धियों को दूर करने के लिए जोड़ा गया फ्लक्स 'एसिड स्लैग' उत्पन्न करता है और एसिड अशुद्धियों को दूर करने के लिए जोड़ा गया फ्लक्स 'बेसिक स्लैग' बनाता है। बेसिक स्लैग एक भारी गहरा पाउडर है और लिटमस के प्रति क्षारीय है। फॉस्फेट चूने के साथ डबल सिलिकेट रूप $[_5 P_2O_5 SiO_2]$ में मौजूद पाया जाता है या टेट्रा कैल्शियम फॉस्फेट ($Ca_4 P_2O_5$) के रूप में। यह धीमी गति से कार्य करने वाला उर्वरक है जो अम्लीय मृदाओं के लिए अधिक उपयोगी है और फॉस्फेट के अलावा इसे मैग्नीशियम (Mg) और मैंगनीज (Mn) के लिए मूल्यवान माना जाता है।

औसत संघटन: फॉस्फेट ($P_2O_5$) 12-20%, चूना ($CaO$) 40-50%, सिलिका ($SiO_2$) 5-16%, मैंगनीज ऑक्साइड ($MnO$) 5-10%, मैग्नीशियम ऑक्साइड ($MgO$) 2-3%।

कृत्रिम बेसिक स्लैग (Artificial Basic slag): जब रॉक फॉस्फेट (RP) को सर्पेन्टाइन और ओलिविन जैसे Mg युक्त खनिजों के साथ फ्यूज किया जाता है, तो कृत्रिम बेसिक स्लैग बनता है। यह 100 मेश छलनी से गुजरने वाले महीन पाउडर के रूप में अम्लीय मृदाओं के लिए सबसे उपयुक्त है।